Modelamento do transporte eletrônico em dispositivos moleculares

No presente trabalho, simulamos as propriedades de transporte e espectro de absorção do composto orgânico Vermelho de Etila. Este é o primeiro estudo teórico de um indicador específico de pH utilizado como nanodispositivo, com base na teoria quântica e no modelo de transporte não-difuso. A distribuição de carga ao longo da molécula é determinada através da técnica, Ab initio, como uma função de um campo elétrico externo. Baseado em um modelo de multiníveis ressonantes também calculamos a corrente como função da tensão de polarização. O acúmulo de carga e a corrente apresentam comportamento semelhante, como a condução do tipo ressonante e curvas carga-tensão e corrente-tensão assimétricas. Os principais resultados sugerem que o sistema presente poderia funcionar como um transistor molecular bi-direcional. Estendemos esta metodologia de análise para outro dispositivo molecular, mas composto de três terminais. Para este sistema, nossa descoberta principal é a resistência diferencial negativa (RDN) na carga Q como uma função do campo elétrico externo. Para explicar este efeito RDN, aplicamos um modelo capacitivo fenomenológico, também baseado em um sistema de multiníveis localizados (que podem ser os LUMOs – Lowest Unoccupied Molecular Orbital – Orbitais moleculares desocupados mais baixos). A capacitância descreve, por efeito de carregamento, a causa do bloqueio de Coulomb (BC) no transporte. Mostramos que o efeito BC dá origem a uma RDN para um conjunto adequado de parâmetros fenomenológicos como: taxa de tunelamento e energia de carregamento. O perfil da RDN obtida nas duas metodologias, ab initio e fenomenológica, estão em comum acordo.

Eletrônica molecular via método híbrido DFT/FGNE em anéis fenilas acoplados a eletrodos metálicos de nanotubos de carbono: a regra de conformação e quiralidade molecular

Nesta tese, investigamos detalhadamente as propriedades de transporte eletrônico, conformacional e de simetria de estruturas de Nanotubos de Carbono de Parede Simples zigzag (9,0), NCPS zz9, acopladas a anéis fenilas (2, 3, 4 e 5) sob influência de campo elétrico externo (voltagem) via método híbrido da Teoria do Funcional Densidade (DFT) do tipo B3LYP 6-311G(d,p) combinado com Função de Green de Não Equilíbrio (FGNE) e Teoria de Grupo. Verificamos uma boa relação entre: 1- o índice quiral () por Teoria de Grupo e a lei do cos2 (, ângulo diedral) por geometria sob a influência de campo elétrico externo, pois  só depende das posições atômicas (), das conformações, e também está fortemente correlacionada a corrente que passa através do sistema; 2- a condutância normalizada (G/Go) é proporcional a cos2 na região do gap (EHOMO-ELUMO), isto é, nas regiões onde ocorre a ressonância e a resistência diferencial negativa (RDN); 3- o gráfico Fowler-Northeim (FN) exibe mínimo de voltagem (Vmin) que ocorre sempre que a cauda de um pico de transmissão ressonante entra na janela de voltagem, isto é, quando nessas estruturas ocorre uma RDN, pois o número de RDN na curva I-V está associado ao número de Vmin no gráfico FN e pode ser explicado pelo modelo de transporte molecular coerente; 4- a altura da barreira (EF - EHOMO e ELUMO - EF) como função do comprimento molecular; 5- Vmin como função da altura da barreira (EF - EHOMO) e do comprimento molecular. Assim, 1 implica que a conformação molecular desempenha um papel preponderante na determinação das propriedades de transporte da junção; 2 sugere que a lei do cos2 tem uma aplicabilidade mais geral independentemente da natureza dos eletrodos; 3 serve como um instrumento espectroscópico e também para identificar a molécula na junção; 4 e 5 a medida que o comprimento molecular atinge um certo valor (1,3nm) o Vmin permanece praticamente inalterado. Os resultados mostraram que as propriedades estruturais sofrem alterações significativas com o aumento da voltagem que estão em boa concordância com os valores encontrados na literatura. O comportamento das curvas IxV e G/GoxV perdem sua dependência linear para dar origem a um comportamento não linear com aparecimento de RDN. Tal ponto revela a modificação estrutural sofrida pelo sistema. A curva IxV confirmou as afirmações que foram feitas através da análise estrutural para o sistema considerado e mostrou como se dá o fluxo de carga nos sistemas analisados.

Alterações neuroquímicas no tecido retiniano murino em modelo de malária cerebral induzida pela infecção por Plasmodium berghei (ANKA)

A Malária Cerebral (MC) apresenta-se como uma severa complicação resultante da infecção por Plasmodium falciparum. Esta condição encontra-se comumente associada a disfunções cognitivas, comportamentais e motoras, sendo a retinopatia uma das mais graves conseqüências da doença. Diversos modelos experimentais já foram descritos no intuito de elucidar os mecanismos fisiopatológicos relacionados a esta síndrome, no entanto, estes ainda permanecem pouco compreendidos. Dentro deste contexto, o presente trabalho procurou investigar as alterações neuroquímicas envolvidas na patologia da MC. Os camundongos C57Bl/6 (fêmeas e machos) inoculados com ≈106 eritrócitos parasitados (PbA) apresentaram baixa parasitemia (15-20%) com sinais clínicos evidentes como: deficiência respiratória, ataxia, hemiplegia e coma seguido de morte, condizentes com o quadro de MC. A análise no tecido retiniano demonstrou uma diminuição nos níveis de GSH com 2 dias após a inoculação. Entretanto, essa diminuição não foi tão evidente com o decorrer da infecção (4º e 6º dias após infecção). Concomitante a este aumento durante o processo infeccioso, observamos um progressivo aumento na captação de 3H-glutamato (4º e 6º dia após infecção) por um sistema independente de Na+, sugerindo que o quadro de MC é responsável por um aumento na atividade de uma proteína transportadora. Dados obtidos com a imunofluorescência demonstram que além de aumentar a atividade do sistema de transporte, o quadro de MC também estimula o aumento na expressão do sistema xCG - no tecido retiniano. O presente trabalho demonstra ainda que estes eventos neuroquímicos no tecido retiniano são independentes de ativação inflamatória, visto que os níveis de TNF-α e expressão de NOS-2, apresentam-se alterados somente no tecido retiniano.

Construção de um modelo de dispersão de poluentes na Baía do Guajará

Os ambientes marinho e costeiro do Brasil vêm sofrendo nos últimos anos um considerável processo de degradação ambiental, gerado pela crescente pressão sobre os recursos naturais marinhos e continentais e pela capacidade limitada desses ecossistemas absorverem os impactos resultantes. No caso específico da Baía do Guajará, situada no Estuário Guajará, na região delimitada pela Baía do Marajó e pelos rios Pará e Guamá, estes riscos estão associados principalmente à poluição oriunda da cidade de Belém e às operações de transporte de derivados de petróleo. No caso da Baía do Guajará, sabe-se que ocorre o despejo de esgoto periodicamente, de acordo com a maré. Desta forma, pouco tem sido feito para amenizar os efeitos do problema. Os modelos numéricos, por considerarem a complexidade dos fenômenos físicos que governam o funcionamento dos ambientes costeiros, vêm sendo utilizados como ferramentas em simulação hidrodinâmica, com reconhecida importância no gerenciamento costeiro. Sua aplicação pode dar suporte a estudos diversos, como no entendimento dos processos dispersivos de poluentes, implantação de sistemas de monitoramento de qualidade de água, planejamento de ações em casos de derrame de óleo, e avaliar as conseqüências de alterações na geometria de canais e baías e estuários. Este trabalho tem como objetivo esclarecer essas questões e descreve as etapas necessárias para a construção de um modelo numérico de dispersão na Baía do Guajará usando as ferramentas de Sistemas de Informação Geográfica e o Método de Elementos Finitos.

Um modelo de avaliação de fluxos de biomassa e carbono em madeireiras de comunidades isoladas da região amazônica

A Amazônia tem imensos recursos florestais, abrigando um terço das florestas tropicais do mundo. A Amazônia brasileira compreende uma área maior que 5 milhões de km², o que corresponde a 61 % do território brasileiro. A região norte produz 72,45% da madeira em tora do Brasil, o estado do Pará contribui com 55,47% de acordo com IBMA (2007). A exploração madeireira na Amazônia é caracterizada como “garimpagem florestal”, ou seja, os exploradores entram na floresta selecionam as toras de valor comercial e a retiram. Passando-se certo tempo, eles voltam novamente a essa área e a exploram, esse processo de exploração está acontecendo em um intervalo de tempo cada vez menor. A Amazônia legal abrigava 833 serrarias circulares em 1998. Essas serrarias estavam localizadas principalmente no estuário amazônico (71%) – nos furos e tributários dos rios Amazonas, Xingu, Tocantins e Pará. Essas processadoras familiares consumiram conjuntamente 1,3 milhões de metros cúbicos de madeira em tora (5% da produção da Amazônia). Neste trabalho estimou-se o balanço de carbono em serrarias do estuário do rio Amazonas e foi desenvolvido o ciclo de vida do carbono para uma serraria no estuarino amazônico. Foi identificado que no processo produtivo da comunidade há um caminho bem definido do recurso natural (biomassa/madeira): exploração florestal, transporte de biomassa, transformação (empresas madeireiras) / processos produtivos, geração e utilização de resíduos, transporte de madeira processada, comercialização/mercado. O objetivo deste trabalho foi avaliar os recursos energéticos através do fluxo (inputs e outputs) da madeira e da energia no processo. Para isso, desenvolveu um modelo que simulou os fluxos de carbono, da madeira e a área afetada pela exploração. Neste trabalho criou-se um modelo específico onde se avaliou o fluxo de carbono para o cenário estudado; a avaliação do impacto ambiental foi alcançada, onde obteve um valor positivo, uma captura de carbono cerca de 55 tCO₂/mês, mesmo com a baixa eficiência do sistema produtivo, em torno de 36% conclui-se que o sistema atual de exploração não polui mas poderia ser melhorado a fim de alcançar uma maior eficiência do processo produtivo. Enquanto ao resíduo gerado aproximadamente 64% do volume de madeira que entra na serraria conseguira gerar aproximadamente 1240 kW de energia elétrica mensal.

Transporte eletrônico de nanofita de grafeno sob a influência de constrições e oxidação

Neste trabalho, investigamos os efeitos da funcionalização de grupos oxidativos sobre a estrutura de nanofitas de grafeno zigue-zague e também os efeitos de constrições, onde estes efeitos foram analisados por meio de transporte eletrônico via campo externo longitudinal. Nossos cálculos foram parametrizados pelo modelo semi-empírico de Huckel estendido-ETH, adotando-se o método das funções de Green de não equilíbrio- NEGF. As correntes foram calculadas via equação de Landauer que usa a função de transmissão da região espalhadora ao fluxo de elétrons com energia (E) vinda do eletrodo esquerdo. Por meio dessa abordagem, foi possível analisarmos o comportamento dos portadores de carga em cada um os dispositivos propostos, bem como, a natureza de tal comportamento. Verificaram-se nas curvas I(V) dois regimes de transporte: Ôhmico e NDR, verificando máximos de corrente e, também a tensão de limiar (VTh1de regime de transporte para a nanofita (sem oxidação, alta oxidação, media oxidação e baixa oxidação, respectivamente) isso sugere estados eletrônicos localizados devido à presença de duas nanoconstrições na nanofita de grafeno como regiões de confinamentos quânticos e proporcionais a funcionalização. Observou-se que o poro ao centro da fita criou duas nanoconstrições nas laterais da fita, permitindo assim o confinamento eletrônico nos dispositivos baseados em nestas fitas, caracterizando-as como um diodo de tunelamento ressonante-DRT verificado pela relação pico/vale 7:1. Podemos concluir que nossa proposta de dispositivo está consoante aos resultados experimentais para nanodispositivos e que suas aplicabilidades não se restringirão diante dos estados de oxidação, sendo um fator positivo e que contribui para os aspectos fenomenológicos de transporte eletrônico em grafeno e para a fabricação de nanodispositivos de baixo custo.