Filmes híbridos PMMA-siloxano modificados com nanotubos de carbono para proteção de materiais metálicos contra corrosão

Using the sol-gel process, organic-inorganic hybrid coatings were synthesized by incorporation of different concentrations of functionalized carbon nanotubes, to improve their mechanical strength and thermal resistance without changing its passivation character. The siloxane-PMMA hybrids were prepared by radical polymerization of methyl methacrylate (MMA) with 3-methacryloxipropiltrimethoxisilane (MPTS) using the thermal initiator benzoyl peroxide (BPO), followed by acid catalyzed hydrolysis and condensation of tetraethoxysilane (TEOS). The analysis of pristine and functionalized carbon nanotubes was carried out using Scanning Electron Microscopy, X-ray Photoelectron Spectroscopy and Raman Spectroscopy. Structural analysis of hybrids was performed by Nuclear Magnetic Resonance, Atomic Force Microscopy and Raman Spectroscopy. For analysis of mechanical strength and thermal stability were performed mechanical compression tests and thermogravimetric analysis, respectively. Electrochemical Impedance Spectroscopy was used to evaluate the corrosion resistance in saline environment. The results showed an effective functionalization of carbon nanotubes with carboxyl groups and conservation of its structure. The hybrids showed high siloxane network connectivity and roughness of approximately 0.3 nm. The incorporation of carbon nanotubes in the hybrid matrix did not change significantly their thermal stability. Samples containing carbon nanotubes exhibit good corrosion resistance (on the order of MΩ in saline environment), but the lack of complete dispersion of carbon nanotubes in the hybrid, resulted in a loss of mechanical and corrosion resistance compared to hybrid matrix.

Influência da incorporação de nanofibras de poliamida 6 com e sem nanotubos de carbono como reforço de prótese parcial fixa adesiva

The aim of this study was to evaluate the behavior of reinforced composites with polyamide 6 fibers aligned (6000 rpm) and alignment (120 rpm) with or without CNT using the flexural strength test. After preparation of nanofibers aligned nylon 6 (6000 rpm) and alignment (120 rpm) with and without incorporation of nanotube carbon by the method of electrospinning, were performed one control group (n = 10) and 4 experimental groups (n = 40) G1: Control (just resin Charisma - Heraeus Kulzer) ;G2 Resin + N6 aligned (6000 rpm) + CNT; G3:Resin + N6 alignment (120 rpm) + CNT; G4: Resin + aligned ( 6000 rpm) N6. G5: Resin + N6 alignment (120 rpm). The fibers were cut to the dimensions of 0,3 x 15 mm and were applied an adhesive at the surface (Single Bond 2) for 5 min and cured. In the matrix, was added resin in the proximal box (Charisma A2, Heraeus Kulzer) and cured for 40 s. (power 1100 mW / cm²). A first layer of resin and on the resin was deposited. The resin layers specimens were light irradiated with three overlapping exposures delivered. For each resin layer were light irradiated for 40 sec. The samples were tested with a cross-speed of 1 mm / min, and a 50 Kgf at Universal testing machine (EMIC mod.DL2000). The Dunnet test showed that only the nanotube group was significantly different from the control group. The ANOVA two-way indicates that the nanotube factor was statistically significant (p < 0.05) and there is no interaction between factors and orientation nanotube. The presence of nanotube showed lower fracture resistance values for aligned and unaligned groups. The results of this study showed that the orientation of the fibers does not influence the strength of composite resins and the incorporation of nylon nanofibers with carbon nanotubes decreased the fracture resistance values. The presence of the fibers has not been able to improve the strength of the material in any of the...

Influência da incorporação de nanofibras de poliamida 6 com e sem nanotubos de carbono como reforço de prótese parcial fixa adesiva

The aim of this study was to evaluate the behavior of reinforced composites with polyamide 6 fibers aligned (6000 rpm) and alignment (120 rpm) with or without CNT using the flexural strength test. After preparation of nanofibers aligned nylon 6 (6000 rpm) and alignment (120 rpm) with and without incorporation of nanotube carbon by the method of electrospinning, were performed one control group (n = 10) and 4 experimental groups (n = 40) G1: Control (just resin Charisma - Heraeus Kulzer) ;G2 Resin + N6 aligned (6000 rpm) + CNT; G3:Resin + N6 alignment (120 rpm) + CNT; G4: Resin + aligned ( 6000 rpm) N6. G5: Resin + N6 alignment (120 rpm). The fibers were cut to the dimensions of 0,3 x 15 mm and were applied an adhesive at the surface (Single Bond 2) for 5 min and cured. In the matrix, was added resin in the proximal box (Charisma A2, Heraeus Kulzer) and cured for 40 s. (power 1100 mW / cm²). A first layer of resin and on the resin was deposited. The resin layers specimens were light irradiated with three overlapping exposures delivered. For each resin layer were light irradiated for 40 sec. The samples were tested with a cross-speed of 1 mm / min, and a 50 Kgf at Universal testing machine (EMIC mod.DL2000). The Dunnet test showed that only the nanotube group was significantly different from the control group. The ANOVA two-way indicates that the nanotube factor was statistically significant (p < 0.05) and there is no interaction between factors and orientation nanotube. The presence of nanotube showed lower fracture resistance values for aligned and unaligned groups. The results of this study showed that the orientation of the fibers does not influence the strength of composite resins and the incorporation of nylon nanofibers with carbon nanotubes decreased the fracture resistance values. The presence of the fibers has not been able to improve the strength of the material in any of the...

Citotoxicidade e genotoxicidade de nanotubos de carbono

There are many controversies regarding the cyto- and genotoxicity of carbon nanotubes (CNTs). In this work, we discuss that many of the incongruous arguments are probably associated with the poor physical-chemical characterization of the CNT samples used in many publications. This manuscript presents examples of carbon nanostructures observed under high resolution electron microscopy that can be found in typical CNT samples, and shows which roles in cyto- and genotoxicity need to be better investigated. Issues concerning chemical treatment are addressed and examples of misunderstandings that can occur during the studies of cyto- and genotoxicity of CNT samples are given.

Síntese de nanotubos de carbono a partir do bagaço da cana-de-açúcar

A tradicional produção de açúcar, associada à crescente produção de etanol, faz da indústria sucroalcooleira um dos principais segmentos da economia brasileira. As indústrias brasileiras de açúcar e álcool processaram cerca de 630 milhões de toneladas de cana em 2009, gerando, aproximadamente, 142 milhões de toneladas de bagaço. Este trabalho apresenta uma possibilidade de destinação para o bagaço da cana através da queima controlada associada à síntese de nanotubos de carbono (CNTs), materiais que possuem inúmeras possibilidades de aplicações tecnológicas devido as suas excepcionais propriedades. Foi utilizado o processo de pirólise a 1000ºC associado a um sistema catalisador, visando à recuperação dos gases gerados como matéria-prima para a síntese dos CNTs. As emissões gasosas foram analisadas por cromatografia e os materiais produzidos foram caracterizados com o emprego de MEV, MET, TGA e espectroscopia Raman. Os resultados mostraram que o uso do catalisador resultou na diminuição das emissões gasosas. Nanotubos de carbono com comprimentos de 10 a 40 µm e diâmetros entre 20 e 50 nm foram produzidos.

Nanotubos de carbono de parede simples funcionalizados com polietilenoglicol: avaliação de parâmetros in vivo e in vitro

Os nanomateriais apresentam uma escala na qual ao menos uma das dimensões varia entre 1 e 100 nm e possuem propriedades químicas, físicas ou biológicas dependentes da nanoestrutura e que lhes confere características funcionais de interesse para fins comerciais ou aplicações na área médica. Dentre os nanomateriais mais estudados e utilizados, destacam-se os de carbono, que incluem os fulerenos e os nanotubos de carbono (NT). Uma potencial utilização dos nanomateriais de carbono é na área biomédica, já que estes podem interagir com os sistemas biológicos em nível molecular e supramolecular com alto grau de especificidade. Em contrapartida, é importante considerar que os nanotubos de carbono podem exercer efeitos tóxicos, tendo como possível mecanismo o estresse oxidativo. Sendo assim, o objetivo desse trabalho foi investigar a ação dos nanotubos de carbono de parede única funcionalizados com polietilenoglicol (SWNT-PEG) em Danio rerio “zebrafish” (Teleostei, Cyprinidae). Avaliaram-se parâmetros bioquímicos, histológicos, comportamentais e de biodistribuição para entender como esse material se comporta in vitro e in vivo. Foi observado que o tipo de funcionalização é determinante para a ação desse material em meio biológico. No experimento in vitro o SWNT-PEG não mostrou efeito pró-oxidante nas avaliações de peroxidação lipídica, capacidade antioxidante total, conteúdo de GSH e atividade de GCL. Na exposição intraperitoneal em zebrafish constatou-se a agregação e geração de processo inflamatório, o que sugere que a cadeia de PEG utilizada para a funcionalização dos NT possui um tamanho inadequado e/ou uma funcionalização ineficiente para manter a estabilidade do material em meio biológico e evitar uma resposta inflamatória por parte do organismo exposto. Possivelmente devido a esta característica do nanomaterial, nas análises de biodistribuição, através de espectroscopia Raman, não se observou distribuição de SWNT-PEG no sistema nervoso central de zebrafish. No entanto, através da análise histológica foi observado processo inflamatório no tecido nervoso central, bem como alterações comportamentais avaliadas na tarefa de campo aberto.

Modelizado molecular de nanocomposites de matriz polimérica reforzados con nanotubos de carbono

135 p.

Determinação eletroanalítica de ácido salicílico em produto dermatológico com eletrodos de nanotubos de carbono e nanopartículas de óxido de ferro

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Química, Programa de Pós-Graduação em Tecnologias Química e Biológica, 2016.

Estudo da cinética de cristalização e de degradação de compósitos nanoestruturados de poliamida 6,6/nanotubos de carbonos

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Um estudo sobre a influência de defeitos de diferente natureza nas propriedades eletrônicas de nanotubos usando o método das ondas cilindricas linearizadas aumentadas

Os nanotubos de carbono e nitreto de boro são nano estruturas unidimensionais que apresentam comportamento tanto metálico quanto semicondutor, dependendo da sua quiralidade, exceto para os nanotubos de nitreto de boro que apresentam sempre características semicondutoras, caso não estejam dopados. Devido suas características eletrônicas, os nanotubos apresentam grandes possibilidades de aplicação em dispositivos de nanoeletrônica, tais como nanodiodos, nanotransistores e como elementos de interconexão, dentre outros. Por esta razão, é importante compreender como fatores externos agem sobre as propriedades de tais materiais. Um desses fatores externos é a introdução de defeitos nos nanotubos. Tais defeitos são a ausência de um ou mais átomos de carbono, pertencente ao nanotubo de carbono e, de nitrogênio ou boro, para os nanotubos de nitreto de boro, ou ainda, a substituição de átomos de carbono, nitrogênio ou boro por diferentes átomos na estrutura dos correspondentes nanotubos. Este trabalho apresenta um estudo teórico dos efeitos da introdução de defeitos, por substituição, nas propriedades eletrônicas dos nanotubos de carbono e nitreto de boro, via simulação ab-initio. Avaliam-se as estruturas de banda de energia e densidade de estados de nanotubos de carbono semicondutores e metálicos tipos armchair e zig-zag e apenas do tipo armchair para os nanotubos de nitreto de boro usando o método LACW – método das ondas cilíndricas linearizadas aumentadas. Além disso, devido a crescente importância dos nanotubos de nitreto de boro, fazemos um estudo sistematizado da estrutura eletrônica desses nanotubos, para uma supercélula formada por três células unitárias, usando dopagem intrínseca, bem como uma análise quantitativa, baseada na energia total e banda proibida, de estabilidade dessas estruturas.

Obtenção de nanofibras de carbono a partir do processo de eletrofiação

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Determinação de açucares em bagaço de palha de cana-de-açúcar por cromatografia líquida de alta eficiência com detecção eletroquímica utilizando eletrodos de nanotubos modificados com óxidos metálicos

Pós-graduação em Química - IQ

Nanosensor for assessing the risk of a cardiovascular disease

The incidence of cardiovascular diseases (CVD) has been increasing according to the European and global statistics. Thus, the development of new analytical devices, such as biosensors for assessing the risk of CVD could become a valuable approach for the improvement of healthcare service. In latest years, the nanotechnology has provided new materials with improved electronic properties which have an important contribution in the transduction mechanism of biosensors. Thus, in this thesis, biosensors based on field effect transistors with single-walled carbon nanotubes (NTFET) were developed for the detection of C-reactive protein (CRP) in clinical samples, that is, blood serum and saliva from a group of control patients and a group of CVD risk patients. CRP is an acute-phase protein, which is commonly known as the best validated biomarker for the assessment of CVD, the single-walled carbon nanotubes (SWCNT) were applied as transduction components, and the immunoreaction (interaction between the CRP antigen and the antibodies specific to CRP) was used as the mechanism of molecular recognition for the label-free detection of CRP. After the microfabrication of field effect transistors (FET), the screening of the most important variables for the dispersion of SWCNT, the assemblage of NTFET, and their application on standard solutions of CRP, it was found that NTFET respond accurately to CRP both in saliva and in serum samples, since similar CRP levels were found with the NTFET and the traditional methodology (ELISA technique). On the other hand, a strong correlation between salivary and serum CRP was found with NTFET, which means that saliva could be used, based on non-invasive sampling, as an alternative fluid to blood serum. It was also shown that NTFET could discriminate control patients from CVD risk patients, allowing the determination of a cut-off value for salivary CRP of 1900 ng L-1, which corresponds to the well established cut-off of 3 mg L-1 for CRP in serum, constituting an important finding for the possible establishment of a new range of CRP levels based on saliva. According to the data provided from the volunteer patients regarding their lipoprotein profile and lifestyle factors, it was concluded that the control and the CVD risk patients could be separated taking into account the various risk factors established in literature as strong contributors for developing a CVD, such as triglycerides, serum CRP, total cholesterol, LDL cholesterol, body mass index, Framingham risk score, hypertension, dyslipidemia, and diabetes mellitus. Thus, this work could provide an additional contribution to the understanding of the association of biomarkers levels in serum and saliva samples, and above all, cost-effective, rapid, label-free, and disposable NTFET were developed, based on a noninvasive sampling, for the assessment of CVD risk, thus constituting a potential point-of-care technology.

Nanofluids development and characterization for heat exchanging intensification

A desmaterialização da economia é um dos caminhos para a promoção do desenvolvimento sustentável na medida em que elimina ou reduz a utilização de recursos naturais, fazendo mais com menos. A intensificação dos processos tecnológicos é uma forma de desmaterializar a economia. Sistemas mais compactos e mais eficientes consomem menos recursos. No caso concreto dos sistemas envolvendo processo de troca de calor, a intensificação resulta na redução da área de permuta e da quantidade de fluido de trabalho, o que para além de outra vantagem que possa apresentar decorrentes da miniaturização, é um contributo inegável para a sustentabilidade da sociedade através do desenvolvimento científico e tecnológico. O desenvolvimento de nanofluidos surge no sentido de dar resposta a estes tipo de desafios da sociedade moderna, contribuindo para a inovação de produtos e sistemas, dando resposta a problemas colocados ao nível das ciências de base. A literatura é unânime na identificação do seu potencial como fluidos de permuta, dada a sua elevada condutividade, no entanto a falta de rigor subjacente às técnicas de preparação dos mesmos, assim como de um conhecimento sistemático das suas propriedades físicas suportado por modelos físico-matemáticos devidamente validados levam a que a operacionalização industrial esteja longe de ser concretizável. Neste trabalho, estudou-se de forma sistemática a condutividade térmica de nanofluidos de base aquosa aditivados com nanotubos de carbono, tendo em vista a identificação dos mecanismos físicos responsáveis pela condução de calor no fluido e o desenvolvimento de um modelo geral que permita com segurança determinar esta propriedade com o rigor requerido ao nível da engenharia. Para o efeito apresentam-se métodos para uma preparação rigorosa e reprodutível deste tipo de nanofluido assim como das metodologias consideradas mais importantes para a aferição da sua estabilidade, assegurando deste modo o rigor da técnica da sua produção. A estabilidade coloidal é estabelecida de forma rigorosa tendo em conta parâmetros quantificáveis como a ausência de aglomeração, a separação de fases e a deterioração da morfologia das nanopartículas. Uma vez assegurado o método de preparação dos nanofluídos, realizou-se uma análise paramétrica conducente a uma base de dados obtidos experimentalmente que inclui a visão central e globalizante da influência relativa dos diferentes fatores de controlo com impacto nas propriedades termofísicas. De entre as propriedades termofísicas, este estudo deu particular ênfase à condutividade térmica, sendo os fatores de controlo selecionados os seguintes: fluido base, temperatura, tamanho da partícula e concentração de nanopartículas. Experimentalmente, verificou-se que de entre os fatores de controlo estudados, os que maior influência detêm sobre a condutividade térmica do nanofluido, são o tamanho e concentração das nanopartículas. Com a segurança conferida por uma base de dados sólida e com o conhecimento acerca da contribuição relativa de cada fator de controlo no processo de transferência de calor, desenvolveu-se e validou-se um modelo físico-matemático com um caracter generalista, que permitirá determinar com segurança a condutividade térmica de nanofluidos.

Compósitos CNTs/biocerâmico para a estimulação elétrica óssea in situ

The present thesis aims to develop a biocompatible and electroconductor bone graft containing carbon nanotubes (CNTs) that allows the in situ regeneration of bone cells by applying pulsed external electrical stimuli. The CNTs were produced by chemical vapor deposition (CVD) by a semi-continuous method with a yield of ~500 mg/day. The deposition parameters were optimised to obtain high pure CNTs ~99.96% with controlled morphologies, fundamental requisites for the biomedical application under study. The chemical functionalisation of CNTs was also optimised to maximise their processability and biocompatibility. The CNTs were functionalised by the Diels-Alder cycloaddition of 1,3-butadiene. The biological behaviour of the functionalised CNTs was evaluated in vitro with the osteoblastic cells line MG63 and in vivo, by subcutaneous implantation in rats. The materials did not induce an expressed inflammatory response, but the functionalised CNTs showed a superior in vitro and in vivo biocompatibility than the non-functionalised ones. Composites of ceramic matrix, of bioglass (Glass) and hydroxyapatite (HA), reinforced with carbon nanotubes (CNT/Glass/HA) were processed by a wet approach. The incorporation of just 4.4 vol% of CNTs allowed the increase of 10 orders of magnitude of the electrical conductivity of the matrix. In vitro studies with MG63 cells show that the CNT/Glass/HA composites guarantee the adhesion and proliferation of bone cells, and stimulate their phenotype expression, namely the alkaline phosphate (ALP). The interactions between the composite materials and the culture medium (α-MEM), under an applied electrical external field, were studied by scanning vibrating electrode technique. An increase of the culture medium electrical conductivity and the electrical field confinement in the presence of the conductive samples submerged in the medium was demonstrated. The in vitro electrical stimulation of MG63 cells on the conductive composites promotes the increase of the cell metabolic activity and DNA content by 130% and 60%, relatively to the non-stimulated condition, after only 3 days of daily stimulation of 15 μA for 15 min. Moreover, the osteoblastic gene expression for Runx2, osteocalcin (OC) and ALP was enhanced by 80%, 50% and 25%, after 5 days of stimulation. Instead, for dielectric materials, the stimulus delivering was less efficient, giving an equal or lower cellular response than the non-stimulated condition. The proposed electroconductive bone grafts offer exciting possibilities in bone regeneration strategies by delivering in situ electrical stimulus to cells and consequent control of the new bone tissue formation rate. It is expected that conductive smart biomaterials might turn the selective bone electrotherapy of clinical relevance by decreasing the postoperative healing times.