Estrutura eletrônica de derivados de C60 para aplicações em células solares orgânicas

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Water-soluble fullerene (C60) derivatives as nonviral gene-delivery vectors.

A new class of water-soluble C60 transfecting agents has been prepared using Hirsch-Bingel chemistry and assessed for their ability to act as gene-delivery vectors in vitro. In an effort to elucidate the relationship between the hydrophobicity of the fullerene core, the hydrophilicity of the water-solubilizing groups, and the overall charge state of the C60 vectors in gene delivery and expression, several different C60 derivatives were synthesized to yield either positively charged, negatively charged, or neutral chemical functionalities under physiological conditions. These fullerene derivatives were then tested for their ability to transfect cells grown in culture with DNA carrying the green fluorescent protein (GFP) reporter gene. Statistically significant expression of GFP was observed for all forms of the C60 derivatives when used as DNA vectors and compared to the ability of naked DNA alone to transfect cells. However, efficient in vitro transfection was only achieved with the two positively charged C60 derivatives, namely, an octa-amino derivatized C60 and a dodeca-amino derivatized C60 vector. All C60 vectors showed an increase in toxicity in a dose-dependent manner. Increased levels of cellular toxicity were observed for positively charged C60 vectors relative to the negatively charged and neutral vectors. Structural analyses using dynamic light scattering and optical microscopy offered further insights into possible correlations between the various derivatized C60 compounds, the C60 vector/DNA complexes, their physical attributes (aggregation, charge) and their transfection efficiencies. Recently, similar Gd@C60-based compounds have demonstrated potential as advanced contrast agents for magnetic resonance imaging (MRI). Thus, the successful demonstration of intracellular DNA uptake, intracellular transport, and gene expression from DNA using C60 vectors suggests the possibility of developing analogous Gd@C60-based vectors to serve simultaneously as both therapeutic and diagnostic agents.

Morphology Change of C60 Islands on Organic Crystals Observed by Atomic Force Microscopy

Organic-organic heterojunctions are nowadays highly regarded materials for light-emitting diodes, field-effect transistors, and photovoltaic cells with the prospect of designing low-cost, flexible, and efficient electronic devices.1-3 However, the key parameter of optimized heterojunctions relies on the choice of the molecular compounds as well as on the morphology of the organic-organic interface,4 which thus requires fundamental studies. In this work, we investigated the deposition of C60 molecules at room temperature on an organic layer compound, the salt bis(benzylammonium)bis(oxalato)cupurate(II), by means of noncontact atomic force microscopy. Three-dimensional molecular islands of C60 having either triangular or hexagonal shapes are formed on the substrate following a "Volmer-Weber" type of growth. We demonstrate the dynamical reshaping of those C60 nanostructures under the local action of the AFM tip at room temperature. The dissipated energy is about 75 meV and can be interpreted as the activation energy required for this migration process.

Fabrication of a New Multifunctional Interface Between La,Sr manganite and C60

In questo lavoro abbiamo sperimentato due modi diversi per ottenere un monolayer di C60 su La,Sr manganite (LSMO): desorbendo C60 da un campione di 5nm cresciuto su un substrato di LSMO e crescendo, sempre su LSMO, sei campioni di C60 a diversi spessori nominali. Il campione desorbito è stato analizzato mediante misure STS ed STM, mentre i campione cresciuti a diversi spessori sono stati misurati mediante non-cntact AFM. Ciò che è emerso in entrambi i casi è che le molecole di C60 non interagiscono con il substrato di LSMO. Nel primo caso infatti si è visto che è stato desorbito quasi tutto il C60 presente sul campione; la superficie della manganite risulta solo parzialmente ricoperta da molecole di C60. Nel secondo caso invece si nota che il C60 cresce formando isole che arrivano a ricoprire la superficie di LSMO solo per film dallo spessore nominale superiore a 30nm.

A boron nitride - graphene - C60 heterostructure

We have fabricated a new van-der-Waals heterostructure composed by BN/graphene/C60. We performed transport measurements on the preliminary BN/graphene device finding a sharp Dirac point at the neutrality point. After the deposition of a C60 thin film by thermal evaporation, we have observed a significant n-doping of the heterostructure. This suggests an unusual electron transfer from C60 into the BN/graphene structure. This BN/graphene/C60 heterostructure can be of interest in photovoltaic applications. It can be used to build devices like p-n junctions, where C60 can be easily deposited in defined regions of a graphene junction by the use of a shadow mask. Our results are contrasted with theoretical calculations.

The dispersed laser-induced fluorescence spectrum of gas-phase C60 at 308 nm

info:eu-repo/semantics/published

Interação da cianotoxina microcistina e o nanomaterial de carbono fulereno (C60) em brânquias do peixe Cyprinus carpio (Teleostei: Cyprinidae) sob incidência de radiação UVA

A produção mundial de nanomateriais tem aumentado nos últimos anos, em função de suas variadas aplicações tecnológicas e, como consequência do seu crescente uso e demanda, poderão existir riscos ambientais sendo a água o ambiente onde muitas destas substâncias podem exercer efeitos deletérios. Um dos nanomaterias de carbono mais utilizados é o fulereno, um composto orgânico lipofílico que pode se comportar como carreador de moléculas tóxicas, potencializando a entrada de contaminantes ambientais em órgãos específicos, fenômeno conhecido como “cavalo de Troia”. As microcistinas (MC) são cianotoxinas produzidas por cianobactérias durante episódios de floração, afetando aos organismos aquáticos e ao ser humano. Diversos estudos demonstram que organismos expostos tanto às MCs quanto ao fulereno podem causar produção excessiva de espécies ativas de oxigênio e alterar os níveis de antioxidantes. Além disso, outro fator que pode vir a intensificar o potencial tóxico de ambos é a incidência de radiação UVA. Sendo assim, procurou-se avaliar os efeitos em parâmetros de estresse oxidativo da co-exposição ex vivo da cianotoxina microcistina-LR (MC-LR) e o nanomaterial de carbono fulereno em brânquias do peixe Cyprinus carpio sob incidência de radiação UVA. Os resultados mostraram que: (a) houve uma perda da capacidade antioxidante no tratamento com MC-LR (baixa concentração) quando coexposta com fulereno no UVA em relação com o tratamento realizado sem co-exposição com fulereno; (b) o fulereno no UV diminuiu a atividade da enzima glutationa-Stransferase (GST) quando comparado com o controle no UV; (c) a MC-LR (alta concentração) co-exposta com fulereno foi capaz de diminuir as concentrações do antioxidante glutationa (GSH) quando comparado com o mesmo tratamento tanto no UVA quanto no escuro sem a co-exposição ao fulereno; (d) o tratamento MC-LR (baixa concentração) com UVA aumentou o dano oxidativo lipídico quando comparado com o controle UVA; (e) o fulereno não causou uma maior bioacumulação da microcistina no tecido. Sendo assim, pode-se concluir que o fulereno não apresentou o potencial de carregador de moléculas nessas concentrações de microcistina, porém, a co-exposição dos compostos diminuem tanto capacidade antioxidante total, como a concentração da GSH, podendo gerar problemas a longo prazo na detoxificação da toxina.

Efeitos tóxicos induzidos pelos nanomateriais Fulereno (C60) e Nanoprata no Poliqueto Laeonereis Acuta (Nereididae) e nas comunidades bacterianas que habitam sua superfície corporal

O fulereno (C60) pertence a uma família de nanomateriais (NM) constituída exclusivamente de átomos de carbono, sendo encontrado na forma de suspensão na água (nC60). A nanoprata (nAg) possui um excepcional e amplo espectro bactericida e um custo de fabricação relativamente baixo. No entanto, pouco se sabe a respeito dos eventuais efeitos tóxicos induzidos por estes NM em organismos estuarinos. O poliqueto Laeonereis acuta tem o muco colonizado por comunidades bacterianas. Há registros de que L. acuta apresenta um gradiente corporal para concentração de EAO e capacidade antioxidante total. Neste estudo, os poliquetos foram expostos in vivo durante 24 horas ao nC60 e à nAg, separadamente. Após isso, as unidades formadoras de colônias (UFC) bacterianas foram contadas e pesadas, além de serem realizadas diversas medições bioquímicas nos poliquetos e nas bactérias. Os números de UFC bacterianas expostas ao nC60 foi menor na concentração de 0.01mg/L e os números de UFC bacterianas expostas à nAg foram similares aos dados de biomassa, diminuindo na maior concentração (1.0 mg/L) (p<0.05). A capacidade antioxidante contra radicais peroxil em homogeneizados bacterianos expostos ao nC60 foi menor na concentração de 0.1mg/L quando comparado ao controle (p<0.05). A região anterior apresentou menor capacidade antioxidante (p<0.05) nos poliquetos expostos a 1.0 mg/L, quando comparado ao controle. Os poliquetos expostos à nAg apresentaram menor capacidade antioxidante na região posterior na concentração de 1.0 mg/L quando comparado ao controle (p<0.05). O conteúdo de peróxidos lipídicos (TBARS) foi reduzido na região anterior dos poliquetos expostos nas duas menores concentrações ( 0.01 e 0.1 mg/L) de nC60 (p<0.05). Na região corporal posterior, somente os organismos expostos a maior concentração de nC60 (1.0 mg/L) mostraram aumento na concentração de TBARS quando comparado ao grupo controle (p<0.05). A atividade da enzima glutationa-Stransferase (GST) foi aumentada (p<0.05) na região média e posterior dos poliquetos expostos a 0.1 mg/L de nC60. Como conclusões pode se dizer que os dois NM induziram efeitos tóxicos ainda numa situação (escuridão) onde o fulereno não é fotoexcitado. O aumento na produção e comercialização de produtos com NM levanta a questão dos riscos ambientais associados ao desenvolvimento da nanotecnologia.

Otimização e validação de um método para o preparo de suspensões e determinação de fulereno n-C60 em matriz aquosa

Com o aumento da produção do fulereno C60 e sua aplicação comercial é previsível que este composto acabe sendo liberado no ambiente, tornando-se um contaminante. Em razão das suas características físico-químicas e sua capacidade de formar agregados (n-C60) quando em contato com a água, o C60 pode se tornar um carreador de outros contaminantes (como metais e compostos orgânicos), facilitando a sua entrada nos organismos. Neste sentido, a sua toxicidade (tanto de forma isolada como em associação com outros contaminantes) vem sendo avaliada. Sendo assim, a fim de viabilizar os estudos com C60, uma metodologia para preparo de suspensões aquosas foi validada, sendo quantificada por CLAE/UV-Vis. As suspensões foram preparadas sem a adição de solvente de duas formas distintas, com aquecimento (50ºC) e à temperatura ambiente (≈20 ºC), onde se mantiveram sob agitação constante e exposição à luz artificial por até 2 meses. A cada 15 dias a suspensão foi quantificada. Além disso, três métodos distintos de extração e pré-concentração (extração líquido-líquido (ELL), extração em fase sólida (EFS) e micro-extração dispersiva líquido-líquido (MEDLL)) foram validados e comparados quanto a sua eficiência. Coeficientes de correlação ≥ 0,99 foram obtidos para as curvas de calibração. Os LDM e LQM foram de 0,08 e 0,3 ng mL-1 para EFS e ELL, considerando o fator de concentração de 500 vezes, e de 0,8 e 3,0 ng mL-1 para a MEDLL, considerando o fator de concentração de 50 vezes, respectivamente. A precisão (intermediária e repetitividade) variou entre 0,46 e 4,03 (%RSDpi) e entre 0,69 e 3,59 (%RSDr), enquanto que a exatidão ficou entre 72,3 e 85,6% para ELL, 86,1 e 115,5% para a EFS e 87,9 e 111,4% para MEDLL. Com base nestes parâmetros relativos a análise de suspensões aquosas de C60, a EFS foi considerada o método mais eficiente. O aquecimento se mostrou relevante no tamanho dos agregados, que foram significativamente maiores na suspensão sem aquecimento, porém o tempo de preparo da suspensão não influenciou na concentração final da suspensão. Portanto, recomenda-se o preparo das suspensões aquosas de C60 sem aquecimento por um período de agitação de 30-45 dias.

Influência dos ácidos graxos do tipo ômega-3 ou ômega-6 e o nanomaterial de carbono fulereno (C60) no estado antioxidante em suspensões celulares de cérebro de Cyprinus carpio (Pisces, Cyprinidae)

Os nanomateriais de carbono como o fulereno (C60) apresenta comportamentos bioquímicos distintos, podendo atuar como antioxidante ou pró-oxidante em diferentes sistemas biológicos. Outra evidência ao C60 refere-se a sua característica lipofilica, na qual oferece ação mais direta a diferentes tipos de membranas celulares. Do mesmo modo ácidos graxos poliinsaturados (AGPs) como o ômega-3 (DHA) e o ômega-6 (LA) são importantes para funções celulares da membrana, sendo considerados antioxidantes clássicos. Dessa forma este estudo avaliou em suspensões celulares de cérebro da carpa (Cyprinus carpio, Cyprinidae), o efeito de C60 após um pré-tratamento com DHA ou LA. Para tal avaliação os ensaios consistiram em um pré-tratamento com AGPs (48h) e após exposição a C60 (2h). Como resultados observamos que a viabilidade celular e a capacidade antioxidante total não apresentaram diferença (p> 0.05) entre todos os grupos. Em relação a valores de espécies ativas de oxigênio e dano lipídico foi observado redução nos seus valores nos grupos expostos ao C60 pré – tratados com AGPs (p<0.05). Em termos de cisteína, ocorre uma redução da sua concentração em todos os grupos expostos ao C60. Porém para glutationa a exposição ao C60 provoca um aumento de sua concentração nos grupo controle (sem AGPs) e no grupo pré – tratado com DHA. Dessa forma consideramos que o pré – tratamento com AGPs é benéfico às células, uma vez que um aumento nos níveis de glutationa e uma diminuição na concentração de espécies ativas de oxigênio e peroxidação lipídica foram observados nos grupos expostos ao C60. Sendo assim um bom estado nutritivo em termos da concentração de AGPs foi considerado benéfico na exposição ao fulereno.

Neutral and charged boron-doped fullerenes for CO2 adsorption

Recently, the capture and storage of CO2 have attracted research interest as a strategy to reduce the global emissions of greenhouse gases. It is crucial to find suitable materials to achieve an efficient CO2 capture. Here we report our study of CO2 adsorption on boron-doped C60 fullerene in the neutral state and in the 1e−-charged state. We use first principle density functional calculations to simulate the CO2 adsorption. The results show that CO2 can form weak interactions with the BC59 cage in its neutral state and the interactions can be enhanced significantly by introducing an extra electron to the system.

Stabilization of exotic minority phases in a multicomponent self-assembled molecular network

Trimesic acid (TMA) and alcohols were recently shown to self-assemble into a stable, two-component linear pattern at the solution/highly oriented pyrolytic graphite (HOPG) interface. Away from equilibrium, the TMA/alcohol self-assembled molecular network (SAMN) can coexist with pure-TMA networks. Here, we report on some novel characteristics of these non-equilibrium TMA structures, investigated by scanning tunneling microscopy (STM). We observe that both the chicken-wire and flower-structure TMA phases can host 'guest' C60 molecules within their pores, whereas the TMA/alcohol SAMN does not offer any stable adsorption sites for the C60 molecules. The presence of the C60 molecules at the solution/solid interface was found to improve the STM image quality. We have taken advantage of the high-quality imaging conditions to observe unusual TMA bonding geometries at domain boundaries in the TMA/alcohol SAMN. Boundaries between aligned TMA/alcohol domains can give rise to doubled TMA dimer rows in two different configurations, as well as a tripled-TMA row. The boundaries created between non-aligned domains can create geometries that stabilize TMA bonding configurations not observed on surfaces without TMA/alcohol SAMNs, including small regions of the previously predicted 'super flower' TMA bonding geometry and a tertiary structure related to the known TMA phases. These structures are identified as part of a homologic class of TMA bonding motifs, and we explore some of the reasons for the stabilization of these phases in our multicomponent system.