Biossensores de pH, ureia e glicose utilizando a microeletrônica de filmes finos de AZO e TIO2

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de biossensores de pH, ureia e glicose, utilizando óxidos como plataforma para a parte seletiva. Os filmes finos de óxidos condutores foram produzidos por diferentes técnicas de deposição, como spin-coat, dip-coat, spray-pyrolysis e casting. Os materiais fabricados foram AZO e TiO2, ambos depositados sobre substratos de FTO, ITO ou vidro hidroflilizado. O número de camadas foi variado para cada técnica e as caracterizações morfológicas e estruturais foram feitas por MEV, DRX e FTIR. As caracterizações elétricas foram feitas por EGFET e voltametria cíclica. Os filmes foram testados como sensores de pHs na faixa de 2 a 8. O filme depositado com AZO em substrato de FTO pela técnica de spray-pyrolysis apresentou melhor resposta, com sensibilidade de 31,7 mV/pH entre toda a faixa de pHs do 2 ao 8. Já para os filmes de TiO2, o filme produzido por dip-coat com 5 camadas em substrato de FTO apresentou sensibilidade de 37,8 mV/pH entre a faixa de pHs de 2 a 8. Paralelamente, os filmes tiveram suas superfícies funcionalizadas com proteínas como urease ou glicose oxidase. Neste caso, os dispositivos foram testados entre as concentrações de 5 a 200 mg/dL de ureia e glicose. Como biossensor de ureia, o filme de TiO2 depositado por spin-coat com 5 camadas em substrato de FTO apresentou a maior sensibilidade, com valor 3,32 mV/(mg/dL) entre as concentrações de 5 a 120 mg/dL. Para os filmes estudados como biossensores de glicose, o melhor resultado também foi obtido pelo filme de TiO2 depositado por spin-coat com 5 camadas em substrato de FTO, apresentando sensibilidade em torno de 6,18 mV/(mg/dL) entre as concentrações de 5 a 200 mg/dL. Alguns resultados encontrados foram iguais ou melhores aos encontrados na literatura vigente, mesmo que os dispositivos ainda são passíveis de otimização.

Estudo da cinética da tirosinase imobilizada em nanopartícula de sílica com obtenção de revestimento de eumelanina

Melanina é um polímero constituído por uma grande heterogeneidade de monômeros tendo como característica comum a presença de grupos indóis. Por outro lado, a eumelanina produzida pela oxidação enzimática da tirosina é um polímero mais simples constituído principalmente de monômeros 5,6-dihidroxindol (DHI) e de indol-5,6-quinona (IQ). Tirosinase é a enzima chave na produção de melanina, sendo que a sua atividade cinética é medida em função da formação do intermediário dopacroma. Nanopartículas (NPs) de sílica são partículas nanométricas compostas de oxido de silício e são obtidas pelo processo sol-gel desenvolvido por Stöber de hidrólise e condensação de tetraetilortosilicato (TEOS), usando etanol como solvente em meio alcalino. As NPs foram funcionalizadas com 3-Aminopropiltrietoxissilano (ATPES) e depois com glutaraldeído. Este último permitiu a imobilização da tirosinase na superfície da sílica. Caracterizamos as NPs antes e após a reação da enzima, a atividade catalítica da enzima ligada à NP e o mecanismos de formação de melanina na superfície da sílica. As NPs foram caracterizadas por espectrofotometria de absorção e de reflectância, termogravimetria e microscopia eletrônica. A síntese da NP de sílica retornou partículas esféricas com 55nm de diâmetro e a funcionalização da partícula mostrou modificar eficientemente a sua superfície. A imobilização da tirosinase por ligação covalente foi de 99,5% contra 0,5% da adsorção física. A atividade da tirosinase foi caracterizada pela formação de dopacroma. O Km da enzima imobilizada não sofreu alteração em comparação com a tirosinase livre, mas a eficiência catalítica - que considera a eficiência recuperada - foi de apenas 1/3 para a enzima ligada covalentemente, significando que 2/3 das enzimas ligadas não estão ativas. Obtivemos NPs revestidas com melanina a partir de oxidação de tirosina solubilizada em duas preparações: NP com tirosinase ligada covalentemente na superfície e NP funcionalizada com glutaraldeido dispersa em solução de DHI e IQ. O revestimento de melanina foi na forma de um filme fino com espessura ~1,9nm, conferindo perfil de absorção luminosa equivalente ao da própria melanina. Mostramos que o mecanismo de polimerização passa pela oxidação da tirosina pela tirosinase, que gera intermediários oxidados (principalmente DHI e IQ) que vão para solução (mesmo quando a tirosinase está ligada covalentemente na sílica). Estes intermediários ligam-se ao glutaraldeido e a superfície da sílica passa a funcionar como ambiente de polimerização da melanina.

Ensaio clínico randomizado do uso do curativo gel de clorexidina para a prevenção da colonização do cateter venoso central em pacientes adultos críticos

Os acessos venosos são indispensáveis para assistência do paciente em situação crítica. O cateter venoso central (CVC) é um acesso que viabiliza a terapêutica dessa clientela, mas o seu uso pode levar à infecções. Estas infecções ocasionam maior permanência hospitalar, elevam os custos totais das instituições e aumentam a morbidade e a mortalidade do paciente. O uso de curativos como cobertura do sítio de saída do CVC é eficaz na prevenção das infecções relacionadas a estes cateteres, em particular, o uso de curativos impregnados com antissépticos como o curativo gel de clorexidina. Este estudo teve como objetivo comparar a efetividade do curativo gel de clorexidina com a do filme transparente de poliuretano na prevenção da colonização do cateter venoso central em pacientes adultos críticos. Trata-se de estudo experimental, do tipo ensaio clínico randomizado, com tratamentos em paralelo, prospectivo e monocêntrico, realizado de acordo com as recomendações do Consolidated Standards of Reporting Trials (CONSORT). O estudo foi realizado na Unidade de Terapia Intensiva e na Unidade Coronariana de um hospital de ensino do interior do Estado de São Paulo. Participaram do estudo 102 indivíduos hospitalizados nestes locais, divididos aleatoriamente em dois grupos: grupo intervenção, no qual o tipo de cobertura utilizada foi o curativo de gel de clorexidina e grupo controle, que utilizou como cobertura o filme transparente de poliuretano. O desfecho primário mensurado foi a colonização do cateter e os desfechos secundários foram a infecção clínica do sítio de saída, a infecção microbiológica do sítio de saída e a infecção da corrente sanguínea relacionada ao cateter. Para a coleta de dados foi elaborado um instrumento, e este validado quanto ao seu conteúdo e forma por 13 enfermeiros pertencentes aos locais do estudo. Estes profissionais foram treinados para a realização dos curativos e coleta das pontas dos cateteres centrais, swabs dos sítios de saída e hemoculturas. Análises descritivas foram usadas para todas as variáveis do estudo. O teste Exato de Fisher foi utilizado para comparar as proporções de cada desfecho nos grupos de intervenção e controle, e a regressão logística para explorar se a colonização no CVC poderia ser associada com o tempo de uso do cateter e com o Acute Physiology and Chronic Health Evaluation II (APACHE II) dos pacientes do estudo. De acordo com os resultados não houve diferença estatisticamente significante entre a colonização nos dois grupos (p valor = 1.00), para a infecção microbiológica do sítio de saída (p valor = 0.08), para a infecção clínica do sítio de saída (p valor = 0.77) e para as infecções da corrente sanguínea relacionadas ao cateter (p valor = 1,00). Conclui-se que o presente estudo pode contribuir para que as unidades de saúde tenham subsídios para realizar a escolha do tipo de curativo baseado em suas necessidades institucionais e no desenvolvimento de protocolos relacionados à medidas de inserção e manutenção do cateter, bem como medidas educativas permanentes

Produção e caracterização de guias de onda dopados com terras-raras contendo nanopartículas semicondutoras.

O presente trabalho tem como objetivo estudar a produção e caracterização de filmes finos do tipo GeO2-Bi2O3 (BGO) produzidos por sputtering-RF com e sem nanopartículas (NPs) semicondutoras, dopados e codopados com íons de Er3+ ou Er3+/Yb3+ para a produção de amplificadores ópticos. A produção de guias de onda do tipo pedestal baseados nos filmes BGO foi realizada a partir de litografia óptica seguida por processo de corrosão por plasma e deposição física a vapor. A incorporação dos íons de terras-raras (TRs) foi verificada a partir dos espectros de emissão. Análises de espectroscopia e microscopia foram indispensáveis para otimizar os parâmetros dos processos para a construção dos guias de onda. Foi observado aumento significativo da luminescência do Er3+ (região do visível e do infravermelho), em filmes finos codopados com Er3+/Yb3+ na presença de nanopartículas de Si. As perdas por propagação mínimas observadas foram de ~1,75 dB/cm para os guias pedestal em 1068 nm. Para os guias dopados com Er3+ foi observado aumento significativo do ganho na presença de NPs de silício (1,8 dB/cm). O ganho óptico nos guias de onda amplificadores codopados com Er3+/Yb3+ e dopados com Er3+ com e sem NPs de silício também foi medido. Ganho de ~8dB/cm em 1542 nm, sob excitação em 980 nm, foi observado para os guias pedestal codopados com Er3+/Yb3+ (Er = 4,64.1019 átomos/cm3, Yb = 3,60.1020 átomos/cm3) com largura de 80 µm; para os guias codopados com concentração superior de Er3+/Yb3+ (Er = 1,34.1021 átomos/cm3, Yb = 3,90.1021 átomos/cm3) e com NPs de Si, foi observado aumento do ganho óptico de 50% para guia com largura de 100 µm. Os resultados apresentados demonstram que guias de onda baseados em germanatos, com ou sem NPs semicondutoras, são promissores para aplicações em dispositivos fotônicos.

Models and methods for the direct simulation of rough and micropatterned surfaces

Friction in hydrodynamic bearings are a major source of losses in car engines ([69]). The extreme loading conditions in those bearings lead to contact between the matching surfaces. In such conditions not only the overall geometry of the bearing is relevant, but also the small-scale topography of the surface determines the bearing performance. The possibility of shaping the surface of lubricated bearings down to the micrometer ([57]) opened the question of whether friction can be reduced by mean of micro-textures, with mixed results. This work focuses in the development of efficient numerical methods to solve thin film (lubrication) problems down to the roughness scale of measured surfaces. Due to the high velocities and the convergent-divergent geometries of hydrodynamic bearings, cavitation takes place. To treat cavitation in the lubrication problem the Elrod- Adams model is used, a mass-conserving model which has proven in careful numerical ([12]) and experimental ([119]) tests to be essential to obtain physically meaningful results. Another relevant aspect of the modeling is that the bearing inertial effects are considered, which is necessary to correctly simulate moving textures. As an application, the effects of micro-texturing the moving surface of the bearing were studied. Realistic values are assumed for the physical parameters defining the problems. Extensive fundamental studies were carried out in the hydrodynamic lubrication regime. Mesh-converged simulations considering the topography of real measured surfaces were also run, and the validity of the lubrication approximation was assessed for such rough surfaces.

Synthesis of Robust Hierarchical Silica Monoliths by Surface-Mediated Solution/Precipitation Reactions over Different Scales: Designing Capillary Microreactors for Environmental Applications

A synthetic procedure to prepare novel materials (surface-mediated fillings) based on robust hierarchical monoliths is reported. The methodology includes the deposition of a (micro- or mesoporous) silica thin film on the support followed by growth of a porous monolithic SiO2 structure. It has been demonstrated that this synthesis is viable for supports of different chemical nature with different inner diameters without shrinkage of the silica filling. The formation mechanism of the surface-mediated fillings is based on a solution/precipitation process and the anchoring of the silica filling to the deposited thin film. The interaction between the two SiO2 structures (monolith and thin film) depends on the porosity of the thin film and yields composite materials with different mechanical stability. By this procedure, capillary microreactors have been prepared and have been proved to be highly active and selective in the total and preferential oxidation of carbon monoxide (TOxCO and PrOxCO).

Functionalization of carbon nanotubes using aminobenzene acids and electrochemical methods. Electroactivity for the oxygen reduction reaction

Functionalized carbon nanotubes (CNTs) using three aminobenzene acids with different functional groups (carboxylic, sulphonic, phosphonic) in para position have been synthesized through potentiodynamic treatment in acid media under oxidative conditions. A noticeable increase in the capacitance for the functionalized carbon nanotubes mainly due to redox processes points out the formation of an electroactive polymer thin film on the CNTs surface along with covalently bonded functionalities. The CNTs functionalized using aminobenzoic acid rendered the highest capacitance values and surface nitrogen content, while the presence of sulfur and/or phosphorus groups in the aminobenzene structure yielded a lower functionalization degree. The oxygen reduction reaction (ORR) activity of the functionalized samples was similar to that of the parent CNTs, independently of the functional group present in the aminobenzene acid. Interestingly, a heat treatment in N2 atmosphere with a very low O2 concentration (3125 ppm) at 800 °C of the CNTs functionalized with aminobenzoic acid produced a material with high amounts of surface oxygen and nitrogen groups (12 and 4% at., respectively), that seem to modulate the electron-donor properties of the resulting material. The onset potential and limiting current for ORR was enhanced for this material. These are promising results that validates the use of electrochemistry for the synthesis of novel N-doped electrocatalysts for ORR in combination with adequate heat treatments.

Estudo de camadas anti-reflectoras para células solares

Trabalho de projecto de mestrado, Engenharia da Energia e Ambiente, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2016

Argamassas de auto-limpeza : da formulação às aplicações

Atualmente assiste-se a um grave problema de salubridade visual das cidades, designadamente no espaço edificado/ construído. A sujidade é uma ameaça que, junto com os graffitis, tem contribuído para a degradação precoce dos espaços urbanos. A fim de se enfrentar este problema, que tem vindo a proliferar nas cidades, um pouco por todo o mundo, a presente dissertação de mestrado ambiciona contribuir para a sistematização da informação existente sobre a produção e caracterização de argamassas de auto-limpeza. As argamassas de auto-limpeza são produzidas por uma de duas formas: com a adição de nanopartículas de dióxido de titânio (TiO2) na sua matriz ou com a aplicação de um filme fino à base de TiO2 na sua superfície. Esta segunda é apontada como a técnica mais eficaz e económica. Salienta-se o facto do TiO2 ser um dos nanomateriais mais utilizados na construção pelas suas propriedades fotocatalíticas que o capacitam como um dos mais exímios fotocatalisadores, aquando da fotocatálise heterogénea. É graças ao processo de fotodegradação química da fotocatálise, que na presença de luz solar e da ação da água, que o TiO2 é ativado, desencadeando reações químicas que aumentam a eficácia e eficiência fotocatalítica. Analisou-se um conjunto de trabalhos de investigação recentes que comprovam que o uso das argamassas de auto-limpeza é adequado e benéfico em intervenções em edifícios novos como em obras de conservação e reabilitação de edifícios antigos. Além de reduzirem os investimentos em obras de limpeza, manutenção/conservação e reabilitação, prolongam a conservação das fachadas e melhoram os níveis da qualidade do ar. Apesar do crescente número de patentes pedidas e concedidas nesta área, as normas aplicáveis ainda não se encontram uniformizadas. Nesse sentido, a experiência do Japão deve ser tida como exemplo para que os restantes países desenvolvam de forma consensual as suas próprias normas e patentes, permitindo, futuramente, conferir maior credibilidade, segurança no uso dos nanomateriais e uma maior permeabilidade no setor da construção. Elencam-se alguns nano-produtos à base de nano TiO2 comercializados que têm vindo a ser aplicados sobretudo na China, Japão e na Alemanha.

Photovoltaic research branch semiannual report : period covered : 1 October 1979 to 31 March 1980 /

This report covers SERI research activities on solid-state theory, high-efficiency cells, thin-film cells, silicon purification, silicon crystallization, thick-film technology, surface and interface analysis, and growth of GaAs and related compounds by metal-organic chemical vapor desposition.

Photoelectronic properties of zinc phosphide crystals, films and heterojunctions : quarterly progress report no. 6 for the period July 1 - September 30, 1980 /

The purpose of this research program is to investigate the photoelectronic properties of zinc phosphide (Zn₃P₂ in single crystal form, in thin-film form, and in heterojunctions in which Zn₃P₂ forms one of the elements. This research will be directed toward understanding the role of crystalline defects and impurities in Zn₃P₂, the nature of the electronic charge transport in single crystal and thin-film material, and the properties of photovoltaic heterojunctions involving Zn₃P₂. The scope of the program extends from basic investigations of materials properties on single crystals to the preparation and characterization of all-thin-film heterojunction divices. One of the principal motivations behind this research program is the realization that Zn₃P₂ is a relatively uninvestigated yet ideal component for photovoltaic heterojunction use in solar energy conversion. The proposed program will concentrate on the basic materials problems involved with Zn₃P₂, providing the kind of information needed for other more developmental programs directed toward actual practical cells.

Intra-abdominal pressure response to multidirectional support-surface translation

A complex response of the trunk muscles occurs to restore equilibrium in response to movement of the support surface. Intra-abdominal pressure (IAP) is considered to contribute to control of the trunk. This study investigated the contribution of IAP to the postural response to multidirection support-surface translation. IAP was recorded with a thin-film pressure transducer inserted via the nose into the stomach and trunk motion was recorded with an optoelectronic system with markers over the spinous process of L1. A pattern of trunk movement was recorded in response to the support-surface translations that was consistent with a 'hip' strategy of postural control. The trunk moved in a manner appropriate to move the centre of gravity over the new base of support. IAP was increased with movement in each direction, but varied in timing and amplitude between translation directions. In general, the IAP was greater with translations in the sagittal plane compared to the frontal plane and was initiated earlier for translations in the backward direction. These data indicate that IAP contributes to the postural response associated with support-surface translation and suggest that this is consistent with stiffening the spine. (C) 2003 Elsevier B.V. All rights reserved.

Postsynthesis stabilization of free-standing mesoporous silica films

Mixed ammonia-water vapor postsynthesis treatment provides a simple and convenient method for stabilizing mesostructured silica films. X-ray diffraction, transmission electron microscopy, nitrogen adsorption/desorption, and solid-state NMR (C-13, Si-29) were applied to study the effects of mixed ammonia-water vapor at 90 degreesC on the mesostructure of the films. An increased cross-linking of the silica network was observed. Subsequent calcination of the silica films was seen to cause a bimodal pore-size distribution, with an accompanying increase in the volume and surface area ratios of the primary (d = 3 nm) to secondary (d = 5-30 nm) pores. Additionally, mixed ammonia-water treatment was observed to cause a narrowing of the primary pore-size distribution. These findings have implications for thin film based applications and devices, such as sensors, membranes, or surfaces for heterogeneous catalysis.

Energy transfer dynamics of nanocrystal-polymer composites

Steady-state and time-resolved photoluminescence spectroscopy are used to examine the photoluminescent properties of nanocrystal-polymer composites consisting of colloidal PbS nanocrystals blended with poly(2-methoxy-5(2-ethylhexyloxy)-p-phenylene vinylene). Quenching of the emission from the conjugated polymer due to the PbS nanocrystals is observed along with band edge emission from the ligand capped PbS nanocrystals. A decrease in the photoluminescence lifetime of MEH-PPV is also observed in the thin film nanocrystal-polymer composite materials. Photoluminescence excitation spectroscopy of the PbS nanocrystal emission from the composite shows features attributed to MEH-PPV providing evidence of a Forster transfer process.

Experimental and analytical study of the effect of contact angle on liquid convective heat transfer in microchannels

In this paper we examine the effect of contact angle (or surface wettability) on the convective heat transfer coefficient in microchannels. Slip flow, where the fluid velocity at the wall is non-zero, is most likely to occur in microchannels due to its dependence on shear rate or wall shear stress. We show analytically that for a constant pressure drop, the presence of slip increases the Nusselt number. In a microchannel heat exchanger we modified the surface wettability from a contact angle of 20 degrees-120 degrees using thin film coating technology. Apparent slip flow is implied from pressure and flow rate measurements with a departure from classical laminar friction coefficients above a critical shear rate of approximately 10,000 s(-1). The magnitude of this departure is dependant on the contact angle with higher contact angles surfaces exhibiting larger pressure drop decreases. Similarly, the non-dimensional heat flux is found to decrease relative to laminar non-slip theory, and this decrease is also a function of the contact angle. Depending on the contact angle and the wall shear rate, variations in the heat transfer rate exceeding 10% can be expected. Thus the contact angle is an important consideration in the design of micro, and even more so, nano heat exchangers. (c) 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved.