Tintado de superficies y efectos visuales mediante el uso de micro y nanopartículas metálicas

Sistema de coloración de superficies mediante el empleo de soluciones de partículas nanoscópicas metálicas depositadas sobre la superficie del objeto a tintar. Al no suponer un recubrimiento completo de la superficie, como el que se da en depósitos moleculares, sino un depósito discreto de partículas, dejará pasar los detalles originales de la superficie. Este método presenta la ventaja de que el color se controla mediante la elección del tipo de partícula o mezcla de ellas y no únicamente mediante el control del espesor de la lámina depositada, en el caso de deposiciones moleculares. Lo parámetros de control y diseño son: forma de las partículas, tamaño de las partículas, relación de aspecto de las mismas, naturaleza material de las partículas, concentración de partículas, relación de mezcla de las partículas.

Método de sedimentación de partículas semiconductores coloidales

Se basa en el control del pH de la suspensión coloidal, modificándolo de tal manera que se alcance el punto isoeléctrico que es característico de cada tipo de partícula en presencia de un determinado electrolito. Una vez terminado el tratamiento de fotocatálisis se almacena la suspensión coloidal en un tanque y tras homogeneizar la misma mediante agitadores convencionales se toma una muestra representativa del volumen total y se añade una base o un ácido a la misma hasta conseguir el punto de carga eléctrica nula de la muestra. A continuación se añade al tanque de almacenamiento la cantidad adecuada de base o de ácido, extrapolada de la etapa anterior, con lo que se conseguirá el punto de carga eléctrica nula del volumen almacenado en el tanque. Finalmente se retira el sobrenadante limpio, una vez que se ha producido la sedimentación del catalizador en el fondo del tanque de almacenamiento.

Cimentos injetáveis à base de fosfatos de cálcio para vertebroplastia

O principal objectivo desta investigação foi o desenvolvimento cimentos de fosfatos de cálcio com injetabilidade melhorada e propriedades mecânicas adequadas para aplicação em vertebroplastia. Os pós de fosfato de tricálcico (TCP) não dopados e dopados (Mg, Sr e Mn) usados neste estudo foram obtidos pelo processo de precipitação em meio aquoso, seguidos de tratamento térmico de forma a obter as fases pretendidas, α− e β−TCP. A substituição parcial de iões Ca por iões dopantes mostrou ter implicações em termos de estabilidade térmica da fase β−TCP. Os resultados demonstraram que as transformações de fase alotrópicas β↔α−TCP são fortemente influenciadas por variáveis experimentais como a taxa de arrefecimento, a presença de impurezas de pirofosfato de cálcio e a extensão do grau de dopagem com Mg. Os cimentos foram preparados através da mistura de pós, β−TCP (não dopados e dopados) e fosfato monocálcico monidratado (MCPM), com meios líquidos diferentes usando ácido cítrico e açucares (sucrose e frutose) como agentes retardadores de presa, e o polietilenoglicol, a hidroxipropilmetilcelulose e a polivinilpirrolidona como agentes gelificantes. Estes aditivos, principalmente o ácido cítrico, e o MCPM aumentam significativamente a força iónica do meio, influenciando a injetabilidade das pastas. Os resultados também mostraram que a distribuição de tamanho de partícula dos pós é um factor determinante na injetabilidade das pastas cimentícias. A combinação da co-dopagem de Mn e Sr com a adição de sucrose no líquido de presa e com uma distribuição de tamanho de partícula dos pós adequada resultou em cimentos de brushite com propriedades bastante melhoradas em termos de manuseamento, microestrutura, comportamento mecânico e biológico: (i) o tempo inicial de presa passou de ~3 min to ~9 min; (ii) as pastas cimentícias foram totalmente injectadas para uma razão liquido/pó de 0.28 mL g−1 com ausência do efeito de “filter-pressing” (separação de fases líquida e sólida); (iii) após imersão numa solução durante 48 h, as amostras de cimento molhadas apresentam uma porosidade total de ~32% e uma resistência a compressão de ~17 MPa, valor muito superior ao obtido para os cimentos sem açúcar não dopados (5 MPa) ou dopados só com Sr (10 MPa); e (iv) o desempenho biológico, incluindo a adesão e crescimento de células osteoblásticas na superfície do cimento, foi muito melhorado. Este conjunto de propriedades torna os cimentos excelentes para regeneração óssea e engenharia de tecidos, e muito promissores para aplicação em vertebroplastia.

Efeito da radiação micro-ondas na sinterização em fases sólida e líquida de pós de aço inoxidável 3I6L

Tese submetida à Universidade de Coimbra, Faculdade de Ciências e Tecnologia e aprovada em provas públicas para a obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Mecânica (especialidade de Ciência dos Materiais)

Scaffolds porosos à base de fosfatos de cálcio para regeneração óssea

Graças ao aumento da esperança média de vida do ser humano, a engenharia de tecidos tem sido uma área alvo de enorme investigação. A utilização de estruturas tridimensionais porosas e biodegradáveis, denominadas de scaffolds, como matriz para a adesão e proliferação celular tem sido amplamente investigada. Existem atualmente diversas técnicas para a produção destas estruturas mas o grau de exigência tem vindo a aumentar, existindo ainda lacunas que necessitam ser preenchidas. A técnica de robocasting consiste numa deposição camada a camada de uma pasta coloidal, seguindo um modelo computorizado (CAD) e permite a produção de scaffolds com porosidade tamanho de poro e fração de porosidade controlados, boa reprodutibilidade, e com formas variadas, as quais podem ser idênticas às dos defeitos ósseos a preencher. O presente estudo teve como objetivo produzir scaffolds porosos à base de fosfatos de cálcio através de robocasting. Para tal, foram estudadas duas composições de pós à base de β-TCP, uma pura e outra co-dopada com estrôncio, zinco e manganês. Inicialmente os pós foram sintetizados pelo método de precipitação química por via húmida. Após a síntese, estes foram filtrados, secos, calcinados a 1000ºC e posteriormente moídos até possuírem um tamanho médio de partícula de cerca de 1,5 μm. Os pós foram depois peneirados com uma malha de 40μm e caracterizados. Posteriormente foram preparadas várias suspensões e avaliado o seu comportamento reológico, utilizando Targon 1128 como dispersante, Hidroxipropilmetilcelulose (HPMC) como ligante e polietilenimina (PEI) como agente floculante. Por fim, e escolhida a melhor composição para a formação da pasta, foram produzidos scaffolds com diferentes porosidades, num equipamento de deposição robótica (3D Inks, LLC). Os scaffolds obtidos foram secos à temperatura ambiente durante 48 horas, sinterizados a 1100ºC e posteriormente caracterizados por microscopia eletrónica de varrimento (SEM), avaliação dos tamanhos de poro, porosidade total e testes mecânicos. Ambas as composições estudadas puderam ser transformadas em pastas extrudíveis, mas a pasta da composição pura apresentou uma consistência mais próxima do ideal, tendo originado scaffolds de melhor qualidade em termos de microestrutura e de propriedades mecânicas.

Bioremediation of phosphates in seawater: approach for recirculating marine aquaculture effluents

Marine Recirculating Aquaculture Systems (RAS) produce great volume of wastewater, which may be reutilized/recirculated or reutilized after undergoing different treatment/remediation methods, or partly discharged into neighbour water-bodies (DWW). Phosphates, in particular, are usually accumulated at high concentrations in DWW, both because its monitoring is not compulsory for fish production since it is not a limiting parameter, and also because there is no specific treatment so far developed to remove them, especially in what concerns saltwater effluents. As such, this work addresses two main scientific questions. One of them regards the understanding of the actual (bio)remediation methods applied to effluents produced in marine RAS, by identifying their advantages, drawbacks and gaps concerning their exploitation in saltwater effluents. The second one is the development of a new, innovative and efficient method for the treatment of saltwater effluents that potentially fulfil the gaps identified in the conventional treatments. Thereby, the aims of this thesis are: (i) to revise the conventional treatments targeting major contaminants in marine RAS effluents, with a particular focus on the bioremediation approaches already conducted for phosphates; (ii) to characterize and evaluate the potential of oyster-shell waste collected in Ria de Aveiro as a bioremediation agent of phosphates spiked into artificial saltwater, over different influencing factors (e.g., oyster-shell pre-treatment through calcination, particle size, adsorbent concentration). Despite the use of oyster-shells for phosphorous (P) removal has already been applied in freshwater, its biosorptive potential for P in saltwater was never evaluated, as far as I am aware. The results herein generated showed that NOS is mainly composed by carbonates, which are almost completely converted into lime (CaO) after calcination (COS). Such pre-treatment allowed obtaining a more reactive material for P removal, since higher removal percentages and adsorption capacity was observed for COS. Smaller particle size fractions for both NOS and COS samples also increased P removal. Kinetic models showed that NOS adsorption followed, simultaneously, Elovich and Intraparticle Difusion kinetic models, suggesting that P removal is both a diffusional and chemically rate-controlled process. The percentage of P removal by COS was not controlled by Intraparticle Diffusion and the Elovich model was the kinetic model that best fitted phosphate removal. This work demonstrated that waste oyster-shells, either NOS or COS, could be used as an effective biosorbent for P removal from seawater. Thereby, this biomaterial can sustain a cost-effective and eco-friendly bioremediation strategy with potential application in marine RAS.

Ruptura celular, extração e encapsulamento de Astaxantina de Haematococcus pluvialis (Volvocales, Chlorophyta)

O interesse na produção de astaxantina de fontes naturais vem aumentando significativamente, devido principalmente à sua capacidade como potente agente antioxidante. Na obtenção da astaxantina por via biotecnológica, a microalga Haematococcus pluvialis é um dos micro-organismos industrialmente mais interessantes. Entretanto, como a maioria dos carotenoides, a astaxantina é uma molécula altamente insaturada que pode ser facilmente degradada por processos térmicos. Em função desta instabilidade, uma possibilidade que se abre, a fim de proteger sua atividade biológica de fatores ambientais e reforçar a sua estabilidade física, é o encapsulamento. Neste sentido, este trabalho vem contribuir em inovações relacionadas ao desenvolvimento de tecnologia para ruptura celular, extração e nanoencapsulamento de astaxantina produzida por via biotecnológica, mais especificamente de astaxantina obtida através do cultivo de H. pluvialis. Neste estudo, os cultivos foram realizados em meio BBM e acetato de sódio e conduzidos a temperatura constante de 25±1 ºC em fotobiorreatores de 1 L com aeração por borbulhamento de ar de 300 mL.min-1 , agitação manual diária e sob iluminância constante de 444 µmol fótons.m-2 s -1 durante 15 dias, sendo inoculados com suspensão de microalgas previamente preparada, na proporção de 10%, e pH ajustado em 7,0. A biomassa foi recuperada dos cultivos por centrifugação e seca a 35 °C por 48 h. Em seguida, foram empregadas diferentes técnicas de ruptura celular (química, mecânica e enzimática). Após a ruptura, foi realizada a extração dos carotenoides e a quantificação dos carotenoides totais (µg.g-1 ) e da extratibilidade (%). Entre os solventes testados no método de ruptura química, o diclorometano foi o selecionado para a extração dos pigmentos carotenoides. Dentre as técnicas mecânicas de ruptura celular, a maceração da biomassa congelada com terra diatomácea resultou na maior extratibilidade e carotenoides totais (66,01% e 972,35 μg.g-1 ). A melhor condição de lise da parede celular de H. pluvialis, utilizando o preparado enzimático Glucanex® , ocorreu em pH do meio reacional de 4,5 a 55 ºC, com atividade inicial de β-1,3-glucanase de 0,6 U.mL-1 e um tempo de reação de 30 min, alcançando-se 17,73% de atividade lítica relativa. Nestas condições, com a reação enzimática assistida por ultrassom sem congelamento prévio da biomassa, atingiu-se 83,90% e 1235,89 µg.g -1 , respectivamente, para extratibilidade e carotenoides totais. Dentre as técnicas combinadas testadas, a maceração com terra diatomácea associada à lise enzimática apresentou valores de extratibilidade e carotenoides totais de, respectivamente, 93,83% e 1382,12 µg.g-1 . No encapsulamento do extrato contendo astaxantina obtido por lise enzimática associada por ultrassom, envolvendo a coprecipitação com PHBV (poli(3-hidroxibutirato-cohidroxivalerato)) em fluidos supercríticos, o aumento da pressão tendeu a reduzir o diâmetro da partícula formada, enquanto que o aumento da relação biomassa contendo astaxantina:diclorometano usada na etapa de extração incrementou o percentual de encapsulamento e a eficiência de encapsulamento para ambas pressões testadas (80 e 100 bar). Os maiores valores de percentual de encapsulamento (17,06%) e eficiência de encapsulamento (51,21%) foram obtidos nas condições de 80 bar e relação biomassa:diclorometano de 10 mg.mL -1 . Nestas condições, o diâmetro médio de partícula foi de 0,228 µm. Com base nos resultados obtidos, técnicas para a obtenção de astaxantina de H. pluvialis e seu encapsulamento foram desenvolvidas com sucesso, podendo ser extendidas a outros produtos intracelulares de microalgas.

Adsorção de cromo (VI) em leito fixo utilizando partículas de areia recobertas com Quitosana

Neste trabalho foi avaliado o processo de recobrimento de partículas de areia com quitosana utilizando a técnica dip-coating, e analisado o emprego destas partículas como recheio de uma coluna de leito fixo no processo de adsorção de cromo (VI) em solução aquosa. A quitosana foi obtida a partir de resíduos de camarão e caracterizada. O estudo avaliou a influência do tamanho das partículas e da concentração da solução de quitosana no recobrimento das partículas de areia. Foram avaliados parâmetros termodinâmicos, isotermas de equilíbrio e parâmetros relacionados ao funcionamento do leito (vazão e pH da solução, diâmetro de partícula) para o processo de adsorção de cromo (VI) em solução aquosa. No recobrimento das partículas de areia, o tamanho não teve significância na resposta, enquanto a concentração da solução de recobrimento mostrou ter grande influência sobre o resultado, sendo que a menor concentração de quitosana dentro da faixa estudada (0,5% p/v) apresentou o melhor desempenho. O processo de cura física para o recobrimento das partículas de areia mostrou melhor desempenho para a adsorção de cromo (VI) em leito fixo frente ao processo físico-químico. As análises de superfície (MEV) e de difração de raio-X (EDX) comprovaram a mudança na superfície das partículas recobertas e a presença de cromo após a adsorção. O modelo de Sips foi o que melhor representou os dados experimentais de equilíbrio, com R2 >0,99% e EMR<3,5%, sendo que a capacidade máxima de adsorção foi de 46,93 mg g-1 obtida a 298 K. O processo se mostrou espontâneo, exotérmico e favorável, com valores de -4,49 a -4,66kJ mol-1 para e energia livre de Gibbs, -5,97kJ mol-1 para a variação de entalpia e -5,17x10-3 kJ mol-1K -1 para variação de entropia. O aumento do pH diminuiu a adsorção de cromo (VI), sendo que a melhor resposta foi obtida em pH 3, sendo que o diâmetro de partícula não teve efeito significante. O estudo da vazão da solução de cromo (VI) no desempenho do leito mostrou que no menor valor (2,5 mL min-1 ) a concentração de saída do leito foi próxima a zero, mantendo-se com concentrações de saída abaixo de 20% por pelo menos 20 min. O estudo da dessorção do leito mostrou que após cinco ciclos de trabalho o leito manteve 86% da capacidade de adsorção, com taxas de recuperação do cromo no processo de dessorção maiores que 95%.

Nanopartículas hibrídas para sistemas de drug delivery inteligentes

A nanotecnologia é uma ciência multidisciplinar que consiste na otimização das propriedades da matéria permitindo assim o desenvolvimento de sistemas com um tamanho manométrico. A aplicação da nanotecnologia na medicina surge como um campo de pesquisa que esta a gerar um grande interesse, principalmente em sistemas de libertação controlada de fármacos. A nanotecnologia, e a sua aplicação na área da nanomedicina, em particular em drug delivery systems, tem sido alvo de um desenvolvimento acentuado. A administração de fármacos ocorre sobretudo por via oral ou por injeção direta no organismo. O percurso destes fármacos desde do local de entrada no organismo até ao tecido-alvo obriga que estes entrem em contato com os outros tecidos podendo interagir com eles. Deste modo, esta interação química pode produzir efeitos indesejáveis no organismo e reduzir a capacidade de ação do fármaco. Tem-se verificado, nas últimas décadas, um grande desenvolvimento de sistemas que contornam estes problemas, tais como a quantidade e o período de administração do fármaco bem como o seu local de libertação e atuação específicos. Este estudo surge com esta necessidade de se desenvolver sistemas de libertação controlada de fármacos. O objetivo destes sistemas inteligentes é controlar a libertação de fármacos por um dado período de tempo, a dose, a diminuição da toxidade, o aumento da permanência em circulação e o aumento da eficácia terapêutica através da libertação progressiva e controlada do fármaco por administrações menos frequentes. Além de todas estas vantagens, a administração destes sistemas possibilita a libertação dos fármacos em locais específicos, tais como em tumores e, assim, minimizar os efeitos colaterais indesejados dos fármacos em outros tecidos. O presente trabalho visa o desenvolvimento de novos biomateriais utilizando nanopartículas mesoporosas de sílica (MSN) e nanopartículas (NPs) metálicas de ouro para a aplicação a sistemas de libertação controlada de fármacos. Para isto, estudou-se a libertação de doxorrubicina (DOX) encapsulada em NPs e nanocápsulas mesoporosas de sílica tanto em solução como em superfícies como em vidro. Os resultados obtidos mostraram que as NPs apresentam uma grande capacidade de encapsulação com 36 ng DOX/mg partícula. O tempo de libertação em superfície (vidro) foi estimado em 50 horas enquanto que em solução obteve-se um período inferior a 10 horas. Em relação as NPs de ouro pode-se observar como estas promovem a libertação do fármaco ao serem irradiadas mediante um laser. Deste modo, estas NPs podem ser úteis para sistemas de libertação controlada de fármacos e para várias aplicações na nanomedicina.

Microstructural-based approach to the interpretation of clays and transitional soils behaviour

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2016.

Evaluación de la inocuidad de Stevia rebaudiana Bertoni cultivada en el sureste de México como edulcorante de alimentos

Las hojas de Stevia rebaudiana y sus glucósidos recientemente se han comenzado a utilizar de manera importante como edulcorantes. Sin embargo, existen reportes acerca del efecto antihiperglucemiante de extractos y un componente glucósido. El objetivo de este trabajo fue cuantificar los glucósidos de S. rebaudiana, evaluar la citotoxicidad y el efecto de la administración aguda y crónica del extracto sobre la glucemia en modelos animales como en humanos. Los glucósidos de los extracto de las variedades Morita II y Criolla se cuantificaron por HPLC, empleando una columna C18 (250 mm x 4.6 mm y tamaño de partícula de 5μm), con detector UV a 210 nm, fase móvil de acetonitrilo/amortiguador fosfato de sodio 10 mmol/L, pH 2.6 (32:68 v/v). Se realizó un estudio de citotoxicidad en células Vero, una prueba de tolerancia a la glucosa intraperitoneal y ensayo de consumo crónico (4 semanas) en un modelo animal de diabetes y finalmente, se determinó el índice glicémico (I.G) en individuos sanos. El contenido de glucósidos fue mayor en la variedad Morita II aunque la CC50 en ambas es >300 μg/mL. Las áreas bajo la curva de la IPGTT así como la glucosa en ayuno de los animales no fueron significativamente diferentes (p>0.05) y el I.G. del extracto fue 11.11%, lo cual lo clasifica como I.G. bajo. El extracto de S. rebaudiana Morita II es de bajo índice glicémico y, en las dosis evaluadas, no es citotóxico ni posee efecto agudo o crónico sobre la glucemia, lo cual lo hace un edulcorante inocuo.

Síntese, caracterização e cinética da decomposição térmica dos materiais cerâmicos PrMO3 (M = Ni ou Co)

In this work have been studied the preparation, characterization and kinetic study of decomposition of the polymerizing agent used in the synthesis under non-isothermal condition ceramics PrMO3 of general formula (M = Co and Ni). These materials were obtained starting from the respective metal nitrates, as a cations source, and making use of gelatin as polymerizing agent. The powders were calcined at temperatures of 500°C, 700°C and 900°C and characterized by X-ray Diffraction (XRD), Thermogravimetric Analysis (TG / DTG/ DTA), Infrared Spectroscopy (FTIR), Temperature Programmed Reduction (TPR) and Scanning Electron Microscopy (SEM). The perovskite phase was detected in all the X-rays patterns. In the infrared spectroscopy observed the oxide formation as the calcination temperature increases with the appearance of the band metal - oxygen. The images of SEM revealed uniform distribution for the PrCoO3 and particles agglomerated as consequence of particle size for PrNiO3. From the data of thermal analysis, the kinetics of decomposition of organic matter was employed using the kinetics methods called Model Free Kinetics and Flynn and Wall, in the heating ratios 10, 20 and 30° C.min-1 between room temperature and 700°C. Finally, been obtained the values of activation energy for the region of greatest decomposition of organic matter in samples that were determined by the degree of conversion (α)

Bioproducción de materiales híbridos polímero-metálicos con actividad antimicrobiana mediante competencia microbiana

Obtención de nano-partículas de plata a partir de biomateriales utilizando una síntesis que no utilice compuestostóxicos y probar la capacidad antimicrobiana de las mismas. Contribuciones y Conclusiones: Se logró la síntesis de nano-partículas de plata utilizando un biomaterial que ejerce control sobre el tamaño de partícula y al mismo las puede recubrir. Esta combinación tiene una capacidad antimicrobiana efectiva.

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Recursos Educativos - Humanidades

Classical and quantum approaches to the interaction of light and matter at the nanoscale

168 p.