Preparação, caracterização e estudo da eficiência na fotodegradação e adsorção de Rodamina B de heteroestruturas de TiO2/α-Fe2O3

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Burrow ventilation and associated porewater irrigation by the polychaete Marenzelleria viridis

Burrow ventilation of benthic infauna generates water currents that irrigate the interstices of the sediments surrounding the burrow walls. Such activities have associated effects on biogeochemical processes affecting ultimately important ecosystem processes. In this study, the ventilation and irrigation behavior of Marenzelleria viridis, an invasive polychaete species in Europe, was analyzed using different approaches. M. viridis showed to perform two types of ventilation: (1) muscular pumping of water out of the burrow and (2) cilia pumping of water into the burrow. Flowmeter measurements presented muscular pumping in time averaged rates of 0.15 ml min(-1). Oxygen needle electrodes positioned above the burrow openings revealed that muscular undulation of the worm body pumps anoxic water out of the burrow. On the other hand, microscope observations of the animal showed that ventilation of oxygen-rich water in the burrow occurs by ciliary action. The volume of water irrigated by M. viridis appears to vary linearly within the first 24 h incubation, with rates ranging from 0.003 to 0.01 ml min(-1). From those rates we could estimate that the time averaged rate of cilia ventilation should be about 0.16 ml min(-1). Since the cilia pumping into the burrow occurs in periods of 24 +/- 12 min and at 50-70% of the measured time, considerable amounts of water from deeper sediments may percolate upwards to the sediment surface. This water is rich in reduced compounds and nutrients and may have important associated ecological implications in the ecosystem (e.g. affecting redox conditions, organic matter degradation, benthic recruitment and primary production). (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

Tailored SERS substrates obtained with cathodic arc plasma ion implantation of gold nanoparticles into a polymer matrix

This manuscript reports on the fabrication of plasmonic substrates using cathodic arc plasma ion implantation, in addition to their performance as SERS substrates. The technique allows for the incorporation of a wide layer of metallic nanoparticles into a polymer matrix, such as PMMA. The ability to pattern different structures using the PMMA matrix is one of the main advantages of the fabrication method. This opens up new possibilities for obtaining tailored substrates with enhanced performance for SERS and other surface-enhanced spectroscopies, as well as for exploring the basic physics of patterned metal nanostructures. The architecture of the SERS-active substrate was varied using three adsorption strategies for incorporating a laser dye (rhodamine): alongside the nanoparticles into the polymer matrix, during the polymer cure and within nanoholes lithographed on the polymer. As a proof-of-concept, we obtained the SERS spectra of rhodamine for the three types of substrates. The hypothesis of incorporation of rhodamine molecules into the polymer matrix during the cathodic arc plasma ion implantation was supported by FDTD (Finite-Difference Time-Domain) simulations. In the case of arrays of nanoholes, rhodamine molecules could be adsorbed directly on the gold surface, then yielding a well-resolved SERS spectrum for a small amount of analyte owing to the short-range interactions and the large longitudinal field component inside the nanoholes. The results shown here demonstrate that the approach based on ion implantation can be adapted to produce reproducible tailored substrates for SERS and other surface-enhanced spectroscopies.

Anticancer Effects of Synthetic Phosphoethanolamine on Ehrlich Ascites Tumor: An Experimental Study

Background: Antineoplastic phospholipids (ALPs) represent a promising class of drugs with a novel mode of action undergoes rapid turnover in the cell membrane of tumors, interfering with lipid signal transduction, inducing cell death. The aim of this study was to investigate the synthetic phosphoethanolamine (Pho-s) as a new anticancer agent. Materials and Methods: Cell viability and morphology were assessed by (3-(4,5-Dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide (MTT), Hoechst and rhodamine staining. Apoptosis was assessed by Annexin V and propidium iodide (PI) staining, caspase-3 activity, mitochondrial membrane potential (Delta m psi) and cell cycle analysis, combined with evaluation of tumor growth in Ehrlich Ascites Tumor (EAT) bearing mice. Results: We found that Pho-s 2.30 mg/ml induced cytotoxicity in all tumor cell lines studied without affecting normal cells. In vitro studies with EAT cells indicated that Pho-s induced apoptosis, demonstrated by an increase in Annexin-V positive cells, loss of mitochondrial potential (Delta m psi) and increased caspase-3 activity. It was also shown to increase the sub-G(1) apoptotic fraction and inhibit progression to the S phase of the cell cycle. Additionally, antitumor effects on the EAT-bearing mice showed that Pho-s, at a concentration of 35 and 70 mg/kg, inhibited tumor growth and increased the lifespan of animals without causing liver toxicity. Conclusion: These findings suggest that Pho-s is a potential anticancer candidate drug.

Microwave Hydrothermal Synthesis and Photocatalytic Performance of ZnO and M:ZnO Nanostructures (M = V, Fe, Co)

ZnO and doped M:ZnO (M = V, Fe and Co) nanostructures were synthesized by microwave hydrothermal synthesis using a low temperature route without addition of any surfactant. The transition metal ions were successfully doped in small amount (3% mol) into ZnO structure. Analysis by X-ray diffraction reveals the formation of ZnO with the hexagonal (wurtzite-type) crystal structure for all the samples. The as-obtained samples showed a similar flower-like morphology except for Fe:ZnO samples, which presented a plate-like morphology. The photocatalytic performance for Rhodamine B (RhB) degradation confirmed that the photoactivity of M:ZnO nanostructures decreased for all dopants in structure, according to their eletronegativity. Photoluminescence spectroscopy was employed to correlate M:ZnO structure with its photocatalytical properties. It was suggested that transition metal ions in ZnO lattice introduce defects that act as trapping or recombination centers for photogenerated electrons and holes, making it impossible for them reach the surface and promote the photocatalytical process.

Emission features of microstructures fabricated by two-photon polymerization containing three organic dyes

Fabrication of microstructures containing active compounds, such as fluorescent dyes and nanoparticles have been exploited in the last few years, aiming at applications from photonics to biology. Here we fabricate, using two-photon polymerization, microstructures containing the fluorescent dyes Stilbene 420, Disodium Fluorescein and Rhodamine B. The produced microstructures, containing dyes at specific sites, present good structural integrity and a broad fluorescence spectrum, from about 350 nm until 700 nm. Such spectrum can be tuned by using different excitation wavelengths and selecting the excitation position in the microstructure. These results are interesting for designing multi-doped structures, presenting tunable and broad fluorescence spectrum. (C)2012 Optical Society of America

Structural refinement, growth process, photoluminescence and photocatalytic properties of (Ba1-xPr2x/3)WO4 crystals synthesized by the coprecipitation method

Barium praseodymium tungstate (Ba1-xPr2x/3)WO4 crystals with (x = 0, 0.01, and 0.02) were prepared by the coprecipitation method. These crystals were structurally characterized by X-ray diffraction (XRD), Rietveld refinements, Fourier-transform Raman (FT-Raman) and Fourier-transform infrared (FT-IR) spectroscopies. The shape and size of these crystals were observed by field emission scanning electron microcopy (FE-SEM). Their optical properties were investigated by ultraviolet visible (UV-vis) absorption and photoluminescence (PL) measurements. Moreover, we have studied the photocatalytic (PC) activity of crystals for degradation of rhodamine B (RhB) dye. XRD patterns, Rietveld refinements data, FT-Raman and FT-IR spectroscopies indicate that all crystals exhibit a tetragonal structure without deleterious phases. FT-Raman spectra exhibited 13 Raman-active modes in a range from 50 to 1000 cm(-1), while FT-IR spectra have 8 infrared active modes in a range from 200 to 1050 cm(-1). FE-SEM images showed different shapes (bonbon-, spindle-, rice-and flake-like) as well as a reduction in the crystal size with an increase in Pr3+ ions. A possible growth process was proposed for these crystals. UV-vis absorption measurements revealed a decrease in optical band gap values with an increase of Pr3+ into the matrix. An intense green PL emission was noted for (Ba1-xPr2x/3)WO4 crystals (x = 0), while crystals with (x = 0.01 and 0.02) produced a reduction in the wide band PL emission and the narrow band PL emission which is related to f-f transitions from Pr3+ ions. High photocatalytic efficiency was verified for the bonbon-like BaWO4 crystals as a catalyst in the degradation of the RhB dye after 25 min under UV-light. Finally, we discuss possible mechanisms for PL and PC properties of these crystals.

Evaluation of epoxy resin sealer after three root canal filling techniques by confocal laser scanning microscopy

The aim of this study was to evaluate the penetration of endodontic sealer into the dentin tubules, the integrity of the sealer layer perimeter, and the sealer area at the apical third after different filling techniques by confocal laser scanning microscopy (CLSM). Forty-five mandibular premolars were mechanically prepared with ProTaper files, until F5 file. Thereafter, they were filled with an epoxy-resin sealer (AH Plus) mixed with Rhodamine B dye (0.1% proportion) and allocated in three groups: Group 1, single master cone; Group 2, cold lateral compaction; and Group 3, Thermafil. For confocal laser scanning microscopy analysis, the specimens were transversely sectioned at 4 mm from the apex. The images at x10 and x40 were analyzed by Imagetool 3.0 software. Significant differences were not found among the three experimental groups according the dentin-impregnate area by the sealer (P = 0.68) and between the sealer and root canal perimeter (P = 0.18). However, root canal filling techniques were significantly different when apical sealer areas were compared (P = 0.001). Thermafil group showed smaller sealer areas (8.09%) while cold lateral compaction and gutta-percha master cone showed similar areas (17.37 and 21.18%, respectively). The dentin-impregnated area was not dependent on the root canal filling technique. Single master cone, cold lateral condensation and Thermafil techniques presented integrity of the sealer perimeter close to 100% and Thermafil resulted in a significantly thinner sealer layer. Microsc. Res. Tech. 75:12771280, 2012. (C) 2012 Wiley Periodicals, Inc.

Trypanosoma cruzi invades host cells through the activation of endothelin and bradykinin receptors: a converging pathway leading to chagasic vasculopathy

BACKGROUND AND PURPOSE Independent studies in experimental models of Trypanosoma cruzi appointed different roles for endothelin-1 (ET-1) and bradykinin (BK) in the immunopathogenesis of Chagas disease. Here, we addressed the hypothesis that pathogenic outcome is influenced by functional interplay between endothelin receptors (ETAR and ETBR) and bradykinin B2 receptors (B2R). EXPERIMENTAL APPROACH Intravital microscopy was used to determine whether ETR/B2R drives the accumulation of rhodamine-labelled leucocytes in the hamster cheek pouch (HCP). Inflammatory oedema was measured in the infected BALB/c paw of mice. Parasite invasion was assessed in CHO over-expressing ETRs, mouse cardiomyocytes, endothelium (human umbilical vein endothelial cells) or smooth muscle cells (HSMCs), in the presence/absence of antagonists of B2R (HOE-140), ETAR (BQ-123) and ETBR (BQ-788), specific IgG antibodies to each GPCRs; cholesterol or calcium-depleting drugs. RNA interference (ETAR or ETBR genes) in parasite infectivity was investigated in HSMCs. KEY RESULTS BQ-123, BQ-788 and HOE-140 reduced leucocyte accumulation in HCP topically exposed to trypomastigotes and blocked inflammatory oedema in infected mice. Acting synergistically, ETAR and ETBR antagonists reduced parasite invasion of HSMCs to the same extent as HOE-140. Exogenous ET-1 potentiated T. cruzi uptake by HSMCs via ETRs/B2R, whereas RNA interference of ETAR and ETBR genes conversely reduced parasite internalization. ETRs/B2R-driven infection in HSMCs was reduced in HSMC pretreated with methyl-beta-cyclodextrin, a cholesterol-depleting drug, or in thapsigargin-or verapamil-treated target cells. CONCLUSIONS AND IMPLICATIONS Our findings suggest that plasma leakage, a neutrophil-driven inflammatory response evoked by trypomastigotes via the kinin/endothelin pathways, may offer a window of opportunity for enhanced parasite invasion of cardiovascular cells.

Deposit-feeding in benthic macrofauna : Tracer studies from the Baltic Sea

A low content of organic matter, which is largely refractory in nature, is characteristic of most sediments, meaning that aquatic deposit-feeders live on a very poor food source. The food is derived mainly from sedimenting phytodetritus, and in temperate waters like the Baltic Sea, from seasonal phytoplankton blooms. Deposit-feeders are either bulk-feeders, or selective feeders, which preferentially ingest the more organic-rich particles in the sediment, including phytodetritus, microbes and meiofauna. The soft-bottom benthos of the Baltic Sea has low species biodiversity and is dominated by a few macrobenthic species, among which the most numerous are the two deposit-feeding amphipods Monoporeia affinis and Pontoporeia femorata, and the bivalve Macoma balthica. This thesis is based on laboratory experiments on the feeding of these three species, and on the priapulid Halicryptus spinulosus. Feeding by benthic animals is often difficult to observe, but can be effectively studied by the use of tracers. Here we used the radioactive isotope 14C to label food items and to trace the organic matter uptake in the animals, while the stable isotopes 13C and 15N were used to follow feeding on aged organic matter in the sediment. The abundance of M. balthica and the amphipods tends to be negatively correlated, i.e., fewer bivalves are found at sites with dense populations of amphipods, with the known explanation that newly settled M. balthica spat are killed by the amphipods. Whether the postlarvae are just accidentally killed, or also ingested after being killed was tested by labelling the postlarvae with 14C and Rhodamine B. Both tracer techniques gave similar evidence for predation on and ingestion of postlarval bivalves. We calculated that this predation was likely to supply less than one percent of the daily carbon requirement for M. affinis, but might nevertheless be an important factor limiting recruitment of M. balthica. The two amphipods M. affinis and P. femorata are partly vertically segregated in the sediment, but whether they also feed at different depths was unknown. By adding fresh 14C-labelled algae either on the sediment surface or mixed into the sediment, we were able to distinguish surface from subsurface feeding. We found M. affinis and P. femorata to be surface and subsurface deposit-feeders, respectively. Whether the amphipods also feed on old organic matter, was studied by adding fresh 14C-labelled algae on the sediment surface, and using aged, one-year-old 13C- and 15N-labelled sediment as deep sediment. Ingestion of old organic matter, traced by the stable isotopes, differed between the two species, with a higher uptake for P. femorata, suggesting that P. femorata utilises the older, deeper-buried organic matter to a greater extent. Feeding studies with juveniles of both M. affinis and P. femorata had not been done previously. In an experiment with the same procedure and treatments as for the adults, juveniles of both amphipod species were found to have similar feeding strategies. They fed on both fresh and old sediment, with no partitioning of food resources, making them likely to be competitors for the same food resource. Oxygen deficiency has become more wide-spread in the Baltic Sea proper in the last half-century, and upwards of 70 000km2 are now devoid of macrofauna, even though part of that area does not have oxygen concentrations low enough to directly kill the macrofauna. We made week-long experiments on the rate of feeding on 14C-labelled diatoms spread on the sediment surface in different oxygen concentrations for both the amphipod species, M. balthica and H. spinulosus. The amphipods were the most sensitive to oxygen deficiency and showed reduced feeding and lower survival at low oxygen concentrations. M. balthica showed reduced feeding at the lowest oxygen concentration, but no mortality increase. The survival of H. spinulosus was unaffected, but it did not feed, showing that it is not a surface deposit-feeder. We conclude that low oxygen concentrations that are not directly lethal, but reduce food intake, may lead to starvation and death in the longer term.

Zugänglichkeit einzelner Domänen des Lichtsammelkomplexes LHCII

Das Membranprotein LHCII ist ein Lichtsammelkomplex der höheren Pflanzen, der in vitro, ausgehend von bakteriell überexprimiertem Apoprotein, als Monomer und als Trimer rekonstituiert werden kann. Um Strukturunterschiede zwischen Monomeren und Trimeren zu bestimmen, wurden ortsspezifische Derivatisierungen des Proteins durchgeführt. Dazu wurden verschiedene Mutationen am LHCII vorgenommen. Das einzige Cystein des nativen, maturen LHCII wurde zunächst in ein Serin umgewandelt. Ausgehend von dieser Mutante wurden an fünf Positionen singuläre Cysteine eingefügt. Zugänglichkeitsuntersuchungen mit dem thiolreaktiven Farbstoff Rhodamine Red-Maleimid zeigten zum Teil Unterschiede zwischen Monomeren und Trimeren auf. Außerdem deutete eine zweiphasige Markierungskinetik eines der rekombinanten LHCII auf mindestens zwei konformelle Populationen in Detergenslösung. Die Beobachtungen dieser Arbeit wurden zudem genutzt, um im Strukturmodell des LHCII unklare Positionen näher zu beschreiben. Schließlich wurden einige der LHCII mit angekoppeltem Fluoreszenzfarbstoff spektroskopisch charakterisiert.

Miniemulsionen als räumliche Begrenzungen : Synthese von Polymer-Hydroxylapatit-Nanopartikeln, bio-inspirierten Nanokapseln und Polymer-Einzelkettenpartikeln

In der vorliegenden Arbeit wurden Miniemulsionen als räumliche Begrenzungen für die Synthese von unterschiedlichen funktionellen Materialien mit neuartigen Eigenschaften verwendet. Das erste Themengebiet umfasst die Herstellung von Polymer/Calciumphosphat-Hybridpartikeln und –Hybridkapseln über die templatgesteuerte Mineralisation von Calciumphosphat. Die funktionalisierte Oberfläche von Polymernanopartikeln, welche über die Miniemulsionspolymerisation hergestellt wurden, diente als Templat für die Kristallisation von Calciumphosphat auf den Partikeln. Der Einfluss der funktionellen Carboxylat- und Phosphonat-Oberflächengruppen auf die Komplexierung von Calcium-Ionen sowie die Mineralisation von Calciumphosphat auf der Oberfläche der Nanopartikel wurde mit mehreren Methoden (ionenselektive Elektroden, REM, TEM und XRD) detailliert analysiert. Es wurde herausgefunden, dass die Mineralisation bei verschiedenen pH-Werten zu vollkommen unterschiedlichen Kristallmorphologien (nadel- und plättchenförmige Kristalle) auf der Oberfläche der Partikel führt. Untersuchungen der Mineralisationskinetik zeigten, dass die Morphologie der Hydroxylapatit-Kristalle auf der Partikeloberfläche mit der Änderung der Kristallisationsgeschwindigkeit durch eine sorgfältige Wahl des pH-Wertes gezielt kontrolliert werden kann. Sowohl die Eigenschaften der als Templat verwendeten Polymernanopartikel (z. B. Größe, Form und Funktionalisierung), als auch die Oberflächentopografie der entstandenen Polymer/Calciumphosphat-Hybridpartikel wurden gezielt verändert, um die Eigenschaften der erhaltenen Kompositmaterialien zu steuern. rnEine ähnliche bio-inspirierte Methode wurde zur in situ-Herstellung von organisch/anorganischen Nanokapseln entwickelt. Hierbei wurde die flexible Grenzfläche von flüssigen Miniemulsionströpfchen zur Mineralisation von Calciumphosphat an der Grenzfläche eingesetzt, um Gelatine/Calciumphosphat-Hybridkapseln mit flüssigem Kern herzustellen. Der flüssige Kern der Nanokapseln ermöglicht dabei die Verkapselung unterschiedlicher hydrophiler Substanzen, was in dieser Arbeit durch die erfolgreiche Verkapselung sehr kleiner Hydroxylapatit-Kristalle sowie eines Fluoreszenzfarbstoffes (Rhodamin 6G) demonstriert wurde. Aufgrund der intrinsischen Eigenschaften der Gelatine/Calciumphosphat-Kapseln konnten abhängig vom pH-Wert der Umgebung unterschiedliche Mengen des verkapselten Fluoreszenzfarbstoffes aus den Kapseln freigesetzt werden. Eine mögliche Anwendung der Polymer/Calciumphosphat-Partikel und –Kapseln ist die Implantatbeschichtung, wobei diese als Bindeglied zwischen künstlichem Implantat und natürlichem Knochengewebe dienen. rnIm zweiten Themengebiet dieser Arbeit wurde die Grenzfläche von Nanometer-großen Miniemulsionströpfchen eingesetzt, um einzelne in der dispersen Phase gelöste Polymerketten zu separieren. Nach der Verdampfung des in den Tröpfchen vorhandenen Lösungsmittels wurden stabile Dispersionen sehr kleiner Polymer-Nanopartikel (<10 nm Durchmesser) erhalten, die aus nur wenigen oder einer einzigen Polymerkette bestehen. Die kolloidale Stabilität der Partikel nach der Synthese, gewährleistet durch die Anwesenheit von SDS in der wässrigen Phase der Dispersionen, ist vorteilhaft für die anschließende Charakterisierung der Polymer-Nanopartikel. Die Partikelgröße der Nanopartikel wurde mittels DLS und TEM bestimmt und mit Hilfe der Dichte und des Molekulargewichts der verwendeten Polymere die Anzahl an Polymerketten pro Partikel bestimmt. Wie es für Partikel, die aus nur einer Polymerkette bestehen, erwartet wird, stieg die mittels DLS bestimmte Partikelgröße mit steigendem Molekulargewicht des in der Synthese der Partikel eingesetzten Polymers deutlich an. Die Quantifizierung der Kettenzahl pro Partikel mit Hilfe von Fluoreszenzanisotropie-Messungen ergab, dass Polymer-Einzelkettenpartikel hoher Einheitlichkeit hergestellt wurden. Durch die Verwendung eines Hochdruckhomogenisators zur Herstellung der Einzelkettendispersionen war es möglich, größere Mengen der Einzelkettenpartikel herzustellen, deren Materialeigenschaften zurzeit näher untersucht werden.rn

Bioverkapselung lebender Bakterien (Escherichia coli) mit Poly-(Silicat) nach Transformation mit dem Silicatein-alpha-Gen

Die Bioverkapselung ist eine faszinierende Methode, um biologische Materialien einschließlich Zellen in Siliziumdioxid, Metalloxiden oder hybriden Sol-Gel-Polymeren zu immobilisieren. Bisher wurde nur die Sol-Gel-Vorläufertechnologie genutzt, um Bakterien- oder Hefezellen in Siliziumdioxid zu immobilisieren. Hierfür wurden verschiedene Reagenzien als wässrige Vorläufer getestet, um poly(Silicate) auf Biomolekülen (Bhatia et al., 2000) oder Zellen (Liu und Chen 1999; Coradin und Livage, 2007) zu bilden. Einer der erfolgreichsten bisherigen Methoden verwendet eine Mischung aus Silicaten und kolloidalem Silica. Diese initialen Vorläufer werden durch die Zugabe von Salzsäure neutralisiert, was die Gelbildung fortschreiten lässt und die Verkapselung von Bakterien in einem Silica-Netzwerk zur Folge hat (Nassif et al., 2003). Mit der Entdeckung von Silicatein, einem Enzym, das aus Demospongien isoliert wurde und die Bildung von poly(Silicat) katalysiert, wurde es möglich, poly(Silicat) unter physiologischen Bedingungen zu synthetisieren. Silicatein wurde rekombinant in E. coli hergestellt und ist in der Lage, bei Raumtemperatur, neutralem pH-Wert und in wässrigen Puffersystemen aus Siliziumalkoxiden poly(Silicat) zu bilden (Krasko et al., 2000; Müller et al., 2007b; Zhou et al., 1999). In vivo katalysiert Silicatein die Synthese der Silicathülle der Schwamm-Spiculae (Skelettelemente; Müller et al., 2005b; Müller et al., 2007a; Müller et al., 2007b; Schröder et al., 2007a). Dieses Biosilica wurde in Form von Silica-Nanospheren mit Durchmessern zwischen 100 nm und 250 nm organisiert vorgefunden (Pisera 2003; Tahir et al., 2005). Mit dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass Escherichia coli erfolgreich mit dem Silicatein-Gen transformiert werden kann. Das Level der Proteinexpression kann in Anwesenheit von Isopropyl-β-D-thiogalaktopyranosid (IPTG) effizient erhöht werden, indem man die Bakterienzellen gleichzeitig mit Kieselsäure inkubiert. Dieser Effekt konnte sowohl auf Ebene der Synthese des rekombinanten Proteins durch Western Blot als auch durch Immunfluoreszenzmikroskopie nachgewiesen werden. Das heterolog produzierte Silicatein besitzt enzymatische Aktivität und kann die Polymerisation von Kieselsäure katalysieren. Dies konnte sowohl durch Färbung mit Rhodamin123, als auch durch Reaktion der nicht polymerisierten, freien Kieselsäure mit dem ß-Silicomolybdato-Farbsystem (Silicomolybdänblau) nachgewiesen werden. Elektronenmikroskopische Untersuchungen zeigten, dass nur die silicateinexprimierenden Bakterien während des Wachstums in Anwesenheit von Kieselsäure eine viskose Hülle um Zelle herum bilden. Ebenfalls konnte gezeigt werden, dass Silicatein-α aus Suberites domuncula nach Transformation in E. coli an die Zelloberfläche dieser Zellen transportiert wurde und dort seine enzymatische Funktion beibehielt. Die Silicathülle wurde mittels Raster-Elektronenmikroskopie (REM) analysiert. Die Bakterien, die Silicatein exprimierten und poly(Silicat) an ihrer Oberfläche synthetisierten, zeigten die gleichen Wachstumsraten wie die Bakterien, die das Gen nicht enthielten. Schlussfolgernd lässt sich sagen, dass die silicateinvermittelte Verkapselung von Bakterien mit poly(Silicat) die Bandbreite der Anwendung von Bakterien für die Produktion von rekombinanten Proteinen verbessern, erweitern und optimieren könnte.

Synthese von grenzflächenaktiven Monomeren zur Herstellung von funktionalen Metall-Chalkogenid,Polymer-Hybridnanopartikeln

In dieser Arbeit wurde gezeigt, wie oberflächenfunktionalisierte Polystyrolnanopartikel zur Herstellung von Metallchalkogenid/Polymer-Hybridnanopartikeln eingesetzt werden können. Dazu wurden zunächst phosphonsäure- und phosphorsäurefunktionalisierte Surfmere synthetisiert, die anschließend bei der Miniemulsionspolymerisation von Styrol verwendet wurden. Die Surfmere dienten dabei zugleich zur Stabilisierung und als Comonomer. Die oberflächenfunktionalisierten Polystyrolnanopartikel wurden anschließend als Trägerpartikel für die Kristallisation von Metalloxiden eingesetzt. Dabei wurden Metalloxid/Polymer-Hybridnanopartikel mit einer „himbeerartigen“ Morphologie erhalten. Um die vielseitige Modifizierbarkeit der phosphonat- und phosphat¬funktionalisierten Polystyrolpartikel zu demonstrieren, wurden Cer-, Eisen- sowie Zinkoxid auf der Partikeloberfläche kristallisiert. Dazu wurden sowohl wässrige als auch alkoholische Metalloxid-Präkursorlösungen eingesetzt. Die synthetisierten Metall¬oxid/Polymer-Hybridpartikel wurden detailliert mit REM, TEM und PXRD analysiert. Die Untersuchung des Kristallisationsmechanismus hatte erwiesen, dass die komplexierten Metallkationen auf der Partikeloberfläche als Nukleationszentren wirkten und die Zutropfrate des Fällungsreagenz entscheidend für die Oberflächenkristallisation ist. Durch Mischungsexperimente von Metalloxidnanopartikeln und den oberflächen¬funktionalisierten Polymerpartikeln konnte die Hybridpartikelbildung über Hetero¬koagulation ausgeschlossen werden. Außerdem wurde festgestellt, dass die Polarität der funktionellen Gruppe über die Stärke der Komplexierung der Metalloxid-Präkursor bestimmt. Darüber hinaus wurde ein Modell zur Erklärung der kolloidalen Stabilisierung der Metalloxid/Polymer-Hybridsysteme aufgestellt und ein Zusammenhang zwischen dem gemessenen Zeta-Potential und der Oberflächenbedeckung der Polymerpartikel durch Metalloxid gefunden. Mit der Methode der Oberflächenkristallisation konnten frühe Stadien der Nukleation auf der Partikeloberfläche fixiert werden. Weiterhin wurden die individuellen physikalisch-chemischen Eigenschaften der hergestellten Metall¬oxid/Polymer-Hybridnano¬partikel untersucht. Dabei zeigten die CeO2/Polymer-Hybridpartikel eine hohe katalytische Aktivität bezüglich der photokatalytischen Oxidation von Rhodamin B, die als Modellreaktion durchgeführt wurde. Des Weiteren wurde die Magnetisierung der Magnetit/Polymer-Hybridpartikel gemessen. Die Fe3O4-Hybrid¬partikelsysteme wiesen eine vergleichbare Sättigungsmagnetisierung auf. Die Zinkoxid/Polymer-Hybridsysteme zeigten eine starke Lumineszenz im sichtbaren Bereich bei Anregung mit UV-Licht. Die Metalloxid/Polymer-Hybridpartikel, die mit den phosphonat- oder phosphatfunktion¬alisierten Polystyrolpartikeln hergestellt wurden, zeigten keine signifikanten Unterschiede in ihren physikochemischen Eigenschaften. Im Allgemeinen lässt sich schlussfolgern, dass sowohl Phosphonat- als auch Phosphatgruppen gleichermaßen für die Oberflächenkristallisation von Metalloxiden geeignet sind. Die Zink¬oxid/Polymer-Hybridsysteme stellen eine Ausnahme dar. Die Verwendung der phosphonat¬funktionalisierten Polystyrolpartikel führte zur Entstehung einer Zinkhydroxidphase, die neben der Zinkoxidphase gebildet wurde. Aufgrund dessen zeigten die ZnO/RPO3H2-Hybridpartikel eine geringere Lumineszenz im sichtbaren Bereich als die ZnO/RPO4H2-Hybridsysteme.rnDie Erkenntnisse, die bei der Oberflächenkristallisation von Metalloxiden gewonnen wurden, konnten erfolgreich auf Cadmiumsulfid übertragen werden. Dabei konnte Cadmiumsulfid auf der Oberfläche von phosphonatfunktionalisierten Polystyrolpartikeln kristallisiert werden. Mit Hilfe des RPO3H2-Surfmers konnten phosphonatfunktion¬alisierte Polystyrolpartikel mit superparamagnetischem Kern synthetisiert werden, die zur Herstellung von multifunktionalen CdS/Polymer-Hybridpartikeln mit Magnetitkern verwendet wurden. Die Kristallphase und die Oberflächenbedeckung der multi¬funktionalen Hybridsysteme wurden mit den CdS/Polymer-Hybridsystemen ohne magnetischen Kern verglichen. Dabei konnte nachgewiesen werden, dass in beiden Fällen Cadmiumsulfid in der Greenockit-Modifikation gebildet wurde. Die multifunktionalen CdS/Polymer-Hybridpartikel mit superparamagnetischem Kern konnten sowohl mit einem optischen als auch einem magnetischen Stimulus angeregt werden.rnrn

Surface-enhanced vibrational techniques for the detection of synthetic organic colorants

The research project object of this thesis is focused on the development of an advanced analytical system based on the combination of an improved thin layer chromatography (TLC) plate coupled with infrared (FTIR) and Raman microscopies for the detection of synthetic dyes. Indeed, the characterization of organic colorants, which are commonly present in mixtures with other components and in a very limited amount, still represents a challenging task in scientific analyses of cultural heritage materials. The approach provides selective spectral fingerprints for each compound, foreseeing the complementary information obtained by micro ATR-RAIRS-FTIR and SERS-Raman analyses, which can be performed on the same separated spot. In particular, silver iodide (AgI) applied on a gold coated slide is proposed as an efficient stationary phase for the discrimination of complex analyte mixtures, such as dyes present in samples of art-historical interest. The gold-AgI-TLC plate shows high performances related both to the chromatographic separation of analytes and to the spectroscopic detection of components. The use of a mid-IR transparent inorganic salt as the stationary phase avoids interferences of the background absorption in FTIR investigations. Moreover, by ATR microscopy measurements performed on the gold-AgI surface, a considerable enhancement in the intensity of spectra is observed. Complementary information can be obtained by Raman analyses, foreseeing a SERS activity of the AgI substrate. The method has been tested for the characterization of a mixture of three synthetic organic colorants widely used in dyeing processes: Brilliant Green (BG1), Rhodamine B (BV10) and Methylene Blue (BB9).