Ricerca sulle Caratteristiche di Filtrabilità della Birra e Ottimizzazione del Processo di Filtrazione

Il presente lavoro ha avuto lo scopo di identificare le caratteristiche di filtrabilità della birra attraverso lo svolgimento di prove tecnologiche di filtrazione in scala di laboratorio e su scala pilota, utilizzando diverse tipologie di sistemi filtranti e sperimentando diversi materiali di membrana. La fase preliminare della caratterizzazione della filtrabilità della birra è stata condotta presso i laboratori del Campden-BRI – The Brewing Research International, Inghilterra, mentre le prove tecnologiche su scala pilota si sono svolte presso il CERB – Centro di Eccellenza per la Ricerca sulla Birra. Le prove di filtrazione e le analisi sui campioni hanno permesso di verificare le performance delle diverse membrane utilizzate in risposta alla variazione dei principali parametri del processo di filtrazione tangenziale. Sono stati analizzati diversi parametri di qualità della birra filtrata attraverso il monitoraggio del processo e lo svolgimento di prove analitiche sul prodotto volte ad evidenziare gli effetti delle differenti tecnologie adottate. Per quanto riguarda le prove di laboratorio per la caratterizzazione della filtrabilità della birra, l’analisi della PCS (Photon Correlation Spectroscopy) è stata utilizzata per verificare l’influenza di diversi trattamenti enzimatici sulla efficienza del processo di filtrazione e la loro influenza sulla stabilità colloidale della birra filtrata. Dai risultati ottenuti è emerso che il PCS è un valido strumento per determinare la distribuzione in classi di diametro e il diametro medio effettivo delle particelle solide in sospensione nella birra e può essere utilizzato sia per predire la stabilità della birra filtrata, sia per monitorare il processo di filtrazione in tempo reale.

Fluorescent ionene-dye nanoparticles by electrostatic self-assembly

It is investigated that the association of linear cationic model polyelectrolytes with oppositely charged pyrenetetrasulfonate (PY) in aqueous solution. For this purpose water soluble ionenes were prepared via Menschutkin reaction from 1-4-diazabicyclo [2.2.2] octane and e.g. 1,6-dibromohexane and 1,4 dibromotransbuten. The complex formation between dye molecules PY and oppositely charged ionenes (PD4, PD6, PD4-2 and PD4coPD6) of different chemical structures in aqueous solution was studied by light scattering (LS), small angle neutron scattering (SANS), UV-Vis, fluorescence spectroscopy and atomic force microscopy (AFM). Spectrophotometric titration results revealed that PY molecules were bind to ionenes cooperative process due to π-π interaction. Cooperative binding constant KD was determined as 6.4 x 10^6 M^-1 (+ or - 10^5 M^-1). It was found that binding mode and geometry of PY is predominantly depending on inter-charge distances of corresponding ionenes. Resultant complexes have exhibited size and structure variation as a function of charge ratio (L), ionic strength, inter-charge distances. Spherical dye-ionene complexes of which radius of gyration ranging between (RG) 50 and 190 nm have been observed in PD4-PY system while this was not possible with a different ionene (PD6) or either case ionene excess. It was found that most of the PD4-PY complexes had RG / RH ~ 0.78. Based on the AFM and LS results, spherical complexes have certain colloidal stability and their size can effectively controlled by changing the L.

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

Nanocapsules for self-healing materials

Im Rahmen dieser Arbeit wurden neue Ansätze für das Konzept der kapselbasierten Selbstheilungsmaterialien untersucht. Die Verkapselung von Selbstheilungsreagenzien in funktionellen Nanokapseln wurde dabei mittels drei verschiedener Herstellungsmethoden in Miniemulsion durchgeführt. Zunächst wurde die Synthese von Kern-Schale-Partikeln mit verkapselten Monomeren für die Ringöffnungs-Metathese-Polymerisation über freie radikalische Polymerisation in Miniemulsionstropfen beschrieben. Durch orthogonale Reaktionen wurden dabei verschiedene chemische Funktionalisierungen in die Schale eingebracht. Die Rolle des Tensides, das Verhältnis von Kernmaterial zu Monomer sowie die Variation der Lösungsmittelqualität hatte dabei einen Einfluss auf die Struktur der Kolloide. Die Heilungsreagenzien blieben auch nach der Verkapselung aktiv, was durch erfolgreich durchgeführte Selbstheilungsexperimente gezeigt werden konnte. Im zweiten Abschnitt wurde die Synthese von Silica-Nanocontainern für Selbstheilungsmaterialien über Hydrolyse und Polykondensation von Alkoxysilanen an der Grenzfläche der Miniemulsionstropfen beschrieben. Dieser Ansatz ermöglichte die effiziente Verkapselung sowohl von Monomeren als auch von Lösungen der Katalysatoren für die Metathese-Polymerisation in einem Einstufenprozess. Die Größe der Kapseln, die Dicke der Schale und der Feststoffgehalt der Dispersionen konnte dabei in einem weiten Bereich variiert werden. Anhand von erfolgreich durchgeführten Selbstheilungsreaktionen, die über Thermogravimetrie und 13C-NMR-Spektroskopie verfolgt wurden, konnte gezeigt werden, dass die Selbstheilungsreagenzien nach der Verkapselung aktiv blieben. Das dritte Konzept behandelte die Herstellung von polymeren Nanokapseln mittels Emulsions-Lösungsmittelverdampfungstechnik, welche eine milde Methode zur Verkapselung darstellt. Es wurde eine allgemeine und einfache Vorgehensweise beschrieben, in der Selbstheilungsreagenzien in polymeren Nanokapseln unter Verwendung von kommerziell erhältlichen Polymeren als Schalenmaterial verkapselt wurden. Zudem wurden Copolymere aus Styrol und verschiedenen hydrophilen Monomeren über freie radikalische Polymerisation sowie über polymeranaloge Reaktionen hergestellt. Diese statistischen Copolymere waren ebenso wie Blockcopolymere zur Herstellung von wohldefinierten Kern-Schale-Nanopartikeln mittels Emulsions-Lösungsmittelverdampfungsprozess geeignet. rnrnDes Weiteren wurde ein neues Konzept für die Synthese von pH-responsiven Nanokapseln aus tensidfreien Emulsionen unter Verwendung von Copolymeren aus Styrol und Trimethylsilylmethacrylat beschrieben. Der vorgeschlagene synthetische Ansatz ermöglicht dabei die erste Synthese von Nanokapseln über den Emulsions-Lösungsmittelverdampfungsprozess in Abwesenheit eines Tensides. Eine vollständig reversible Aggregation ermöglichte eine leichte Trennung der Nanokapseln von der kontinuierlichen Phase sowie eine Erhöhung der Konzentration der Nanokapseldispersionen auf das bis zu fünffache. Darüber hinaus war es möglich, Selbstheilungsreagenzien in stabilem Zustand zu verkapseln. Abschließend wurde die elektrochemische Abscheidung von mit Monomer gefüllten Nanokapseln in eine Zinkschicht zur Anwendung im Korrosionsschutz behandelt.

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

Indocyanine Green Loaded Biocompatible Nanoparticles: Stabilisation of Indocyanine Green (ICG) Using Biocompatible Silica-Poly (&epsilon-Caprolactone) Grafted Nanocomposites

Indocyanine green (ICG) is a chemically labile compound which needs to be stabilized in aqueous media to be used in biomedical applications. In the present study, poly(ε-caprolactone) (PCL), a semi-crystalline polyester, was used to encapsulate and stabilize ICG in a hydrophobic environment. A hydrophobic and biocompatible nanocomposite was obtained by the process of encapsulating inorganic silica. ICG was embedded in the hydrophobic polymer coating by starting from a well-defined silica (Si) core of either 80 nm or 120 nm diameter, which served as a template for a ‘grafting from’ approach using ε-caprolactone. The obtained nanocomposite Si grafted PCL/ICG was based on silica nanoparticles grafted with PCL, in which ICG was adsorbed. The nanoparticles were characterized by IR spectroscopy, thermogravimetric analysis (TGA) and scanning electron microscopy (SEM). The change in the surface charge and the colloidal stability of the nanoparticles was followed by zeta potential measurements. This approach of synthesizing nanocomposite-based ICG demonstrates a new route to stabilize ICG. We synthesized biocompatible nanoparticles containing a high ICG concentration and exhibiting excellent stability to aqueous decomposition.

Aluminium hydroxide stabilised MnFe2O4 and Fe3O4 nanoparticles as dual-modality contrasts agent for MRI and PET imaging

Magnetic nanoparticles (NPs) MnFe2O4 and Fe3O4 were stabilised by depositing an Al(OH)3 layer via a hydrolysis process. The particles displayed excellent colloidal stability in water and a high affinity to [18F]-fluoride and bisphosphonate groups. A high radiolabeling efficiency, 97% for 18F-fluoride and 100% for 64Cu-bisphosphonate conjugate, was achieved by simply incubating NPs with radioactivity solution at room temperature for 5min. The properties of particles were strongly dependant on the thickness and hardness of the Al(OH)3 layer which could in turn be controlled by the hydrolysis method. The application of these Al(OH)3 coated magnetic NPs in molecular imaging has been further explored. The results demonstrated that these NPs are potential candidates as dual modal probes for MR and PET. In vivo PET imaging showed a slow release of 18F from NPs, but no sign of efflux of 64Cu. © 2014 The Authors.

An Application of ISO 5725 in Brewing Industry

2002 Mathematics Subject Classification: 62P30, 62P10.

Effects of Natural Organic Matter on the Dissolution Kinetics and Bioavailability of Metal Oxide Nanoparticles

The rapid development of nanotechnology and wider applications of engineered nanomaterials (ENMs) in the last few decades have generated concerns regarding their environmental and health risks. After release into the environment, ENMs undergo aggregation, transformation, and, for metal-based nanomaterials, dissolution processes, which together determine their fate, bioavailability and toxicity to living organisms in the ecosystems. The rates of these processes are dependent on nanomaterial characteristics as well as complex environmental factors, including natural organic matter (NOM). As a ubiquitous component of aquatic systems, NOM plays a key role in the aggregation, dissolution and transformation of metal-based nanomaterials and colloids in aquatic environments.

The goal of this dissertation work is to investigate how NOM fractions with different chemical and molecular properties affect the dissolution kinetics of metal oxide ENMs, such as zinc oxide (ZnO) and copper oxide (CuO) nanoparticles (NPs), and consequently their bioavailability to aquatic vertebrate, with Gulf killifish (Fundulus grandis) embryos as model organisms.

ZnO NPs are known to dissolve at relatively fast rates, and the rate of dissolution is influenced by water chemistry, including the presence of Zn-chelating ligands. A challenge, however, remains in quantifying the dissolution of ZnO NPs, particularly for time scales that are short enough to determine rates. This dissertation assessed the application of anodic stripping voltammetry (ASV) with a hanging mercury drop electrode to directly measure the concentration of dissolved Zn in ZnO NP suspensions, without separation of the ZnO NPs from the aqueous phase. Dissolved zinc concentration measured by ASV ([Zn]ASV) was compared with that measured by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) after ultracentrifugation ([Zn]ICP-MS), for four types of ZnO NPs with different coatings and primary particle diameters. For small ZnO NPs (4-5 nm), [Zn]ASV was 20% higher than [Zn]ICP-MS, suggesting that these small NPs contributed to the voltammetric measurement. For larger ZnO NPs (approximately 20 nm), [Zn]ASV was (79±19)% of [Zn]ICP-MS, despite the high concentrations of ZnO NPs in suspension, suggesting that ASV can be used to accurately measure the dissolution kinetics of ZnO NPs of this primary particle size.

Using the ASV technique to directly measure dissolved zinc concentration, we examined the effects of 16 different NOM isolates on the dissolution kinetics of ZnO NPs in buffered potassium chloride solution. The observed dissolution rate constants (kobs) and dissolved zinc concentrations at equilibrium increased linearly with NOM concentration (from 0 to 40 mg-C L-1) for Suwannee River humic acid (SRHA), Suwannee River fulvic acid and Pony Lake fulvic acid. When dissolution rates were compared for the 16 NOM isolates, kobs was positively correlated with certain properties of NOM, including specific ultraviolet absorbance (SUVA), aromatic and carbonyl carbon contents, and molecular weight. Dissolution rate constants were negatively correlated to hydrogen/carbon ratio and aliphatic carbon content. The observed correlations indicate that aromatic carbon content is a key factor in determining the rate of NOM-promoted dissolution of ZnO NPs. NOM isolates with higher SUVA were also more effective at enhancing the colloidal stability of the NPs; however, the NOM-promoted dissolution was likely due to enhanced interactions between surface metal ions and NOM rather than smaller aggregate size.

Based on the above results, we designed experiments to quantitatively link the dissolution kinetics and bioavailability of CuO NPs to Gulf killifish embryos under the influence of NOM. The CuO NPs dissolved to varying degrees and at different rates in diluted 5‰ artificial seawater buffered to different pH (6.3-7.5), with or without selected NOM isolates at various concentrations (0.1-10 mg-C L-1). NOM isolates with higher SUVA and aromatic carbon content (such as SRHA) were more effective at promoting the dissolution of CuO NPs, as with ZnO NPs, especially at higher NOM concentrations. On the other hand, the presence of NOM decreased the bioavailability of dissolved Cu ions, with the uptake rate constant negatively correlated to dissolved organic carbon concentration ([DOC]) multiplied by SUVA, a combined parameter indicative of aromatic carbon concentration in the media. When the embryos were exposed to CuO NP suspension, changes in their Cu content were due to the uptake of both dissolved Cu ions and nanoparticulate CuO. The uptake rate constant of nanoparticulate CuO was also negatively correlated to [DOC]×SUVA, in a fashion roughly proportional to changes in dissolved Cu uptake rate constant. Thus, the ratio of uptake rate constants from dissolved Cu and nanoparticulate CuO (ranging from 12 to 22, on average 17±4) were insensitive to NOM type or concentration. Instead, the relative contributions of these two Cu forms were largely determined by the percentage of CuO NP that was dissolved.

Overall, this dissertation elucidated the important role that dissolved NOM plays in affecting the environmental fate and bioavailability of soluble metal-based nanomaterials. This dissertation work identified aromatic carbon content and its indicator SUVA as key NOM properties that influence the dissolution, aggregation and biouptake kinetics of metal oxide NPs and highlighted dissolution rate as a useful functional assay for assessing the relative contributions of dissolved and nanoparticulate forms to metal bioavailability. Findings of this dissertation work will be helpful for predicting the environmental risks of engineered nanomaterials.

Síntese verde de nanopartículas de prata a partir de extrato aquoso do tubérculo de Curcuma longa associadas à quitosana e avaliação da atividade antitumoral in vitro em câncer de pele não melanoma (linhagem A431)

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação Nanociência e Nanobiotecnologia, 2016.

Silver colloidal nanoparticle stability: influence on Candida biofilms formed on denture acrylic

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Effect of charge asymmetry and charge screening on structure of superlattices formed by oppositely charged colloidal particles

Colloidal suspensions made up of oppositely charged particles have been shown to self-assemble into substitutionally ordered superlattices. For a given colloidal suspension, the structure of the superlattice formed from self-assembly depends on its composition, charges on the particles, and charge screening. In this study we have computed the pressure-composition phase diagrams of colloidal suspensions made up of binary mixtures of equal sized and oppositely charged particles interacting via hard core Yukawa potential for varying values of charge screening and charge asymmetry. The systems are studied under conditions where the thermal energy is equal or greater in magnitude to the contact energy of the particles and the Debye screening length is smaller than the size of the particles. Our studies show that charge asymmetry has a significant effect on the ability of colloidal suspensions to form substitutionally ordered superlattices. Slight deviations of the charges from the stoichiometric ratio are found to drastically reduce the thermodynamic stability of substitutionally ordered superlattices. These studies also show that for equal-sized particles, there is an optimum amount of charge screening that favors the formation of substitutionally ordered superlattices. (C) 2012 American Institute of Physics. http://dx.doi.org/10.1063/1.3700226]

Monodispersity and stability: case of ultrafine aluminium nanoparticles (< 5 nm) synthesized by the solvated metal atom dispersion approach

The synthesis of THF coordinated aluminium nanoparticles by the solvated metal atom dispersion (SMAD) method is described. These colloids are not stable with respect to precipitation of aluminium nanoparticles. The precipitated aluminium nanopowder is highly pyrophoric. Highly monodisperse colloidal aluminium nanoparticles (3.1 +/- 0.6 nm) stabilized by a capping agent, hexadecyl amine (HDA), have also been prepared by the SMAD method. They are stable towards precipitation of particles for more than a week. The Al-HDA nanoparticles are not as pyrophoric as the Al-THF samples. Particles synthesized in this manner were characterized by high-resolution electron microscopy and powder X-ray diffraction. Annealing of the Al-HDA nanoparticles resulted in carbonization of the capping agent on the surface of the particles which imparts air stability to them. Carbonization of the capping agent was established using Raman spectroscopy and TEM. The annealed aluminium nanoparticles were found to be stable even upon their exposure to air for over a month which was evident from the powder XRD, TGA/DSC, and TEM studies. The successful passivation was further confirmed with the determination of high active aluminium content (95 wt%) upon exposure and storage under air.

Quantification of the Particle Size and Stability of Graphene Oxide in a Variety of Solvents

The exceptional solution processing potential of graphene oxide (GO) is always one of its main advantages over graphene in terms of its industrial relevance in coatings, electronics, and energy storage. However, the presence of a variety of functional groups on the basal plane and edges of GO makes understanding suspension behavior in aqueous and organic solvents, a major challenge. Acoustic spectroscopy can also measure zeta potential to provide unique insight into flocculating, meta-stable, and stable suspensions of GO in deionized water and a variety of organic solvents (including ethanol, ethylene glycol, and mineral oil). As expected, a match between solvent polarity and the polar functional groups on the GO surface favors stable colloidal suspensions accompanied by a smaller aggregate size tending toward disperse individual flakes of GO. This work is significant since it describes the characteristics of GO in solution and its ability to act as a precursor for graphene-based materials.