Síntese, caracterização e avaliação de materiais poliméricos com propriedades bactericidas

Nesta dissertação, foram preparados materiais poliméricos com atividade bactericida a partir de copolímeros de estireno (Sty) e divinilbenzeno (DVB) e de celulose bacteriana. Três copolímeros à base de Sty e DVB foram sintetizados através da técnica de polimerização em suspensão aquosa. Os copolímeros foram preparados com diferentes estruturas porosas, por meio da variação da composição do sistema diluente. Um copolímero comercial macrorreticulado, Amberlite XAD4, de elevada área superficial, também foi usado neste estudo com o objetivo de comparar sua estrutura polimérica e seu desempenho com o dos copolímeros sintetizados. Os copolímeros de Sty-DVB foram caracterizados por meio da densidade aparente, área específica, diâmetro médio de poros, volume de poros, microscopias ótica e eletrônica de varredura, grau de inchamento, espectrometria de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), análise termogravimétrica e análise elementar. Os copolímeros de Sty-DVB foram modificados quimicamente através da reação de nitração, seguida da reação de redução do grupo nitro a amino e posterior reação de diazotação e hidrólise do grupo sal de diazônio. Os copolímeros modificados contendo os grupos NH2 e OH foram utilizados como suporte para a ancoragem das nanopartículas de prata. As partículas de prata foram obtidas pela redução dos íons Ag+ empregando-se cloridrato de hidroxilamina como redutor e PVP como protetor de colóide. O teor de prata impregnada foi determinado pelo método volumétrico. A celulose bacteriana (BC) foi empregada como uma matriz para impregnação de nanopartículas de prata. Membranas de BC foram impregnadas com solução aquosa de AgNO3, a seguir foi realizada a redução dos íons Ag+ com três diferentes agentes redutores (hidrazina, hidroxilamina e ácido ascórbico) empregando ou não protetor de colóide (PVP ou gelatina). As membranas de BC/Ag0 obtidas foram caracterizadas por difração de raios-X, análise termogravimétrica e microscopia eletrônica de varredura. A capacidade bactericida dos copolímeros de Sty-DVB, dos copolímeros funcionalizados e impregnados com prata e das membranas de BC/Ag0 foi avaliada através do método da contagem em placa contra suspensões de Escherichia coli, em diferentes concentrações (103 a 107 células/mL). Foi observado que os copolímeros de origem e os copolímeros modificados contendo os grupos NO2 e NH2 não apresentaram atividade bactericida contra suspensões de E. coli em nenhuma concentração. Por outro lado, os copolímeros modificados contendo o grupo OH apresentaram alguma atividade bactericida, embora abaixo do esperado devido à baixa incorporação de hidroxilas fenólicas. Os copolímeros modificados impregnados com Ag apresentaram maior ação bactericida do que os copolímeros modificados, o que comprova que a ação bactericida é devida às partículas de prata ancoradas nos copolímeros. Os copolímeros modificados contendo o grupo OH impregnados com Ag mesmo possuindo menores teores de prata apresentaram maior ação bactericida do que os copolímeros modificados contendo o grupo NH2 impregnados com Ag. A maior ação bactericida pode ser atribuída à combinação da atividade bactericida das partículas de prata com a atividade dos grupos hidroxilas fenólicas mesmo que estes grupos estejam pouco incorporados nos copolímeros. Os compósitos de BC/Ag0 exibiram atividade bactericida contra E. coli que foi atribuída à ação das nanoparticulas de prata obtidas quando foi empregada a hidroxilamina como agente redutor e a gelatina como protetor de colóide

Avaliação de uma resina polimérica contendo nanopartículas de prata

Neste trabalho foi testada a eficiência antimicrobiana de um nanocompósito de prata preparado a partir da modificação da resina comercial Lewatit VPOC1800 (contendo grupos sulfônicos) para três espécies de bactérias (Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa e Escherichia coli.) cuja estrutura e composição das camadas externas da parede celular são distintas. Em termos da susceptibilidade aos biocidas essa diferença pode significar um fator importante de estudo. A avaliação da atividade biocida foi feita através de experimento que estimou a zona de inibição proporcionada pela atividade da resina sobre as bactérias estudadas. A resina mostrou eficiência biocida que aparentemente não é afetada pelas diferenças morfológicas das bactérias estudadas. Uma série de teste em batelada foi realizado com o intuito de se verificar a massa da resina e o tempo de contato ideal com a solução a ser descontaminada, chegando aos valores de 0,2g e 1minuto. As diferentes concentrações bacterianas utilizadas no estudo não influenciaram na atividade antimicrobiana da resina. Um estudo em coluna foi realizado para se averiguar o ponto de saturação do compósito, observando-se que a curva de ruptura da resina segue um tendência exponencial crescente igual a todas as espécies estudas, atingindo a saturação em aproximadamente 2250 mL

Síntese e caracterização de filmes de nanopartículas de prata dispersas em poli(uretano-ureia) para separação de gases petroquímicos

A utilização de novos materiais aplicados aos processos de separação por membranas tem sido objeto de constante pesquisa acadêmica e tecnológica. Na permeação de gases petroquímicos, a modificação de estruturas poliméricas e o uso de membranas de transporte facilitado por adição de sais contendo metais ou nanopartículas destacam-se dentre as opções disponíveis. Os objetivos deste trabalho foram avaliar alterações químicas, estruturais e térmicas na matriz polimérica de poli(uretano-ureia) (PUU) provocadas pela adição de nanopartículas de prata (AgNps) e obter dados de pemeabilidade de gases petroquímicos (C2H4, C2H6, CO2 e N2) para avaliar a influência das AgNps no transporte desses gases através do filme polimérico. Alterações nos espectros de FTIR nas bandas de estiramento das ligações C-O-C e C=O (uretânica e ureica), e deslocamentos nos picos de difração, demonstram que houve interação entre as AgNps e o oxigênio éter do PUU. A interação com as AgNps diminuiu a estabilidade térmica dos domínios flexíveis do polímero, região onde são encontrados os grupos éteres. As imagens de TEM mostraram que houve baixa dispersão das Nps na matriz polimérica. A interação das AgNps com o grupo éter diminuiu a permeabilidade de todos os gases, porém a redução da permeabilidade do CO2 e do C2H4 foi muito mais significativa, mostrando a interferência das AgNps na sorção desses dois gases. O transporte facilitado de olefinas através dos filmes poliméricos não foi observado, em parte, causado pela baixa dispersão das AgNps na matriz polimérica. Apesar da interação, não foi possível responder se a superfície das Nps estava ativada para o transporte facilitado. Contudo, através dos resultados do trabalho foi possível propor um mecanismo de interação entre as AgNps e o PUU, e verificar como a presença das Nps pode alterar a interação da matriz polimérica com gases petroquímicos

Fabrication of an organic field effect transistor using nano imprinting of Ag inks and semiconducting polymers

A simple and cheap procedure for flexible electronics fabrication was demonstrated by imprinting metallic nanoparticles (NPs) on flexible substrates. Silver NPs with an average diameter of 10 nm were prepared via an improved chemical approach and Ag Np ink was produced in α-terpineol with a concentration up to 15%. Silver micro/nanostructures with a dimension varying from nanometres to microns were produced on a flexible substrate (polyimide) by imprinting the as-prepared silver ink. The fine fluidic properties of an Ag NP/α-terpineol solution and low melting temperatures of silver nanoparticles render a low pressure and low temperature procedure, which is well suited for flexible electronics fabrication. The effects of sintering and mechanical bending on the conductivity of imprinted silver contacts were also investigated. Large area organic field effect transistors (OFET) on flexible substrates were fabricated using an imprinted silver electrode and semiconducting polymer. The OFET with silver electrodes imprinted from our prepared oleic acid stabilized Ag nanoparticle ink show an ideal ohmic contact; therefore, the OFET exhibit high performance (Ion/Ioff ratio: 1 × 103; mobility: 0.071 cm2 V-1 s-1). © 2010 IOP Publishing Ltd.

Light-directed writing of chemically tunable narrow-band holographic sensors

This tunable holographic sensor offers interrogation and a reporting transducer as well as an analyte-responsive hydrogel, rendering it label-free and reusable. A single 6 ns laser pulse is used to fabricate holographic sensors consisting of silver nanoparticles arranged periodically within a polymer film. The tunability of the sensor is demonstrated through pH sensing of artificial urine and validated through computational modeling. © 2014 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim.

Reusable, robust, and accurate laser-generated photonic nanosensor.

Developing noninvasive and accurate diagnostics that are easily manufactured, robust, and reusable will provide monitoring of high-risk individuals in any clinical or point-of-care environment. We have developed a clinically relevant optical glucose nanosensor that can be reused at least 400 times without a compromise in accuracy. The use of a single 6 ns laser (λ = 532 nm, 200 mJ) pulse rapidly produced off-axis Bragg diffraction gratings consisting of ordered silver nanoparticles embedded within a phenylboronic acid-functionalized hydrogel. This sensor exhibited reversible large wavelength shifts and diffracted the spectrum of narrow-band light over the wavelength range λpeak ≈ 510-1100 nm. The experimental sensitivity of the sensor permits diagnosis of glucosuria in the urine samples of diabetic patients with an improved performance compared to commercial high-throughput urinalysis devices. The sensor response was achieved within 5 min, reset to baseline in ∼10 s. It is anticipated that this sensing platform will have implications for the development of reusable, equipment-free colorimetric point-of-care diagnostic devices for diabetes screening.

Tunable optical properties of nano-Au on vanadium dioxide

The optical properties of Au nanoparticles deposited on thermochromic thin films of VO2 are investigated using spectroscopy. A localized modification on the transmittance spectrum of VO2 film is formed due to the presence of Au nanoparticles which exhibit localized surface plasmon resonance (LSPR) in the visible-near IR region. The position of the modification wavelength region shows a strong dependence on the Au mass thickness and shifts toward the red as it increases. On the other hand, it was found that the LSPR of Au nanoparticles can be thermally tunable because of the thermochromism of the supporting material of VO2. The LSPR wavelength, lambda(SPR), shifts to the blue with increasing temperature, and shifts back to the red as temperature decreases. A fine tuning is achieved when the temperature is increased in a stepwise manner.

Wavelength multiplexing and tuning in nano-Ag/dielectric multilayers

Multicolored optical active planes have been fabricated with magnetron sputter method coupled with selective masking technique. The plane is multilayer structured with Ag nanoparticles and TiO2 thin layer as the building blocks. It was found that the formed multilayer can be readily wavelength multiplexed by simply overlapping several nano-Ag/TiO2 layered structures, each of which may have different surface plasmon resonance wavelength. Unlike high order multiple resonances of large particles each of the multiplexing wavelengths in such a system is separately tunable. Importantly, it reveals that modification of the TiO2 layer thickness generates a fine tuning of the resonance wavelength.

Wavelength multiplexing and tuning in nano-Ag/dielectric multilayers

Multicolored optical active planes have been fabricated with magnetron sputter method coupled with selective masking technique. The plane is multilayer structured with Ag nanoparticles and TiO2 thin layer as the building blocks. It was found that the formed multilayer can be readily wavelength multiplexed by simply overlapping several nano-Ag/TiO2 layered structures, each of which may have different surface plasmon resonance wavelength. Unlike high order multiple resonances of large particles each of the multiplexing wavelengths in such a system is separately tunable. Importantly, it reveals that modification of the TiO2 layer thickness generates a fine tuning of the resonance wavelength.

纳米银体外抗HIV 活性的研究

［ 目的］ 制备纳米银颗粒并检测其抗人类免疫缺陷病毒（HIV） 活性及其体内外毒性， 探讨纳米银体外抗 HIV 的作用机制。［ 方法］ 在体外培养C8166 细胞中加入不同浓度的纳米银， 检测其体外细胞毒性CC50； 不同病毒株 感染细胞， 同时加入不同浓度的纳米银， 孵育后检测细胞病变及病毒抗原， 检测纳米银对HIV 的抑制作用。纳米银滴鼻 处理小鼠， 检测小鼠体重变化， 并进行病理切片， 观察纳米银滴鼻处理小鼠的肝、肾及肺组织的病理变化。［ 结果］ 纳米银颗粒对C8166 细胞毒性的CC50 为105.73 μg ／ ml， 抑制HIV 实验株HIV-1IIIB， HIV-2CBL-20 诱导细胞病变的 EC50 分别为26.56 μg ／ ml 和35.47 μg ／ ml； 抑制HIV-1IIIB p24 抗原产生的EC50 为9.80 μg ／ ml； 直接杀病毒作用的EC50 为 12.08 μg ／ ml。纳米银经滴鼻处理的小鼠， 其体重及肝、肾及肺组织切片与对照组比较， 均无明显改变。［ 结论］ 纳米 银有较好的抗HIV 活性， 作用机制可能主要通过直接杀病毒来抑制HIV 的复制； 纳米银在呼吸道黏膜局部应用无明显 的毒副作用， 作为黏膜表面抗病毒药物， 值得进一步深入研究。

Atomic force microscopy and surface-enhanced Raman scattering detection of DNA based on DNA-nanoparticle complexes

We report a simple method for the label-free detection of double-stranded DNA using surface-enhanced Raman scattering (SERS). We prepared cetyltrimethylammonium bromide (CTAB)-capped silver nanoparticles and a DNA-nanoparticle complex by adding silver nanoparticles to lambda-DNA solutions. In the present study, the utilization of CTAB-capped silver nanoparticles facilitates the electrostatic interaction between DNA molecules and silver nanoparticles; at the same time, the introduction of DNA avoids adding aggregating agent for the formation of nanoparticle aggregates to obtain large enhancement of DNA, because the DNA acts as both the probe molecules and aggregating agent of Ag nanoparticles.

Synthesis of different gold nanostructures by solar radiation and their SERS spectroscopy

In this article, a simple and novel photochemical synthesis of different gold nanostructures is proposed using solar radiation. This method is rapid, convenient and of low cost, and can be performed under ambient conditions. By adjusting the concentration of sodium acetate (NaAc), different morphologies of the products can be easily obtained. Without NaAc, the products obtained are mainly polyhedral gold particles; lower concentration of NaAc (0.05 and 0.1 M) accelerates the formation of flowerlike gold nanostructures; while higher concentration of NaAc (0.5 M) facilitates the formation of a variety of gold nanowires and nanobelts. It is found that the morphology change of gold nanaostructures is the result of the synergistic effect of poly(diallyl dimethylammonium) chloride (PDDA), Ac- ions, and the pH value. In addition, the different gold nanostructures thus obtained were used as substrates for surface-enhanced Raman scattering (SERS) with p-aminothiophenol (p-ATP) as the probe molecule.

Counterions in polyelectrolyte multilayers: A vehicle for introducing functionalities

Counterions present at the surface of polyelectrolyte multilayers were utilized for the introduction of charged species into the multilayer via ion exchange. A typical polyelectrolyte multilayer film with Na+ counterions in the outermost layer was immersed in an AgNO3 aqueous solution and the rapid ion-exchange process was complete within 1 min. The silver ions thus introduced were then reduced in situ and silver nanoparticles were produced at the surface of the multilayer assembly. This example demonstrates that the counterions naturally occurring in every polyelectrolyte multilayer film can be a convenient vehicle for the introduction of various functionalities to the film.

Electrospinning of multicomponent ultrathin fibrous nonwovens for semi-occlusive wound dressings

This work describes the design and assembly of multifunctional and cost-efficient composite fiber nonwovens as semi-occlusive wound dressings using a simple electrospinning process to incorporate a variety Of functional components into an Ultrathin fiber. These components include non-hydrophilic poly(L-lactide) (PLLA) as fibrous backbone, hydrophilic poly(vinyl pyrrolidone)iodine (PVP-I), TiO2 nanoparticles, zinc chloride as antimicrobial, odor-controlling, and antiphlogistic agents, respectively. The process of synthesis starts with a multicomponent solution Of PLLA, PVP, TiO2 nanoparticles plus zinc chloride, in which TiO2 nanoparticles are synthesized by in situ hydrolysis of TiO2 precursors in a PVP Solution for the sake of obtaining the particle-uniformly dispersive solution. Subsequent electrospinning generates the corresponding composite fibers. A further iodine vapor treatment to the composite fibers combines iodine with PVP to produce the PVP-I complexes. Experiments indicate that the assembled composite fibers (300-400 nm) possess the ointment-releasing characteristic and the phase-separate, core-sheath structures in which PVP-I residing in fiber Surface layer becomes the sheath, and PLLA distributing inside the fiber acts as the core.

Large-scale, rapid synthesis and application in surface-enhanced Raman spectroscopy of sub-micrometer polyhedral gold nanocrystals

Macromolecule-protected sub-micrometer polyhedral gold nanocrystals have been facilely prepared by heating an aqueous solution containing poly (N-vinyl-2-pyrrolidone) (PVP) and HAuCl4 without adding other reducing agents. Scanning electron microscopy (SEM), energy-dispersive x-ray spectroscopy (EDX), ultraviolet-visible-near-infrared spectroscopy (UV-vis-NIR), and x-ray diffraction (XRD) were employed to characterize the obtained polyhedral gold nanocrystals. It is found that the 10:1 molar ratio of PVP to gold is a key factor for obtaining quasi-monodisperse polyhedral gold nanocrystals. Furthermore, the application of polyhedral gold nanocrystals in surface-enhanced Raman scattering (SERS) was investigated by using 4-aminothiophenol (4-ATP) as a probe molecule. The results indicated that the sub-micrometer polyhedral gold nanocrystals modified on the ITO substrate exhibited higher SERS activity compared to the traditional gold nanoparticle modified film. The enhancement factor (EF) on polyhedral gold nanocrystals was about six times larger than that obtained on aggregated gold nanoparticles (similar to 25 nm).