Produção de bioplásticos a partir de agro-resíduos

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia de Materiais

Free-standing multilayered membranes based on graphene and natural polymers for biomedical applications

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Biomédica (área de especialização em Biomateriais, Reabilitação e Biomecânica)

Thin films composed of Ag nanoclusters dispersed in TiO2: Influence of composition and thermal annealing on the microstructure and physical responses

Noble metal powders containing gold and silver have been used for many centuries, providing different colours in the windows of the medieval cathedrals and in ancient Roman glasses. Nowadays, the interest in nanocomposite materials containing noble nanoparticles embedded in dielectric matrices is related with their potential use for a wide range of advanced technological applications. They have been proposed for environmental and biological sensing, tailoring colour of functional coatings, or for surface enhanced Raman spectroscopy. Most of these applications rely on the so-called localised surface plasmon resonance absorption, which is governed by the type of the noble metal nanoparticles, their distribution, size and shape and as well as of the dielectric characteristics of the host matrix. The aim of this work is to study the influence of the composition and thermal annealing on the morphological and structural changes of thin films composed of Ag metal clusters embedded in a dielectric TiO2 matrix. Since changes in size, shape and distribution of the clusters are fundamental parameters for tailoring the properties of plasmonic materials, a set of films with different Ag concentrations was prepared. The optical properties and the thermal behaviour of the films were correlated with the structural and morphological changes promoted by annealing. The films were deposited by DC magnetron sputtering and in order to promote the clustering of the Ag nanoparticles the as-deposited samples were subjected to an in-air annealing protocol. It was demonstrated that the clustering of metallic Ag affects the optical response spectrum and the thermal behaviour of the films.

A systematic study of the structural and magnetic properties of Mn-, Co-, and Ni-Doped Colloidal Fe3O4 nanoparticles

A series of colloidal MxFe3-xO4 (M = Mn, Co, Ni; x = 0–1) nanoparticles with diameters ranging from 6.8 to 11.6 nm was synthesized by hydrothermal reaction in aqueous medium at low temperature (200 °C). Energy-dispersive X-ray microa-nalysis and inductively coupled plasma spectrometry confirms that the actual elemental compositions agree well with the nominal ones. The structural properties of obtained nanoparticles were investigated by using powder X-ray diffraction, Raman scattering, Mössbauer spectroscopy, and electron microscopy. The results demonstrate that our synthesis technique leads to the formation of chemically uniform single-phase solid solution nanoparticles with cubic spinel structure, confirming the intrinsic doping. Magnetic studies showed that, in comparison to Fe3O4, the saturation magnetization of MxFe3-xO4 (M = Mn, Ni) decreases with increasing dopant concentration, while Co-doped samples showed similar saturation magnetizations. On other hand, whereas Mn- and Ni-doped nanoparticles exhibits superparamagnetic behavior at room temperature, ferromagnetism emerges for CoxFe3-xO4 nanoparticles, which can be tuned by the level of Co doping.

Preparação de suspensões aquosas de nanopartículas de carbono para deposição em superfícies

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia de Materiais

Production and characterization of ZrCN-Ag coatings deposited by mganetron sputtering

Tese de Doutoramento (Programa doutoral em Engenharia de Materiais)

Antibacterial properties of multifunctional coatings Ag-ZrCN for biomedical devices: a novel approach

PhD in Sciences Specialty in Physics

Síntesis, caracterización y aplicaciones específicas de metalosilicatos cristalinos micro y mesoporosos con incorporación de nanoestructuras. Synthesis, characterization and specific aplications of crystalline micro and mesoporous metallosilicates with nanostructures.

La síntesis de materiales cristalinos micro y mesoporosos con incorporación de micro/nano partículas/clusters de especies formadas con entidades propias interaccionando con las redes, como óxidos de metales, cationes de neutralización, especies metálicas, etc., pueden potencialmente ser utilizados como "materiales hospedaje" en óptica, electrónica, sensores, como materiales magnéticos, en estrategias ambientales de control de la contaminación, catálisis en general y procesos de separación. Se sintetizaran y caracterizaran por diversas técnicas fisicoquímicas, zeolitas microporosas de poro medio (ZSM) y poro grande (Y), y materiales mesoporosos (MCM-41). La aplicación de los mismos se orientara, por una parte, a procesos catalíticos tecnológicamente innovadores relacionados con los siguientes campos: a)catálisis ambiental: transformación de desechos plásticos (polietileno, polipropileno, poliestireno o mezclas de los mismos) a hidrocarburos de mayor valor agregado (gasolinas, gasoil, gases licuados de petróleo, hidrocarburos aromáticos); b)química fina: oxidación parcial de hidrocarburos aromáticos hacia la obtención de commodities, fármacos, etc. Por otra parte, se evaluaran las propiedades magnéticas (ferromagnetismo, paramagnetismo, superparamagnetismo, diamagnetismo) que algunos de estos materiales presentan, en busca de su correlación con sus propiedades catalíticas, cuando sea factible. Se estudiaran las condiciones óptimas de síntesis de los materiales, aplicando técnicas hidrotermicas o sol gel, controlando variables como temperaturas y tiempos de síntesis, pH de geles iniciales-intermedios-finales, tipo de fuentes precursoras, etc. La modificación de las matrices con Co, Cr, Mn, H, o Zn, se realizara mediante diversos tratamientos químicos (intercambio, impregnación) a partir de las sales correspondientes, con el objeto de incorporar elementos activos al estado iónico, metálico, clusters, etc.; y la influencia de distintos tratamientos térmicos (oxidantes, inertes o reductores; atmósferas dinámicas o estáticas; temperaturas). La caracterización estructural de los materiales será por: AA (cuantificación elemental de bulk); XRD (determinacion de presencia de especies oxidos o metalicas de Zn, Co, Cr, o Mn; determinacion de cristalinidad y estructura); BET (determinacion de area superficial); DSC-TG-DTA (determinacion de estabilidad de las matrices sintetizadas); FTIR de piridina (determinacion de tipo-fuerza-cantidad de sitios activos); Raman y UV-reflectancia difusa (determinacion de especies ionicas interacturando o depositadas sobre las matrices); TPR (identificacion de especies reducibles); SEM-EDAX (determinacion de tamaño de particulas de especies activas y de las matrices y cuanfiticacion superficial); Magnetómetros SQUID y de muestra vibrante (medición de magnetización y susceptibilidad magnética a temperatura ambiente con variación de campo externo aplicado, y variación de temperaturas (4 a 300 K) con campo externo fijo). En síntesis, se plantean tres grandes áreas de trabajo: No1)Síntesis y caracterización de materiales micro y mesoporosos nanoestructurados; No2) Evaluación de las propiedades catalíticas; No3) Evaluación de las propiedades magnéticas. Estos lineamientos nos permitirán generar nuevos conocimientos científicos-tecnológicos, formando recursos humanos (dos becarios posdoctorales; un becario doctoral; tres becarios alumnos de investigación; aproximadamente 15 pasantes de grado al año) aptos para emprender tales desafíos. Los conocimientos originados son constantemente trabajados en las actividades docentes de grado y posgrado que los integrantes del proyecto poseen. Finalmente serán transmitidos y puestos a consideración de pares evaluadores en presentaciones a congresos nacionales e internacionales y revistas especializadas.

Diseño y caracterización de plataformas de biorreconocimiento basadas en el uso de nanoestructuras, biomoléculas y polímeros. Aplicaciones para el desarrollo de (bio)sensores electroquímicos. Design and characterization of biorecognition platforms based on the use of nanostructures, biomolecules and polymers. Applications for the development of electrochemical (bio)sensors.

Los requerimientos de métodos analíticos que permitan realizar determinaciones más eficientes en diversas ramas de la Química, así como el gran desarrollo logrado por la Nanobiotecnología, impulsaron la investigación de nuevas alternativas de análisis. Hoy, el campo de los Biosensores concita gran atención en el primer mundo, sin embargo, en nuestro país es todavía un área de vacancia, como lo es también la de la Nanotecnología. El objetivo de este proyecto es diseñar y caracterizar nuevos electrodos especialmente basados en el uso de nanoestructuras y estudiar aspectos básicos de la inmovilización de enzimas, ADN, aptámeros, polisacáridos y otros polímeros sobre dichos electrodos a fin de crear nuevas plataformas de biorreconocimiento para la construcción de (bio)sensores electroquímicos dirigidos a la cuantificación de analitos de interés clínico, farmaco-toxicológico y ambiental.Se estudiarán las propiedades de electrodos de C vítreo, Au, "screen printed" y compósitos de C modificados con nanotubos de C (CNT) y/o nanopartículas (NP) de oro y/o nanoalambres empleando diversas estrategias. Se investigarán nuevas alternativas de inmovilización de las biomoléculas antes mencionadas sobre dichos electrodos, se caracterizarán las plataformas resultantes y se evaluarán sus posibles aplicaciones analíticas al desarrollo de biosensores con enzimas y ADNs como elementos de biorreconocimiento. Se funcionalizarán CNT con polímeros comerciales y sintetizados en nuestro laboratorio modificados con moléculas bioactivas. Se diseñarán y caracterizarán nuevas arquitecturas supramoleculares basadas en el autoensamblado de policationes, enzimas y ADNs sobre Au. Se evaluarán las propiedades catalíticas de NP de magnetita y de perovskitas de Mn y su aplicación al desarrollo de biosensores enzimáticos. Se diseñarán biosensores que permitan la detección altamente sensible y selectiva de secuencias específicas de ADNs de interés clínico. Se estudiará la interacción de genotóxicos con ADN (en solución e inmovilizado) y se desarrollarán biosensores que permitan su cuantificación. Se construirán biosensores enzimáticos para la cuantificación de bioanalitos, especialmente glucosa, fenoles y catecoles, y sensores electroquímicos para la determinación de neurotransmisores, ácido úrico y ácido ascórbico. Se diseñarán nuevos aptasensores electroquímicos para la cuantificación de biomarcadores, comenzando por lisozima y trombina y continuando con otros de interés regional/nacional.Se emplearán las siguientes técnicas: voltamperometrías cíclica (CV), de pulso diferencial (DPV) y de onda cuadrada (SWV); "stripping" potenciométrico a corriente constante (PSA); elipsometría; microbalanza de cristal de cuarzo con cálculo de pérdida de energía por disipación (QCM-D); resonancia de plasmón superficial con detección dual (E-SPR); espectroscopía de impedancia electroquímica (EIE); microscopías de barrido electroquímico (SECM), de barrido electrónico (SEM), de transmisión (TEM) y de fuerzas atómicas (AFM); espectrofotometría UV-visible; espectroscopías IR, Raman, de masas, RMN.Se espera que la inclusión de los CNT y/o de las NP metálicas y/o de los nanoalambres en los diferentes electrodos permita una mejor transferencia de carga de diversos analitos y por ende una detección más sensible y selectiva de bioanalitos empleando enzimas, ADN y aptámeros como elementos de biorreconocimiento. Se espera una mayor eficiencia en los aptasensores respecto de los inmunosensores, lo que permitirá la determinacion selectiva de diversos biomarcadores. La modificación de electrodos con nanoestructuras posibilitará la detección altamente sensible y selectiva del evento de hibridación. La respuesta obtenida luego de la interacción de genotóxicos con ADN permitirá un mejor conocimiento de la asociación establecida, de la cinética y de las constantes termodinámicas. Los neurotransmisores podrán ser determinados a niveles nanomolares aún en muestras complejas.

Dipòsit i caracterització de capes primes orgàniques de P3HT:PCBM per a aplicacions fotovoltaiques

En un món on el ritme de la societat actual ens ha portat a considerar les energies enovables com a prioritat vital i necessària i en el que es preveu que la demanda energètica augmenti un 50% fins al 2030, l'interès en la recerca de materials emiconductors orgànics per aplicacions de captura solar, ha assolit un potencial enorme de cara al futur. Molts són el avantatges que presenten aquest tipus de materials en front als seus homòlegs inorgànics. La facilitat de fabricació, la utilització de materials més econòmics i amb menys impacte ambiental, així com la possibilitat de produir dispositius flexibles, són algunes de les atractives aracterístiques que presenten aquests materials. No obstant, certs inconvenients om les baixes eficiències energètiques dels dispositius, i la inestabilitat ambiental ue es tradueix en un temps de vida molt reduït, fan que encara s'hagi d'invertir sforç per aconseguir que aquests materials puguin ser utilitzats en el camp de la aptura d'energia solar. El material més prometedor fins a data d'avui és el P3HT:PCBM. Es tracta d'un sistema polímer:molècula lleugera, on el P3HT actua com a component donador del sistema i el PCBM actua com a component acceptor. Les propietats optoelectròniques i eficiències energètiques de combinats orgànics P3HT:PCBM epèn en gran mesura de la seva morfologia i microestructura. Paràmetres com la proporció entre els components, el dissolvent utilitzat en la dissolució, així com 'aplicació de determinats tractaments tèrmics afecten de forma crítica a la seva orfologia. Durant el present treball s'han utilitzat diverses tècniques de caracterització per a estudiar determinades propietats que presenten aquest tipus de aterials. Entre les tècniques experimentals utilitzades hi trobem la microscòpia FM, l'espectroscòpia Raman i la conductimetria AFM o current sensing AFM CS-AFM). Els experiments en temps real durant l'escalfament de capes primes 3HT:PCBM, mostren que el P3HT pateix una cristal·lització al voltant dels 140ºC, permetent el reordenament de les molècules i un millor solapament del sorbitals [pi]-[pi]*, que resulta en un increment del transport de forats a través de la fase donadora del material. Paralel·lament, entre els 80-120ºC, el material també presenta determinats canvis tant en el comportament dels enllaços, com en la cristal·linitat del material, provocant una quasi transició de fase que atribuïm a la transició vitrea del material. Per altra banda, experiments amb conductimetria AFM realitzats en sistemes P3HT:HDPE mostren un signicatiu augment en la eva estabilitat ambiental, que es tradueix en un augment del temps de vida, sense una pèrdua considerable en els seus valors de conducció. Tot i la combinació del P3HT amb proporcions de polímers aïllants de fins al 80%, el sistema és capaç de no perdre la capacitat de transport gràcies a la formació de fases i dominis rics en P3HT. El present treball posa de manifest que ens trobem davant d'una tecnologia emergent i que nous estudis i esforços en la recerca d'aquest tipus materials és fonamental per aconseguir nous resultats i posicionar als materials semiconductors orgànics com una alternativa viable en el camp dels dispositus fotovoltaics. Assumint dades procedents de la tecnologia actual utilitzada en aquest tipus de materials, estudis i avaluacions ambientals i econòmiques mostren que petits increments tant en les eficiències com en el temps de vida de dispositius basats en aterials orgànics, posicionarien a aquest material com a alternativa totalment viable en el mercat fotovoltaic d'un futur proper.

Plasmodium falciparum: nitric oxide modulates heme speciation in isolated food vacuoles.

Nitric oxide (NO) and NO-derived reactive nitrogen species (RNS) are present in the food vacuole (FV) of Plasmodium falciparum trophozoites. The product of PFL1555w, a putative cytochrome b(5), localizes in the FV membrane, similar to what was previously observed for the product of PF13_0353, a putative cytochrome b(5) reductase. These two gene products may contribute to NO generation by denitrification chemistry from nitrate and/or nitrite present in the erythrocyte cytosol. The possible coordination of NO to heme species present in the food vacuole was probed by resonance Raman spectroscopy. The spectroscopic data revealed that in situ generated NO interacts with heme inside the intact FVs to form ferrous heme nitrosyl complexes that influence intra-vacuolar heme solubility. The formation of heme nitrosyl complexes within the FV is a previously unrecognized factor that could affect the equilibrium between soluble and crystallized heme within the FV in vivo.

PAP1 [poly(A) polymerase 1] homozygosity and hyperadenylation are major determinants of increased mRNA stability of CDR1 in azole-resistant clinical isolates of Candida albicans.

Using genetically matched azole-susceptible (AS) and azole-resistant (AR) clinical isolates of Candida albicans, we recently demonstrated that CDR1 overexpression in AR isolates is due to its enhanced transcriptional activation and mRNA stability. This study examines the molecular mechanisms underlying enhanced CDR1 mRNA stability in AR isolates. Mapping of the 3' untranslated region (3' UTR) of CDR1 revealed that it was rich in adenylate/uridylate (AU) elements, possessed heterogeneous polyadenylation sites, and had putative consensus sequences for RNA-binding proteins. Swapping of heterologous and chimeric lacZ-CDR1 3' UTR transcriptional reporter fusion constructs did not alter the reporter activity in AS and AR isolates, indicating that cis-acting sequences within the CDR1 3' UTR itself are not sufficient to confer the observed differential mRNA decay. Interestingly, the poly(A) tail of the CDR1 mRNA of AR isolates was approximately 35-50 % hyperadenylated as compared with AS isolates. C. albicans poly(A) polymerase (PAP1), responsible for mRNA adenylation, resides on chromosome 5 in close proximity to the mating type-like (MTL) locus. Two different PAP1 alleles, PAP1-a/PAP1-alpha, were recovered from AS (MTL-a/MTL-alpha), while a single type of PAP1 allele (PAP1-alpha) was recovered from AR isolates (MTL-alpha/MTL-alpha). Among the heterozygous deletions of PAP1-a (Deltapap1-a/PAP1-alpha) and PAP1-alpha (PAP1-a/Deltapap1-alpha), only the former led to relatively enhanced drug resistance, to polyadenylation and to transcript stability of CDR1 in the AS isolate. This suggests a dominant negative role of PAP1-a in CDR1 transcript polyadenylation and stability. Taken together, our study provides the first evidence, to our knowledge, that loss of heterozygosity at the PAP1 locus is linked to hyperadenylation and subsequent increased stability of CDR1 transcripts, thus contributing to enhanced drug resistance.

L'apport d'une approche criminalistique pour lutter contre la contrefaçon de médicaments

Dans le domaine de l'analyse et la détection de produits pharmaceutiques contrefaits, différentes techniques analytiques ont été appliquées afin de discriminer les produits authentiques des contrefaçons. Parmi celles-ci, les spectroscopies proche infrarouge (NIR) et Raman ont fourni des résultats prometteurs. L'objectif de cette étude était de développer une méthodologie, basée sur l'établissement de liens chimiques entre les saisies de produits contrefaits, permettant de fournir des informations utiles pour les acteurs impliqués dans la lutte à la prolifération de ces produits. Une banque de données de spectres NIR et Raman a été créée et différents algorithmes de classification non-supervisée (i.e., analyse en composantes principales (ACP) et analyse factorielle discriminante (AFD) - elus ter onolysis) ont été utilisées afin d'identifier les différents groupes de produits présents. Ces classes ont été comparées aux profils chimiques mis en évidence par la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FT-IR) et par la chromatographie gazeuse couplée à la spectrométrie de masse (GC -MS). La stratégie de classification proposée, fondée sur les classes identifiées par spectroscopie NIR et Raman, utilise un algorithme de classification basé sur des mesures de distance et des courbes Receiver Operating Characteristics (ROC). Le modèle est capable de comparer le spectre d'une nouvelle contrefaçon à ceux des saisies précédemment analysées afin de déterminer si le nouveau spécimen appartient à l'une des classes existantes, permettant ainsi de le lier à d'autres saisies dans la base de données.

The origin of black colouration in onyx agate from Mali

Natural onyx agate from Mali was investigated in an integrated mineralogical and chemical study to reveal the origin of the unusual black colouration. Detailed studies by polarizing microscopy, scanning electron microscopy and micro-Raman spectroscopy showed that the colour of the dark bands is related to the incorporation of small particles of carbon (low-crystalline graphite) up to 200 nm in size into the cryptocrystalline silica matrix. The dark bands have carbon contents of 1.88 wt.%. The location of the graphite particles is closely related to the primary structural banding in the chalcedony. Cathodoluminescence data shows that the banding is interrupted by small fissures containing secondary hydrothermal quartz. The carbon isotope composition (delta C-13 value of -31.1+/-0.2 parts per thousand) of the carbonaceous material points to an organic precursor. Both the direct hydrothermal formation of graphite from methane under elevated temperature and the graphitization of organic precursors by secondary hydrothermal or metamorphic overprint are possible explanations for the colour of the dark bands. The graphitization of organic precursors results in an intense electron spin resonance line at g(eff) = 2.0026.

Pigments and plasters discovered in the House of Diana (Cosa, Grosseto, Italy): An integrated study between art history, archaeology and scientific analyses

The pigments and the plasters of the Roman frescoes discovered at the House of Diana (Cosa, Grosseto, Italy) were analysed using non-destructive and destructive mineralogical and chemical techniques. The characterization of both pigments and plasters was performed through optical microscopy, scanning electron microscopy and electron microprobe analysis. The pigments were identified by Raman spectroscopy and submitted to stable isotope analysis. The results were integrated with the archaeological data in order to determine and reconstruct the provenance, trade patterns and the employment of the raw materials used for the elaboration of the frescoes.