Development of biocolonization resistant mortars: preliminary results

Restoration of Buildings and Monuments, vol. 13, nº 6 (2007), p.389-400

Pró-fármacos fotoativáveis do péptido AAPV: síntese e avaliação da libertação controlada por luz

Dissertação de mestrado em Bioquímica Aplicada (área de especialização em Biomedicina)

Electronic structure and optical signatures of semiconducting transition metal dichalcogenide nanosheets

CONSPECTUS: Two-dimensional (2D) crystals derived from transition metal dichalcogenides (TMDs) are intriguing materials that offer a unique platform to study fundamental physical phenomena as well as to explore development of novel devices. Semiconducting group 6 TMDs such as MoS2 and WSe2 are known for their large optical absorption coefficient and their potential for high efficiency photovoltaics and photodetectors. Monolayer sheets of these compounds are flexible, stretchable, and soft semiconductors with a direct band gap in contrast to their well-known bulk crystals that are rigid and hard indirect gap semiconductors. Recent intense research has been motivated by the distinct electrical, optical, and mechanical properties of these TMD crystals in the ultimate thickness regime. As a semiconductor with a band gap in the visible to near-IR frequencies, these 2D MX2 materials (M = Mo, W; X = S, Se) exhibit distinct excitonic absorption and emission features. In this Account, we discuss how optical spectroscopy of these materials allows investigation of their electronic properties and the relaxation dynamics of excitons. We first discuss the basic electronic structure of 2D TMDs highlighting the key features of the dispersion relation. With the help of theoretical calculations, we further discuss how photoluminescence energy of direct and indirect excitons provide a guide to understanding the evolution of the electronic structure as a function of the number of layers. We also highlight the behavior of the two competing conduction valleys and their role in the optical processes. Intercalation of group 6 TMDs by alkali metals results in the structural phase transformation with corresponding semiconductor-to-metal transition. Monolayer TMDs obtained by intercalation-assisted exfoliation retains the metastable metallic phase. Mild annealing, however, destabilizes the metastable phase and gradually restores the original semiconducting phase. Interestingly, the semiconducting 2H phase, metallic 1T phase, and a charge-density-wave-like 1T' phase can coexist within a single crystalline monolayer sheet. We further discuss the electronic properties of the restacked films of chemically exfoliated MoS2. Finally, we focus on the strong optical absorption and related exciton relaxation in monolayer and bilayer MX2. Monolayer MX2 absorbs as much as 30% of incident photons in the blue region of the visible light despite being atomically thin. This giant absorption is attributed to nesting of the conduction and valence bands, which leads to diversion of optical conductivity. We describe how the relaxation pathway of excitons depends strongly on the excitation energy. Excitation at the band nesting region is of unique significance because it leads to relaxation of electrons and holes with opposite momentum and spontaneous formation of indirect excitons.

Biological behaviour of thin films consisting of Au nanoparticles dispersed in a TiO2 dielectric matrix

In this work it was studied the possible use of thin films, composed of Au nanoparticles (NPs) embedded in a TiO2 matrix, in biological applications, by evaluating their interaction with a well-known protein, Bovine Serum Albumin (BSA), as well as with microbial cells (Candida albicans). The films were produced by one-step reactive DC magnetron sputtering followed by heat-treatment. The samples revealed a composition of 8.3 at.% of Au and a stoichiometric TiO2 matrix. The annealing promoted grain size increase of the Au NPs from 3 nm (at 300 °C) to 7 nm (at 500 °C) and a progressive crystallization of the TiO2 matrix to anatase. A broad localized surface plasmon resonance (LSPR) absorption band (λ = 580–720 nm) was clearly observed in the sample annealed at 500 °C, being less intense at 300 °C. The biological tests indicated that the BSA adhesion is dependent on surface nanostructure morphology, which in turn depends on the annealing temperature that changed the roughness and wettability of the films. The Au:TiO2 thin films also induced a significant change of the microbial cell membrane integrity, and ultimately the cell viability, which in turn affected the adhesion on its surface. The microstructural changes (structure, grain size and surface morphology) of the Au:TiO2 films promoted by heat-treatment shaped the amount of BSA adhered and affected cell viability.

Bone anabolic potential of soy isoflavones and plant extracts and genomic changes during differentiation of hPOB-tert osteoblast-like cells

Summary For the nutritional management of bone health and the prevention of osteoporosis it is important to identify nutrients that positively influence the bone remodeling process at the cellular level. Soy isoflavones show promising osteoprotective effects in animals and humans but their mechanism of action in bone cells is yet poorly understood. Firstly, soy tissue cultures were characterized as a new and optimized source of isoflavones. A large variability in the isoflavone content was observed and high-producing strains (46.3 mg/g dry wt isoflavones) were identified. In the Ishikawa cells bioassay, the estrogenicity of isoflavones was confirmed to be 1000 to 10000 less than 17Mestradiol and that of the malonyl forms was shown for the first time (EC50 of 350 nM and 1880 nM for malonylgenistin and malonyldaidzin, respectively). The estrogenic activity of soya tissue culture extracts correlated to their isoflavone content. Secondly, the effects of phytonutrients on BMP-2 gene expression and on the mevalonate synthesis pathway, as key mediators of bone formation, were investigated. Dietary achievable concentrations of genistein and daidzein (10vM), and statins (4xM) but not 17M estradiol (10nM), induced BMP-2 gene expression (by up to 3-fold) and inhibited the cholesterol biosynthetic pathway (by up to 50%) in the human osteoblastic cell line hP0B¬tert. In addition, several plant extracts (Cyperus rotundus, Lindera benzoin and Cnidium monnieri) induced BMP-2 gene expression but this induction was not restricted to the inhibition of the cholesterol synthesis pathway neither to the estrogenicity. Finally, the gene expression profiles during hP0B-tert differentiation induced by vitamin D and dexamethasone were analyzed with the Affymetrix human GeneChip. 1665 different genes and 98 ESTs were significantly regulated. The expression profiles of bone-related genes was largely in agreement with previously documented patterns, supporting the physiological relevance of the genomic results and the hP0B-tert cell line as a valid model of human osteoblast differentiation. The expression of alternative differentiation markers during the osteogenic treatment of hP0B-tert cells indicated that the adipocyte and myoblast differentiation pathways were repressed, confirming that these culture conditions allowed only osteoblast differentiation. The gene ontology analysis identified further sub-groups of genes that may be involved in the bone formation process. Aims of the thesis In order to define new strategies for the nutritional management of bone health and for the prevention of osteoporosis the major goal of the present work was to investigate the potential of phytonutrients to positively modulate the bone formation process at the cellular level and, in particular: 1.To select and optimise alternative plant sources containing high levels of isoflavones with estrogenic activity (Chapter 3). 2.To compare the effects of statins and phytonutrients on BMP-2 gene expression and on the mevalonate synthesis pathway and to select new plant extracts with a bone anabolic potential (Chapter 4). 3.To further characterize the new human periosteal cell line, hP0B-tert, as a bone- formation model, by elucidating its gene expression profile during differentiation induced by vitamin D and dexamethasone (Chapter 5).

Determination of the direct band-gap energy of InAlAs matched to InP by photoluminescence excitation spectroscopy

A series of InxAl1-xAs samples (0.51≪x≪0.55)coherently grown on InP was studied in order to measure the band-gap energy of the lattice matched composition. As the substrate is opaque to the relevant photon energies, a method is developed to calculate the optical absorption coefficient from the photoluminescence excitation spectra. The effect of strain on the band-gap energy has been taken into account. For x=0.532, at 14 K we have obtained Eg0=1549±6 meV

Linear and nonlinear optical properties of Si nanocrystals in SiO2 deposited by plasma-enhanced chemical-vapor deposition

Linear and nonlinear optical properties of silicon suboxide SiOx films deposited by plasma-enhanced chemical-vapor deposition have been studied for different Si excesses up to 24¿at.¿%. The layers have been fully characterized with respect to their atomic composition and the structure of the Si precipitates. Linear refractive index and extinction coefficient have been determined in the whole visible range, enabling to estimate the optical bandgap as a function of the Si nanocrystal size. Nonlinear optical properties have been evaluated by the z-scan technique for two different excitations: at 0.80¿eV in the nanosecond regime and at 1.50¿eV in the femtosecond regime. Under nanosecond excitation conditions, the nonlinear process is ruled by thermal effects, showing large values of both nonlinear refractive index (n2 ~ ¿10¿8¿cm2/W) and nonlinear absorption coefficient (ß ~ 10¿6¿cm/W). Under femtosecond excitation conditions, a smaller nonlinear refractive index is found (n2 ~ 10¿12¿cm2/W), typical of nonlinearities arising from electronic response. The contribution per nanocrystal to the electronic third-order nonlinear susceptibility increases as the size of the Si nanoparticles is reduced, due to the appearance of electronic transitions between discrete levels induced by quantum confinement.

Determination of the direct band-gap energy of InAlAs matched to InP by photoluminescence excitation spectroscopy

A series of InxAl12xAs samples (0.51,x,0.55) coherently grown on InP was studied in order to measure the band-gap energy of the lattice matched composition. As the substrate is opaque to the relevant photon energies, a method is developed to calculate the optical absorption coefficient from the photoluminescence excitation spectra. The effect of strain on the band-gap energy has been taken into account. For x50.532, at 14 K we have obtained Eg05154966 meV. © 1997 American Institute of Physics.

Optoelectronic properties of CuPc thin films deposited at different substrate temperatures

Structural and optical characterization of copper phthalocyanine thin film thermally deposited at different substrate temperatures was the aim of this work. The morphology of the films shows strong dependence on temperature, as can be observed by atomic force microscopy and x-ray diffraction spectroscopy, specifically in the grain size and features of the grains. The increase in the crystal phase with substrate temperature is shown by x-ray diffractometry. Optical absorption coefficient measured by photothermal deflection spectroscopy and optical transmittance reveal a weak dependence on the substrate temperature. Besides, the electro-optical response measured by the external quantum efficiency of Schottky ITO/CuPc/Al diodes shows an optimized response for samples deposited at a substrate temperature of 60 °C, in correspondence to the I-V diode characteristics.

The Optimization of Flotation Process Parameters in the Deinking Plant

Tämän diplomityön tavoitteena oli sekundäärisen esiflotaation optimointi Stora Enso Sachsen GmbH:n tehtaalla. Optimoinnin muuttujana käytettiin vaahdon määrää ja optimointiparametreinä ISO-vaaleutta, saantoja sekä tuhkapitoisuutta. Lisäksi tutkittiin flotaatiosakeuden vaikutusta myös muihin tehtaan flotaatioprosesseihin. Kirjallisuusosassa tarkasteltiin flotaatiotapahtumaa, poistettavien partikkeleiden ja ilmakuplien kontaktia, vaahdon muodostumista sekä tärkeimpiä käytössä olevia siistausflotaattoreiden laiteratkaisuja. Kokeellisessa osassa tutkittiin flotaatiosakeuden pienetämisen vaikutuksia tehtaan flotaatioprosesseihin tuhkapitoisuuden, ISO-vaaleuden, valon sironta- ja valon absorpiokerrointen kannalta. Sekundäärisen esiflotaation optimonti suoritettiin muuttamalla vaahdon määrää kolmella erilaisella injektorin koolla, (8 mm, 10 mm ja 13 mm), joista keskimmäinen kasvattaa 30 % massan tilavuusvirtaa ilmapitoisuuden muodossa. Optimonnin tarkoituksena oli kasvattaa hyväksytyn massajakeen ISO-vaaleutta, sekä kasvattaa kuitu- ja kokonaissaantoa sekundäärisessä esiflotaatiossa. Flotaatiosakeuden pienentämisellä oli edullisia vaikutuksia ISO-vaaleuteen ja valon sirontakertoimeen kussakin flotaatiossa. Tuhkapitoisuus pieneni sekundäärisissä flotaatioissa enemmän sakeuden ollessa pienempi, kun taas primäärisissä flotaatiossa vaikutus oli päinvastainen. Valon absorptiokerroin parani jälkiflotaatioissa alhaisemmalla sakeudella, kun taas esiflotaatioissa vaikutus oli päinvastainen. Sekundäärisen esiflotaation optimoinnin tuloksena oli lähes 5 % parempi ISO-vaaleus hyväksytyssä massajakeessa. Kokonaissaanto parani optimoinnin myötä 5 % ja kuitusaanto 2 %. Saantojen nousu tuottaa vuosittaisia säästöjä siistauslaitoksen tuotantokapasiteetin noustessa 0,5 %. Tämän lisäksi sekundäärisessä esiflotaatiossa rejektoituvan massavirran pienentyminen tuottaa lisäsäästöjä tehtaan voimalaitoksella.

Stability of nanoparticle agglomerates under mechanical stress and its effects on their release into the air

L'exposition professionnelle aux nanomatériaux manufacturés dans l'air présente des risques potentiels pour la santé des travailleurs dans les secteurs de la nanotechnologie. Il est important de comprendre les scénarios de libération des aérosols de nanoparticules dans les processus et les activités associées à l'exposition humaine. Les mécanismes de libération, y compris les taux de libération et les propriétés physico-chimiques des nanoparticules, déterminent leurs comportements de transport ainsi que les effets biologiques néfastes. La distribution de taille des particules d'aérosols est l'un des paramètres les plus importants dans ces processus. La stabilité mécanique d'agglomérats de nanoparticules affecte leurs distributions de tailles. Les potentiels de désagglomération de ces agglomérats déterminent les possibilités de leur déformation sous énergies externes. Cela rend les changements possibles dans leur distribution de taille et de la concentration en nombre qui vont finalement modifier leurs risques d'exposition. Les conditions environnementales, telles que l'humidité relative, peuvent influencer les processus de désagglomération par l'adhérence de condensation capillaire de l'humidité. L'objectif général de cette thèse était d'évaluer les scénarios de libération des nanomatériaux manufacturés des processus et activités sur le lieu de travail. Les sous-objectifs étaient les suivants: 1. Etudier les potentiels de désagglomération des nanoparticules dans des conditions environnementales variées. 2. Etudier la libération des nano-objets à partir de nanocomposites polymères; 3. Evaluer la libération de nanoparticules sur le lieu de travail dans des situations concrètes. Nous avons comparé différents systèmes de laboratoire qui présentaient différents niveau d'énergie dans l'aérosolisation des poudres. Des nanopoudres de TiO2 avec des hydrophilicités de surface distinctes ont été testées. Un spectromètre à mobilité électrique (SMPS), un spectromètre à mobilité aérodynamique (APS) et un spectromètre optique (OPC) ont été utilisés pour mesurer la concentration de particules et la distribution de taille des particules. La microscopie électronique à transmission (TEM) a été utilisée pour l'analyse morphologique d'échantillons de particules dans l'air. Les propriétés des aérosols (distribution de taille et concentration en nombre) étaient différentes suivant la méthode employée. Les vitesses des flux d'air d'aérosolisation ont été utilisées pour estimer le niveau d'énergie dans ces systèmes, et il a été montré que les tailles modales des particules étaient inversement proportionnelles à la vitesse appliquée. En général, les particules hydrophiles ont des diamètres plus grands et des nombres inférieurs à ceux des particules hydrophobes. Toutefois, cela dépend aussi des méthodes utilisées. La vitesse de l'air peut donc être un paramètre efficace pour le classement de l'énergie des procédés pour des systèmes d'aérosolisation similaires. Nous avons développé un système laboratoire pour tester les potentiels de désagglomération des nanoparticules dans l'air en utilisant des orifices critiques et un humidificateur. Sa performance a été comparée à un système similaire dans un institut partenaire. Une variété de nanopoudres différentes a été testée. Le niveau d'énergie appliquée et l'humidité ont été modifiés. Le SMPS et l'OPC ont été utilisés pour mesurer la concentration de particules et la distribution de la taille. Un TEM a été utilisé pour l'analyse morphologique d'échantillons de particules dans l'air. Le diamètre moyen des particules a diminué et la concentration en nombre s'est accrue lorsque des énergies externes ont été appliquées. Le nombre de particules inférieures à 100 nm a été augmenté, et celui au-dessus de 350 nm réduits. Les conditions humides ont faits exactement le contraire, en particulier pour les petites particules. En outre, ils ont réduits les effets de la différence de pression due à l'orifice. Les résultats suggèrent que la désagglomération d'agglomérats de nanoparticules dans l'air est possible dans la gamme d'énergie appliquée. Cependant, l'atmosphère humide peut favoriser leur agglomération et améliorer leurs stabilités en réduisant la libération de nanoparticules dans l'environnement. Nous proposons d'utiliser notre système pour le test de routine des potentiels de désagglomération des nanomatériaux manufacturés et de les classer. Un tel classement faciliterait la priorisation de l'exposition et du risque encouru en fonction du niveau d'ENM. Un système de perçage automatique et un système de sciage manuel ont été développés pour étudier la libération de nanoparticules à partir de différents types de nanocomposites. La vitesse de perçage et taille de la mèche ont été modifiées dans les expériences. La distribution de taille des particules et leur concentration en nombre ont été mesurées par un SMPS et un miniature diffusion size classifier (DISCmini). Les distributions de nanoparticules dans les composites et les particules libérées ont été analysés par un TEM et un microscope électronique à balayage (SEM). Les tests de perçage ont libérés un plus grand nombre de particules que le sciage. Des vitesses de perçage plus rapide et les mèches plus grandes ont augmentés la génération de particules. Les charges de nanoparticules manufacturées dans les composites ne modifient pas leurs comportements de libération dans les expériences de perçage. Toutefois, le sciage différencie les niveaux de libération entre les composites et les échantillons blancs. De plus, les vapeurs de polymères ont été générées par la chaleur de sciage. La plupart des particules libérées sont des polymères contenant des nanoparticules ou sur leurs surface. Les résultats ont souligné l'importance du type de processus et paramètres pour déterminer la libération de nanoparticules de composites. Les émissions secondaires telles que les fumées polymères appellent à la nécessité d'évaluations de l'exposition et de risque pour de tels scénarios. Une revue systématique de la littérature sur le sujet de libérations de nanoparticules dans l'air dans les secteurs industriels et laboratoires de recherche a été effectuée. Des stratégies de recherche des informations pertinentes et de stockage ont été développées. Les mécanismes de libération, tels que la taille de particules d'aérosol et de leur concentration en nombre, ont été comparés pour différentes activités. La disponibilité de l'information contextuelle qui est pertinente pour l'estimation de l'exposition humaine a été évaluée. Il a été constaté que les données relatives à l'exposition ne sont pas toujours disponibles dans la littérature actuelle. Les propriétés des aérosols libérés semblent dépendre de la nature des activités. Des procédés à haute énergie ont tendance à générer des plus hauts niveaux de concentrations de particules dans les gammes de plus petite taille. Les résultats peuvent être utiles pour déterminer la priorité des procédés industriels pour l'évaluation les risques associés dans une approche à plusieurs niveaux. Pour l'évaluation de l'exposition, la disponibilité de l'information peut être améliorée par le développement d'une meilleure méthode de communication des données.

Espectroscopia óptica de vidros fluoroindatos dopados com íons Er3+ e Yb3+

Optical spectroscopy in the 400-1700nm wavelength range was performed on rare earth doped heavy metal fluoride (HMF) glasses. In the present work In-based fluoride glasses with a fixed 2 mol % YbF3 concentration and an ErF3 content ranging from 0 to 8 mol % were investigated. According to the experimental spectroscopic data a dependence in the absorption coefficient, the photoluminescence intensity and in the radiative lifetime could be verified as a function of the ErF3 content. In addition, at liquid nitrogen temperature, light emission corresponding to indirect transitions in the infrared energy range could be easily observed as a consequence of the low phonon frequency characteristic of this class of fluoride glasses. For all the studied compositions, strong upconversion to the green and red light was observed by pumping these Er3+- and Yb3+-doped HMF glasses with 790 and 980nm photon sources.

Fotólise no estado estacionário e com pulso de laser de 1-benzociclanonas e de seus derivados a,a -dimetilados

Laser excitation of 0.01 M solutions of 1-indanone (Ia), 1-tetralone (Ib), 1-benzosuberone (Ic), and their a,a -dimethyl derivatives IIa-c, respectively, in benzene, produced transients with maximum absorption at 425 nm, and lifetimes ranging from 62 ns (IIa) to 5.5ms (Ic). Quenching studies using well known triplet quenchers such as 1,3-cyclohexadiene and oxygen demonstrated the triplet nature of these transients. In the presence of hydrogen donors, such as 2-propanol, the triplet state decay of the ketones Ia-c leads to the formation of the corresponding ketyl radicals, i.e. IIIa-c, which show absorption spectra very similar to the parent ketone, with lmax at 430 nm and lifetime in excess of 20 ms. Steady state irradiations show that the a,a -dimethyl ketones IIa and IIc form ortho-alkyl benzaldehydes probably derived from an initial a-cleavage of the corresponding triplet excited states.

Fractionation of wood hydrolysate by ultrafiltration membranes at high temperature

Ultrafiltration (UF) is already used in pulp and paper industry and its demand is growing because of the required reduction of raw water intake and the separation of useful compounds from process waters. In the pulp and paper industry membranes might be exposed to extreme conditions and, therefore, it is important that the membrane can withstand them. In this study, extractives, hemicelluloses and lignin type compounds were separated from wood hydrolysate in order to be able to utilise the hemicelluloses in the production of biofuel. The performance of different polymeric membranes at different temperatures was studied. Samples were analysed for total organic compounds (TOC), lignin compounds (UV absorption at 280 nm) and sugar. Turbidity, conductivity and pH were also measured. The degree of fouling of the membranes was monitored by measuring the pure water flux before and comparing it with the pure water flux after the filtration of hydrolysate. According to the results, the retention of turbidity was observed to be higher at lower temperature compared to when the filtrations were operated at high temperature (70 °C). Permeate flux increased with elevated process temperature. There was no detrimental effect of temperature on most of the membranes used. Microdyn-Nadir regenerated cellulose membranes (RC) and GE-Osmonics thin film membranes seemed to be applicable in the chosen process conditions. The Polyethersulphone (NF-PES-10 and UH004P) and polysulphone (MPS-36) membranes used were highly fouled, but they showed high retentions for different compounds.

Sistema de injeção em fluxo espectrofotométrico para monitorar peróxido de hidrogênio em processo de fotodegradação por reação foto-Fenton

A flow injection spectrophotometric system was projected for monitoring hydrogen peroxide during photodegradation of organic contaminants in photo-Fenton processes (Fe2+/H2O2/UV). Sample is injected manually in a carrier stream and then receives by confluence a 0.1 mol L-1 NH4VO3 solution in 0.5 mol L-1 H2SO4 medium. The product formed shows absorption at 446 nm which is recorded as a peak with height proportional to H2O2 concentration. The performance of the proposed system was evaluated by monitoring the consumption of H2O2 during the photodegradation of dichloroacetic acid solution by foto-Fenton reaction.