Processamento de materiais carbonáceos por pulsos intensos de laser em alta pressão

Neste trabalho foi desenvolvida uma câmara de alta pressão com janela de safira para processamento de filmes finos com pulsos de laser de alta potência, num regime de resfriamento ultra-rápido e geometria confinada. As amostras estudadas consistiram de filmes finos de carbono amorfo depositados sobre substratos de cobre. Os processamentos foram realizados com um laser pulsado Nd:YAG com energia de até 500 mJ por pulso, com duração de 8 ns, focalizada numa região de cerca de 1,5mm2, gerando uma região de elevada temperatura na superfície da amostra durante um intervalo de tempo bastante curto, da ordem do tempo de duração do pulso do laser. Para evitar a evaporação do filme de carbono, aplicava-se através da câmara, uma pressão de 0,5 a 1,0 GPa, confinando a amostra e eliminando o efeito da ablação. Este sistema tornou possível produzir taxas de resfriamento extremamente elevadas, com supressão da formação de uma pluma durante a incidência do laser, sendo o calor dissipado rapidamente pelo contato com os substratos de cobre e safira, ambos com elevada condutividade térmica. As amostras processadas foram analisadas por micro-espectroscopia Raman e os resultados revelaram a formação de estruturas com cadeias lineares de carbono, “carbynes”, caracterizadas pela presença de um pico Raman intenso na região de 2150 cm-1. Outro conjunto de picos Raman foi observado em 996 cm-1, 1116 cm-1 e 1498 cm-1 quando o filme fino de carbono amorfo foi processado dentro da câmara, com uma seqüência de mais de três pulsos consecutivos de laser. Várias tentativas foram feitas para investigar a natureza da fase que origina estes picos. Apesar da similaridade com o espectro Raman correspondente ao poliacetileno (CnHn), não foi possível constatar evidências experimentais sobre a presença de hidrogênio nos filmes de carbono processados. Estes picos Raman não foram observados quando o filme de carbono era depositado sobre outros substratos metálicos, a não ser em cobre. O conjunto de resultados experimentais obtidos indica que estes picos estariam relacionados a pequenos aglomerados lineares de átomos de carbono, diluídos numa matriz de átomos de cobre, formados durante os pulsos subseqüentes de laser e retidos durante o resfriamento ultra-rápido da amostra. A comparação dos resultados experimentais com a simulação do espectro Raman para diferentes configurações, permite propor que estes aglomerados seriam pequenas cadeias lineares, com poucos átomos, estabilizadas frente à formação de grafenos pela presença de átomos de cobre em abundância. Foram também realizados processamentos de materiais carbonáceos por pulsos de laser em meios líquidos, através de câmaras especialmente construídas para este fim. Os resultados, em diversos materiais e configurações, mostraram apenas a formação de estruturas grafíticas, sem evidência de outras fases.

Síntese de materiais fotossensíveis baseados em corantes fluorescentes como meio ativo para dispositivos ópticos

Neste trabalho realizou-se a síntese e caracterização de novos derivados 2- (2’-hidroxifenil)benzazólicos. Estas moléculas apresentam um bom rendimento quântico de fluorescência, um grande deslocamento de Stokes (> 150 nm) e elevadas estabilidades térmica e fotofísica devido a um mecanismo de transferência protônica intramolecular que ocorre no estado excitado (TPIEE). Estes derivados contêm grupos funcionais suscetíveis a sofrer reações de polimerização com monômeros acrílicos e grupos trietoxissilanos capazes de ligarem-se covalentemente a polímeros inorgânicos como sílicas e zeolitas, com interesse na geração de materiais fotossensíveis. Estes fluoróforos apresentam bandas de absorção na região entre 300 - 360 nm do espectro, justamente onde se localizam os comprimentos de onda de emissão de alguns lasers de bombeamento, como por exemplo o laser de N2 (337 nm) e o terceiro harmônico do laser de Nd:Yag (355 nm). Além disso, sob excitação com luz ultravioleta, estes compostos emitem fluorescência entre 500 - 580 nm, região espectral de alto interesse tecnológico para aplicações em telecomunicações e medicina. A copolimerização dos novos corantes com metilmetacrilatos e a heterogeneização com sílica e zeolitas resultou em polímeros altamente fluorescentes com excelentes propriedades térmicas e ópticas. Além dos corantes benzazólicos foram utilizados outros corantes comercialmente disponíveis com emissão laser do azul até o vermelho. Foram eles: o Estilbeno 420, DPS (4,4’-difenilestilbeno), PBBO 2-(4-bifenilil)-6-fenilbenzoxazol- 1,3, as cumarinas C500, C503, C540A, C343, C440, C460, C480 e uma nova cumarina funcionalizada com um grupo acrilato C434+HEMA, os pirrometenos PM597 e PM650 e a rodamina Rh640. Com estes corantes foram sintetizados polímeros e copolímeros de metacrilato de metila e metacrilato de 2-hidroximetila e suas propriedades fotofísicas e laser foram avaliadas.

Estudo microscópico do reparo ósseo na mandíbula de ratos submetida a ostectomias a fresa cirúrgica e laser de Er:YAG

Proposição: avaliar histologicamente o reparo ósseo, especialmente a velocidade de cicatrização, após ostectomias a fresa cirúrgica e a laser de Er:YAG, sem contato, em diferentes intensidades de energia, in vivo. Materiais e método: 20 ratos (Novergicus Cepa Wistar), divididos em cinco grupos de quatro animais, foram submetidos a ostectomias da cortical óssea do corpo mandibular a fresa cirúrgica e a laser de Er:YAG (400 mJ/6 Hz), sem contato, no lado direito; no lado esquerdo foram realizadas ostectomias a laser de Er:YAG nas intensidades de 350 mJ/6 Hz e 300 mJ/6 Hz, sem contato. O laser foi aplicado sob irrigação constante. Foi utilizada matriz metálica para padronização das cavidades. Os tempos cirúrgicos foram sete, 14, 45, 60 e 90 dias pós-operatórios, e os espécimens analisados ao microscópio óptico. Resultados: as ostectomias a fresa cirúrgica apresentaram reparo ósseo a partir do endósteo cortical e do trabeculado remanescente. Aos 45 dias, observou-se o restabelecimento cortical, e após remodelação óssea. O reparo ósseo após irradiação a laser apresentou neoformação óssea a partir da superfície externa e endósteo corticais. Áreas de dano térmico foram verificadas nas três condições de irradiação, limitando-se a superfície. Estas áreas não foram mais evidenciadas aos 60 dias pós-operatórios. Neste período e adiante, verificou-se remodelação óssea. Conclusão: o reparo ósseo após ostectomias a laser de Er:YAG ocorreu através de corredores de cicatrização. O reparo ósseo após ostectomias a fresa cirúrgica tende a forma centrífuga. Já o reparo ósseo após irradiação a laser de Er:YAG tende a forma centrípeta. A velocidade de reparo foi maior nas ostectomias a fresa cirúrgica do que nas ostectomias a laser. Aos 90 dias, verificou-se reparo ósseo comparativamente homogêneo nas quatro condições propostas.

Estudo Microscópico do reparo ósseo em alvéolos de ratos irradiados com laser de Er:YAG

Proposição: avaliar a aplicação da tecnologia laser de Er:YAG em tecido ósseo alveolar. Materiais e Método: estudo experimental in vivo, com a amostragem selecionada de forma aleatória, randomizada, com um grupo teste e outro controle. Constou de 20 ratos, da espécie Rattus novergicus albinus, cepa Wistar, machos, subdivididos em quatro grupos, correspondendo aos tempos experimentais de sete, 14, 21 e 45 dias. Todos os animais foram grupo teste no lado direito e controle do lado esquerdo. Foi avaliado o efeito do uso de três pulsos de laser de Er:YAG à energia de 500 mJ/pulso e freqüência de 2 Hz, conduzido por fibra ótica, no modo de entrega em contato, através da análise das fases histológicas do reparo ósseo após extração cirúrgica do primeiro molar superior dos ratos. Foram avaliadas a qualidade e a velocidade do reparo ósseo alveolar. Resultados: aos sete dias, observou-se intensa atividade osteoblástica no grupo teste. As trabéculas apresentaram-se dirigidas no sentido ascendente e convergente. Ao contrário, o grupo controle apresentou neoformação óssea somente aos 14 dias, com trabéculas em forma circunvolutiva e ascendente. Aos 14 dias no grupo teste e aos 21 dias no grupo controle, evidenciou-se semelhança na atividade osteoblástica-osteoclástica, em diferentes fases de neoformação e remodelação óssea. No grupo teste, aos 21 dias, encontrou-se tecido ósseo maduro. Aos 45 dias, ambos os grupos apresentaram-se com tecido ósseo lamelar maduro do tipo esponjoso. Conclusão: após o uso de laser de Er:YAG, nos parâmetros utilizados, não foram observadas áreas de ablação e necrose teciduais, em todos os tempos experimentais; o reparo ósseo alveolar após o uso de laser Er:YAG, nos parâmetros utilizados, ocorreu mais rapidamente em comparação ao controle, principalmente entre os sete e 21 dias pós-operatórios; não houve diferença no reparo ósseo alveolar final, aos 45 dias pós-operatórios, em relação ao controle; e o modelo de cirurgia experimental é válido para pesquisas futuras em reparo ósseo alveolar.