Synthesis and characterization of high-spin organic materials: prototypes for the polaronic ferromagnet

The design, synthesis and magnetic characterization of thiophene-based models for the polaronic ferromagnet are described. Synthetic strategies employing Wittig and Suzuki coupling were employed to produce polymers with extended π-systems. Oxidative doping using AsF_5 or I_2 produces radical cations (polarons) that are stable at room temperature. Magnetic characterization of the doped polymers, using SQUID-based magnetometry, indicates that in several instances ferromagnetic coupling of polarons occurs along the polymer chain. An investigation of the influence of polaron stability and delocalization on the magnitude of ferromagnetic coupling is pursued. A lower limit for mild, solution phase I_2 doping is established. A comparison of the variable temperature data of various polymers reveals that deleterious antiferromagnetic interactions are relatively insensitive to spin concentration, doping protocols or spin state. Comparison of the various polymers reveals useful design principles and suggests new directions for the development of magnetic organic materials. Novel strategies for solubilizing neutral polymeric materials in polar solvents are investigated.

The incorporation of stable bipyridinium spin-containing units into a polymeric high-spin array is explored. Preliminary results suggest that substituted diquat derivatives may serve as stable spin-containing units for the polaronic ferromagnet and are amenable to electrochemical doping. Synthetic efforts to prepare high-spin polymeric materials using viologens as a spin source have been unsuccessful.

Tunable heparan sulfate glycomimetics for modulating chemokine activity

Heparan sulfate (HS) glycosaminoglycans participate in critical biological processes by modulating the activity of a diverse set of protein binding partners. Such proteins include all known members of the chemokine superfamily, which are thought to guide the migration of distinct subsets of immune cells through their interactions with HS proteoglycans on endothelial cell surfaces. Animal-derived heparin polysaccharides have been shown to reduce inflammation levels through the inhibition of HS-chemokine interactions; however, the clinical usage of heparin as an anti-inflammatory drug is hampered by its anticoagulant activity and potential risk for side effects, such as heparin-induced thrombocytopenia (HIT).

Here, we describe an expedient, divergent synthesis to prepare defined glycomimetics of HS that recapitulate the macromolecular structure and biological activity of natural HS glycosaminoglycans. Our synthetic approach uses a core disaccharide precursor to generate a library of four differentially sulfated polymers. We show that a trisulfated glycopolymer antagonizes the chemotactic activities of pro-inflammatory chemokine RANTES with similar potency as heparin polysaccharide, without potentiating the anticoagulant activities of antithrombin III. The same glycopolymer also inhibited the homeostatic chemokine SDF-1 with significantly more efficacy than heparin. Our work offers a general strategy for modulating chemokines and dissecting the pleiotropic functions of HS/heparin through the presentation of defined sulfation motifs within multivalent polymeric scaffolds.

Investigations of the conductor-semiconductor interface

I. Schottky barriers produced by polymeric sulfur nitride, (SN)_x, on nine common III-V and II-VI compound semiconductors are compared to barriers formed by Au. The conductor (SN)_x produces significantly higher barriers to n-type semiconductors and lower barriers to p-type semiconductors than Au, the most electronegative elemental metal. The barrier height improvement, defined as ɸ(SN)_x - ɸ(Au), is smaller on covalent semiconductors than on ionic semiconductors; (SN)x barriers follow the ionic-covalent transition. Details of (SN)_x film deposition, samples preparation, and barrier height measurements are described.

II. The rate of dissolution of amorphous Si into solid Al is measured. The rate of movement of the amorphous Si/Al interface is found to be much faster than predicted by a simple model of the transport of Si through Al. This result is related to defects in the growth of epitaxial Si using the solid phase epitaxy process.

Preparação e caracterização de microesferas poliméricas à base de metacrilato de glicidila e divinilbenzeno com propriedades magnéticas

Nesta Dissertação, foram sintetizadas microesferas poliméricas com propriedades magnéticas à base de metacrilato de glicidila e divinilbenzeno pela técnica de polimerização em suspensão. O material utilizado para conferir as propriedades magnéticas ao copolímero foi magnetita sintetizada no laboratório. Foram estudados os efeitos da modificação da magnetita com ácido oleico, da velocidade de agitação, do teor de agente reticulante, do teor de material magnético adicionado e do teor de agente de suspensão sobre as características das partículas poliméricas obtidas. As microesferas foram caracterizadas quanto ao seu aspecto morfológico, à estabilidade térmica, à incorporação de material magnético e quanto às suas propriedades magnéticas. A quantidade de partículas de ferro incorporadas foi afetada pela velocidade de agitação durante a síntese, pelo teor de material magnético adicionado, pela fase de dispersão do material magnético e pelo teor de monômeros no copolímero. A estabilidade térmica dos copolímeros foi afetada, principalmente, pelo teor de material magnético incorporado e pelo teor de monômeros, levando em consideração resinas com a mesma quantidade de material magnético adicionado. A magnetização de saturação para as microesferas foi afetada pelo teor de material magnético incorporado. A modificação da superfície da magnetita com ácido oleico foi considerada importante para a incorporação do material magnético na matriz do copolímero.Partículas poliméricas magnéticas com comportamento superparamagnéticos foram obtidas com morfologia esférica e magnetização de saturação de 7,11 (emu/g), utilizando razão molar de monômeros de 50/50 %, 1 % de PVA, 20 % de magnetita modificada com ácido oleico adicionada à fase orgânica e velocidade de agitação mecânica de 500 rpm

Preparação de microesferas poliméricas à base de estireno, acetato de vinila e divinilbenzeno com propriedades magnéticas

Microesferas poliméricas magnéticas à base de estireno (STY), divinilbenzeno (DVB), acetato de vinila (VAc) e ferro foram preparadas via polimerização em suspensão e semissuspensão. Foram estudadas as influências da concentração de VAc adicionado na polimerização e a presença de ferro sobre as características das partículas poliméricas obtidas. Estas partículas foram caracterizadas por espectrometria de absorção na região do infravermelho (FT-IR), análise térmica (TGA/DTA), microscopia óptica (MO), microscopia eletrônica de varredura (SEM) e magnetometria de amostra vibrante (VSM). Foram obtidas com sucesso microesferas poliméricas com propriedades magnéticas à base de estireno, divinilbenzeno e acetato de vinila. Estes materiais apresentaram bom controle morfológico, com maior rendimento na faixa de 120 a 75 m. Apresentaram também boas propriedades magnéticas (22,62 a 73,75 emu/g) com comportamento próximo de materiais superparamagnéticos e boa estabilidade térmica (444 C)

Estudo da influência do teor de segmentos hidrofílicos na síntese de poliuretanos dispersos em água

Considerações ambientais têm aumentado a pesquisa e o desenvolvimento de sistemas poliméricos aquosos para diversos tipos de aplicações, principalmente como revestimentos. Nesta dissertação, foram sintetizadas formulações não-poluentes à base de poliuretanos dispersos em água (PUDs), com 40% de teor de sólidos, na ausência de solventes orgânicos. Os monômeros empregados foram copolímeros em bloco à base de poli(glicol etilênico) e poli(glicol propilênico) (EG-b-PG), com teor de 25% de segmento hidrofílico EG, poli (glicol propilênico) (PPG), ácido dimetilolpropiônico (DMPA), diisocianato de isoforona (IPDI) e hidrazina (HYD), como extensor de cadeia. Foram variadas as razões entre o número de equivalente-grama de grupamentos isocianato e hidroxila (NCO/OH) e a proporção em equivalente-grama de PPG e dos copolímeros em bloco (EG-b-PG). Foi observado que a incorporação de altas quantidades de copolímero dificultou a síntese dos poliuretanos dispersos em água, levando à formação de géis. O tamanho médio de partícula e a viscosidade das dispersões foram determinados. Os filmes vazados a partir dessas dispersões foram avaliados quanto à capacidade de absorção de água, resistência mecânica, termogravimetria (TG), e caracterizados por espectroscopia na região do infravermelho (FTIR). As dispersões poliuretânicas produzidas se mostraram satisfatórias quando aplicadas como revestimento para madeira, metais e vidro

Fixação de complexo de ferro II em matriz de poli(acrilato de sódio)

Neste trabalho estudou-se a complexação do poli(acrilato de sódio), PAS, com aminpentacianoferrato de sódio,APCF. As reações de complexação ocorreram imediatamente com a formação de uma coloração amarela com total solubilização do polímero na solução 0,032 M molar do complexo. As soluções mostraram-se estáveis por 48 h e após esse período observou-se alterações na natureza do complexo polimérico com a formação de precipitado. O UV foi usado como ferramenta de caracterização do complexo. O máximo de absorção obtido após dissolução imediata foi de 405 nm com desvio para o azul (398 nm) e um pequeno efeito hipercrômico. As amostras mantidas à temperatura ambiente por mais de 48 h deram origem a precipitados, que como a solução, absorveram com máximo de 364, 389 e 398 nm. O Complexo PAS-APCF foi também caracterizado através de FTIR por ATR e apresentou pequenas variações no espectro do material de partida (PAS). Um incremento na intensidade da deformação axial assimétrica do grupo carboxilato (1651 cm-1) e a presença do estiramento em 2055 cm-1 do grupo cianeto, diferentemente do APCF (2048 cm-1), confirmaram a formação do complexo PAS-APCF. As freqüências de absorção observadas para o complexo foram compatíveis com a presença de estruturas mono e bidentadas de complexação. As análises de TGA e DSC também foram utilizadas para a caracterização das estruturas. O estudo modelo envolvendo a complexação de sais sódicos de diácidos orgânicos de diferentes tamanhos de cadeia (oxalato, malonato, succinato, glutarato e adipato), diferentemente do PAS, promoveu um desvio para o vermelho na frequência máxima de absorção junto de um pequeno efeito hipercrômico (421 nm). Esta variação pode também ser observada quando do emprego de acetato de sódio, indicando, provavelmente, apenas a formação de estruturas monodentadas

Avaliação de propriedades de artefatos à base de borracha natural

A combinação de excelentes propriedades mecânicas aliadas à biocompatibilidade torna a borracha natural um material amplamente empregado na fabricação de artefatos voltados à saúde, tais como bicos de chupetas e de mamadeiras, e luvas cirúrgicas e de procedimentos não-cirúrgicos. Esses artefatos são processados a partir de látices de poli(cis-isopreno) extraído de seringueiras. Entretanto, o grande número de insaturações presentes na cadeia polimérica, mesmo após a vulcanização, resulta em uma baixa resistência desse material ao envelhecimento, causado principalmente pela associação de fatores como temperatura, oxigênio, ozônio e radiação. Outro inconveniente associado à aplicação da borracha natural é a presença de proteínas no látex, com potencial alergênico, podendo promover reações fisiológicas em alguns usuários. Por esse motivo artefatos comerciais à base de material sintético também são encontrados no mercado. Esses artefatos também não são isentos dos processos naturais de desgaste e decomposição. Esta Dissertação teve como objetivo realizar um estudo comparativo de propriedades dos produtos comerciais à base de borracha natural e à base de material sintético (bicos de chupeta e de mamadeiras e luvas) de diferentes fabricantes, como adquiridos e após sofrerem envelhecimento acelerado. O estudo foi feito empregando-se as técnicas de espectroscopia na região do infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) e termogravimetria (TG). Uma avaliação mecânica com métodos padronizados foi também realizada

Síntese, caracterização e avaliação de materiais poliméricos com propriedades bactericidas

Nesta dissertação, foram preparados materiais poliméricos com atividade bactericida a partir de copolímeros de estireno (Sty) e divinilbenzeno (DVB) e de celulose bacteriana. Três copolímeros à base de Sty e DVB foram sintetizados através da técnica de polimerização em suspensão aquosa. Os copolímeros foram preparados com diferentes estruturas porosas, por meio da variação da composição do sistema diluente. Um copolímero comercial macrorreticulado, Amberlite XAD4, de elevada área superficial, também foi usado neste estudo com o objetivo de comparar sua estrutura polimérica e seu desempenho com o dos copolímeros sintetizados. Os copolímeros de Sty-DVB foram caracterizados por meio da densidade aparente, área específica, diâmetro médio de poros, volume de poros, microscopias ótica e eletrônica de varredura, grau de inchamento, espectrometria de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), análise termogravimétrica e análise elementar. Os copolímeros de Sty-DVB foram modificados quimicamente através da reação de nitração, seguida da reação de redução do grupo nitro a amino e posterior reação de diazotação e hidrólise do grupo sal de diazônio. Os copolímeros modificados contendo os grupos NH2 e OH foram utilizados como suporte para a ancoragem das nanopartículas de prata. As partículas de prata foram obtidas pela redução dos íons Ag+ empregando-se cloridrato de hidroxilamina como redutor e PVP como protetor de colóide. O teor de prata impregnada foi determinado pelo método volumétrico. A celulose bacteriana (BC) foi empregada como uma matriz para impregnação de nanopartículas de prata. Membranas de BC foram impregnadas com solução aquosa de AgNO3, a seguir foi realizada a redução dos íons Ag+ com três diferentes agentes redutores (hidrazina, hidroxilamina e ácido ascórbico) empregando ou não protetor de colóide (PVP ou gelatina). As membranas de BC/Ag0 obtidas foram caracterizadas por difração de raios-X, análise termogravimétrica e microscopia eletrônica de varredura. A capacidade bactericida dos copolímeros de Sty-DVB, dos copolímeros funcionalizados e impregnados com prata e das membranas de BC/Ag0 foi avaliada através do método da contagem em placa contra suspensões de Escherichia coli, em diferentes concentrações (103 a 107 células/mL). Foi observado que os copolímeros de origem e os copolímeros modificados contendo os grupos NO2 e NH2 não apresentaram atividade bactericida contra suspensões de E. coli em nenhuma concentração. Por outro lado, os copolímeros modificados contendo o grupo OH apresentaram alguma atividade bactericida, embora abaixo do esperado devido à baixa incorporação de hidroxilas fenólicas. Os copolímeros modificados impregnados com Ag apresentaram maior ação bactericida do que os copolímeros modificados, o que comprova que a ação bactericida é devida às partículas de prata ancoradas nos copolímeros. Os copolímeros modificados contendo o grupo OH impregnados com Ag mesmo possuindo menores teores de prata apresentaram maior ação bactericida do que os copolímeros modificados contendo o grupo NH2 impregnados com Ag. A maior ação bactericida pode ser atribuída à combinação da atividade bactericida das partículas de prata com a atividade dos grupos hidroxilas fenólicas mesmo que estes grupos estejam pouco incorporados nos copolímeros. Os compósitos de BC/Ag0 exibiram atividade bactericida contra E. coli que foi atribuída à ação das nanoparticulas de prata obtidas quando foi empregada a hidroxilamina como agente redutor e a gelatina como protetor de colóide

Delivery of Targeted Nanoparticles Across the Blood-Brain Barrier Using a Detachable Targeting Ligand

Chronic diseases of the central nervous system are poorly treated due to the inability of most therapeutics to cross the blood-brain barrier. The blood-brain barrier is an anatomical and physiological barrier that severely restricts solute influx, including most drugs, from the blood to the brain. One promising method to overcome this obstacle is to use endogenous solute influx systems at the blood-brain barrier to transport drugs. Therapeutics designed to enter the brain through transcytosis by binding the transferrin receptor, however, are restricted within endothelial cells. The focus of this work was to develop a method to increase uptake of transferrin-containing nanoparticles into the brain by overcoming these restrictive processes.

To accomplish this goal, nanoparticles were prepared with surface transferrin molecules bound through various liable chemical bonds. These nanoparticles were designed to shed the targeting molecule during transcytosis to allow increased accumulation of nanoparticles within the brain.

Transferrin was added to the surface of nanoparticles through either redox or pH sensitive chemistry. First, nanoparticles with transferrin bound through disulfide bonds were prepared. These nanoparticles showed decreased avidity for the transferrin receptor after exposure to reducing agents and increased ability to enter the brain in vivo compared to those lacking the disulfide link.

Next, transferrin was attached through a chemical bond that cleaves at mildly acidic pH. Nanoparticles containing a cleavable link between transferrin and gold nanoparticle cores were found to both cross an in vitro model of the blood-brain barrier and accumulate within the brain in significantly higher numbers than similar nanoparticles lacking the cleavable bond. Also, this increased accumulation was not seen when using this same strategy with an antibody to transferrin receptor, indicating that behavior of nanoparticles at the blood-brain barrier varies depending on what type of targeting ligand is used.

Finally, polymeric nanoparticles loaded with dopamine and utilizing a superior acid-cleavable targeting chemistry were investigated as a potential treatment for Parkinson’s disease. These nanoparticles were capable of increasing dopamine quantities in the brains of healthy mice, highlighting the therapeutic potential of this design. Overall, this work describes a novel method to increase targeted nanoparticle accumulation in the brain.

磷酸盐激光玻璃聚（CH3）2Si（OC2H5）2防潮膜

以（CH3）2Si（OC2H5）2为前驱体，采用溶胶-凝胶与有机合成相结合的方法，制得稳定性良好的涂膜液。采用旋转涂膜法在掺钕磷酸盐激光玻璃棒端面涂制防潮膜，膜层固化后透过率达96．5％，获得的膜层表面粗糙度优良，均方根表面粗糙度（RMS）为1．659nm，平均粗糙度（RA）平均为1．321nm；在激光波长1053nm，脉冲宽度1 ns条件下膜层的激光破坏闽值可达10～14 J／cm^2。经过“神光Ⅱ”高功率激光器物理实验运行，膜层使用期为五年，并且已经在我国“神光Ⅲ”原型装置上试用。

Desenvolvimento de um sistema de detecção fotoacústico utilizando dois microfones: aplicações em medidas de difusividade térmica

Neste trabalho, desenvolveu-se um sistema de detecção fotoacústico para medidas simultâneas e independentes dos sinais fotoacústicos dianteiro e traseiro, utilizando dois microfones e um único feixe de excitação. Utiliza-se a diferença de fase entre estes sinais para a determinação da difusividade térmica de materiais, com base na abordagem teórica da técnica da Diferença de Fase dos Dois Feixes (T2F). Na metodologia apresentada não há a necessidade de se alternar o feixe de excitação entre as faces da amostra. Esta característica torna mais rápido o procedimento de medida e simplifica o monitoramento automatizado de processos dinâmicos que afetam a difusividade térmica do material, como a cura de resinas poliméricas. É apresentado o procedimento utilizado para determinar a diferença entre as fases intrínsecas dos microfones e o método empregado para compensar tal diferença e, assim, obter a defasagem entre os sinais fotoacústicos dianteiro e traseiro. O sistema de detecção desenvolvido é avaliado em medidas de difusividade térmica de amostras metálicas (aço inoxidável AISI 304 e aço SAE 1020) e poliméricas (polipropileno e polietileno de baixa densidade). Os resultados obtidos concordam de forma satisfatória com dados disponíveis na literatura. Finalmente, a aplicação do sistema proposto ao monitoramento de cura de amostras de resina epóxi indicou sua potencialidade de acompanhar, em tempo real, este tipo de processo dinâmico.

Estudo da aderência de barras de aço coladas ao concreto com resina Epóxi.

Assim como em outras áreas do conhecimento a construção civil vem evoluindo ao longo dos anos. Grandes investimentos e elevadas taxas de demandas por novos projetos requerem uma maior velocidade na consolidação de obras. Neste cenário, ficam precários os estudos e pesquisas que avaliam a capacidade de novas tecnologias. Na área do concreto e estruturas de concreto armado, depara-se a associação de técnicas consolidadas à métodos inovadores. A utilização de polímeros como material de construção, como é o caso dos aditivos para concreto, dos tubos e conexões, das esquadrias e como adesivos, utilizados em ligações de aduelas de pontes, associados a fibras de vidro ou carbono para reforços estruturais e para fixação de armaduras ou conectores no caso de reparação de estruturas, oferecendo uma solidarização eficiente entre elementos estruturais. O presente trabalho visa avaliar uma pequena parcela de aplicação de materiais poliméricos, principalmente quanto a sua característica de aderência e colagem de barras de aço ao concreto. O desenvolvimento do estudo ocorreu sobre uma perspectiva de ensaios laboratoriais de arrancamento de barras coladas com resina epóxi em blocos de concreto, sendo estes resultados comparados com barras de aço concretadas em blocos de concreto. Desse modo o principal fator de comparação seria a tensão de aderência desenvolvida na área de contato da barra com o substrato. Alguns parâmetros foram inseridos para uma abordagem de maior amplitude, tais como variação do diâmetro da barra (φ = 10,0mm; φ = 12,5mm e φ = 16,0mm), do comprimento de ancoragem (múltiplos do diâmetro, sendo 5φ e 7,5φ) e da espessura da resina (1mm, 2mm e 3mm). De forma complementar procedeu-se ao ensaio de vigas bi-apoiadas submetidas à flexão visando representar o comportamento de uma recuperação/reforço estrutural aplicado em escala. Para avaliar o comportamento destas vigas, foram ensaiados dois espécimes, uma viga padrão concretada de uma única vez e outra submetida a um reparo estrutural, onde possuía a armadura inferior inserida posteriormente à concretagem inicial, colada com resina epóxi nas extremidades da viga.

Preparação e caracterização de bionanocompósitos à base de gelatina e magnetita reticulados com sacarose

Nesta dissertação, foram estudadas a preparação e a caracterização debionanocompósitos à base de gelatina e magnetita. Sacarose foi empregada comoagente de reticulação e gelatina tipo A e gelatina tipo B foram comparadas nautilização para a preparação das microesferas por meio de emulsão água-em-óleo.As microesferas foram caracterizadas por VSM, DSC, TGA, FTIR, testes deinchamento, espectroscopia de absorção atômica, microscopia ótica e microscopiaeletrônica de varredura. Um planejamento de experimentos variando-se aconcentração de gelatina e de sacarose, a temperatura e a velocidade de agitaçãofoi realizado a fim de encontrar quais parâmetros influenciam o diâmetro dasmicroesferas. A concentração de gelatina e velocidade de agitação foram osparâmetros diretamente associados com os tamanhos de partículas. A distribuiçãode tamanho das partículas revelou que o diâmetro das microesferas variou de 5 a 60micrômetros, com predominância na faixa de 11 a 30 micrômetros. A extensão dareticulação foi aumentada com o aumento do tempo de aquecimento na etapa depreparação das microesferas. Todos os bionanocompósitos apresentaramsuperparamagnetismo. Os resultados mostraram que não há diferença significativa entre a utilização de gelatina do tipo A e gelatina do tipo B. Além disso, o estudo de reticulação degelatina revelou que, ao contrário do que diz a literatura, a sacarose não é umagente de reticulação para as cadeias proteicas, pois não foram encontradasevidências de uma reação química entre a sacarose e gelatina

Biomolecule storage on non-modified thermoplastic microfluidic chip by ink-jet printing of ionogels

[EN] This paper reports an innovative technique for reagents storage in microfluidic devices by means of a one-step UV-photoprintable ionogel-based microarray on non-modified polymeric substrates. Although the ionogel and the ink-jet printing technology are well published, this is the first study where both are used for long-term reagent storage in lab-on-a-chip devices. This technology for reagent storage is perfectly compatible with mass production fabrication processes since pre-treatment of the device substrate is not necessary and inkjet printing allows for an efficient reagent deposition process. The functionality of this microarray is demonstrated by testing the release of biotin-647 after being stored for 1 month at room temperature. Analysis of the fluorescence of the ionogel-based microarray that contains biotin-647 demonstrated that 90% of the biotin-647 present was released from the ionogel-based microarray after pumping PBS 0.1% Tween at 37 °C. Moreover, the activity of biotin-647 after being released from the ionogel-based microarray was investigated trough the binding capability of this biotin to a microcontact printed chip surface with avidin. These findings pave the way for a novel, one-step, cheap and mass production on-chip reagents storage method applicable to other reagents such as antibodies and proteins and enzymes.