High quality InAlN single layers lattice-matched to GaN grown by molecular beam epitaxy

We report on properties of high quality ~60 nm thick InAlN layers nearly in-plane lattice-matched to GaN, grown on c-plane GaN-on-sapphire templates by plasma-assisted molecular beam epitaxy. Excellent crystalline quality and low surface roughness are confirmed by X-ray diffraction, transmission electron microscopy, and atomic force microscopy. High annular dark field observations reveal a periodic in-plane indium content variation (8 nm period), whereas optical measurements evidence certain residual absorption below the band-gap. The indium fluctuation is estimated to be +/- 1.2% around the nominal 17% indium content via plasmon energy oscillations assessed by electron energy loss spectroscopy with sub-nanometric spatial resolution.

Determination of the lifetime and force dependence of interactions of single bonds between surface-attached CD2 and CD48 adhesion molecules

We studied single molecular interactions between surface-attached rat CD2, a T-lymphocyte adhesion receptor, and CD48, a CD2 ligand found on antigen-presenting cells. Spherical particles were coated with decreasing densities of CD48–CD4 chimeric molecules then driven along CD2-derivatized glass surfaces under a low hydrodynamic shear rate. Particles exhibited multiple arrests of varying duration. By analyzing the dependence of arrest frequency and duration on the surface density of CD48 sites, it was concluded that (i) arrests were generated by single molecular bonds and (ii) the initial bond dissociation rate was about 7.8 s−1. The force exerted on bonds was increased from about 11 to 22 pN; the detachment rate exhibited a twofold increase. These results agree with and extend studies on the CD2–CD48 interaction by surface plasmon resonance technology, which yielded an affinity constant of ≈104 M−1 and a dissociation rate of ≥6 s−1. It is concluded that the flow chamber technology can be an useful complement to atomic force microscopy for studying interactions between isolated biomolecules, with a resolution of about 20 ms and sensitivity of a few piconewtons. Further, this technology might be extended to actual cells.

Stretching single-domain proteins: Phase diagram and kinetics of force-induced unfolding

Single-molecule force spectroscopy reveals unfolding of domains in titin on stretching. We provide a theoretical framework for these experiments by computing the phase diagrams for force-induced unfolding of single-domain proteins using lattice models. The results show that two-state folders (at zero force) unravel cooperatively, whereas stretching of non-two-state folders occurs through intermediates. The stretching rates of individual molecules show great variations reflecting the heterogeneity of force-induced unfolding pathways. The approach to the stretched state occurs in a stepwise “quantized” manner. Unfolding dynamics and forces required to stretch proteins depend sensitively on topology. The unfolding rates increase exponentially with force f till an optimum value, which is determined by the barrier to unfolding when f = 0. A mapping of these results to proteins shows qualitative agreement with force-induced unfolding of Ig-like domains in titin. We show that single-molecule force spectroscopy can be used to map the folding free energy landscape of proteins in the absence of denaturants.

Obtenção e caracterização de PLA reforçado com nanocelulose.

A celulose é o polímero natural renovável disponível em maior abundância atualmente. Por possuir estrutura semicristalina, é possível extrair seus domínios cristalinos através de procedimentos que ataquem sua fase amorfa, como a hidrólise ácida, obtendo-se assim partículas cristalinas chamadas nanopartículas de celulose (NCs). Estas nanopartículas têm atraído enorme interesse científico, uma vez que possuem propriedades mecânicas, como módulo de elasticidade e resistência à tração, semelhantes a várias cargas inorgânicas utilizadas na fabricação de compósitos. Além disso, possuem dimensões nanométricas, o que contribui para menor adição de carga à matriz polimérica, já que possuem maior área de superfície, quando comparadas às cargas micrométricas. Nanocompósitos formados pela adição destas cargas em matrizes poliméricas podem apresentar propriedades comerciais atraentes, como barreira a gases, melhores propriedades térmicas e baixa densidade, quando comparados aos compósitos tradicionais. Como se trata de uma carga com dimensões nanométricas, obtida de fontes renováveis, uma das principais áreas de interesse para aplicação deste reforço é em biopolímeros biodegradáveis. O poli(ácido lático) (PLA), é um exemplo de biopolímero com propriedades mecânicas, térmicas e de processamento superiores a de outros biopolímeros comerciais. No presente trabalho foram obtidas nanopartículas de celulose (NCs), por meio de hidrólise ácida, utilizando-se três métodos distintos, com o objetivo de estudar o método mais eficiente para a obtenção de NCs adequadas à aplicação em compósitos de PLA. Os Métodos I e II empregam extração das NCs por meio do H2SO4, diferenciando-se apenas pela neutralização, a qual envolve diálise ou neutralização com NaHCO3, respectivamente. No Método III a extração das NCs foi realizada com H3PO4. As NCs foram caracterizadas por diferentes técnicas, como difração de raios X (DRX), análise termogravimétrica (TG), espectroscopia vibracional de absorção no infravermelho (FTIR), microscopia eletrônica de transmissão (MET) e microscopia de força atômica (MFA). Os resultados de caracterização das NCs indicaram que, a partir de todos os métodos utilizados, há formação de nanocristais de celulose (NCCs), entretanto, apenas os NCCs obtidos pelos Métodos II e III apresentaram estabilidade térmica suficiente para serem empregados em compósitos preparados por adição da carga no polímero em estado fundido. A incorporação das NCs em matriz de PLA foi realizada em câmara de mistura, com posterior moldagem por prensagem a quente. Compósitos obtidos por adição de NCs obtidas pelo Método II foram caracterizados por calorimetria exploratória diferencial (DSC), análise termogravimétrica, microscopia óptica, análises reológicas e microscopia eletrônica de varredura (MEV). A adição de NCs, extraídas pelo Método II, em matriz de PLA afetou o processo de cristalização do polímero, o qual apresentou maior grau de cristalinidade. Além disso, a adição de 3% em massa de NCs no PLA foi suficiente para alterar seu comportamento reológico. Os resultados reológicos indicaram que a morfologia do compósito é, predominantemente, composta por uma dispersão homogênea e fina da carga na fase matriz. Micrografias obtidas por MEV corroboram os resultados reológicos, mostrando, predominantemente a presença de partículas de NC em escala nanométrica. Compósitos de PLA com NCs obtidas pelo Método III apresentaram aglomerados de partículas de NC em escala micro e milimétrica, ao longo da fase matriz, e não foram extensivamente caracterizados.