Propriedades superficiais de filmes à base de gelatina

O objetivo do presente trabalho foi caracterizar as propriedades superficiais de filmes à base de gelatina. Para o qual foram elaborados filmes de: (i) Gelatina plastificado com glicerol (G) (gelatina: 5 g/100 g SFF; glicerol: 30 g/100 g de gelatina), (ii) Gelatina reforçado com montmorilhonita (G/MMT) (gelatina: 5 g/100 g SFF; glicerol: 30 g/100 g de gelatina; MMT: 5 g/100 g de gelatina) e Gelatina plastificado com citrato de acetiltributila (G/ATB) (gelatina: 5 g/100 g SFF; ATB: 50 g/100 de gelatina; lecitina de soja: 60 g/100 g de ATB; etanol: 20 g/100 g SFF). Os filmes foram produzidos mediante o uso de um aplicador automático de filmes \"Spreading\". Logo, os filmes foram submetidos a testes para determinação da espessura, umidade e propriedades óticas (brilho, cor e opacidade). Também foi caracterizada a microestrutura por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microscopia de força atômica (AFM); às imagens obtidas por MEV foi aplicado um analise de imagem mediante o programa Image J, para obter o valor da dimensão fractal (DF). Depois foram caracterizadas as propriedades superficiais de ângulo de contato (AC), molhabilidade ou coeficiente de espalhamento (Se), e energia livre superficial (ELS) mediante a medida do ângulo de contato pelo método da gota séssil (água: 5 µL e 1-Bromonaftaleno: 3 µL). Para o cálculo da ELS também foi aplicado o método de Owens-Wendt. Estas caracterizações foram feitas em ambos os lados do filme, lado ar e lado placa. A natureza do filme de G/ATB influenciou na umidade e as propriedades óticas, enquanto que os filmes de G e G/MMT apresentaram características similares. Em relação à microestrutura e rugosidade, o filme de G apresentou a superfície mais homogênea e lisa, contrario ao observado no filme de G/MMT, que apresentou a maior rugosidade seguida do filme de G/ATB. Foi observado que houve uma relação entre os valores de rugosidade e DF. De acordo com o valor do AC, os filmes apresentaram um caráter hidrofóbico, pois seus valores foram superiores a 65° (em ambos os lados dos filmes), na seguinte ordem: G/MMT > G > G/ATB; sendo que o Se seguiu a mesma tendência. Cabe mencionar também que não foi encontrada uma correlação significativa entre os valores de AC e rugosidade. Em função dos valores de AC, Se e ELS (especificamente a componente polar), o filme de G/ATB apresentou o menor caráter hidrofóbico, pois apresentou menores valores de AC e maiores valores de Se em comparação com os outros dois filmes. Os valores da componente polar da G/ATB foram os maiores, explicando de melhor maneira o caráter menos hidrofóbico deste filme. Pode-se concluir que os filmes à base de gelatina elaborados no presente trabalho têm propriedades hidrofóbicas (AC>65°), sendo a G/MMT o filme com melhores características hidrofóbicas.

Nanopartículas lipídicas sólidas e vesículas cataniônicas contendo ftalocianina de cloro alumínio aplicadas nos processos fotodinâmicos

O trabalho apresentado foi realizado em duas etapas independentes e baseou-se no estudo de diferentes sistemas nanométricos para viabilizar a aplicação da ftalocianina de cloro alumínio (ClAlPc) na terapia fotodinâmica (TFD) para o tratamento do câncer de pele do tipo melanoma. O fármaco fotossensibilizante (FS) utilizado apresenta propriedades físico-químicas que lhe permitem exercer sua atividade fotodinâmica com excelência, sem a interferência do cromóforo endógeno melanina existente nas células melanocíticas. Para driblar sua elevada hidrofobicidade, ClAlPc foi encapsulada em sistemas nanométricos para administração em meio fisiológico. Inicialmente nanopartículas lipídicas sólidas (NLS) foram desenvolvidas por emulsificação direta, após um estudo de elaboração do diagrama de fases. O compritol foi o lipídio sólido escolhido para compor as NLS, com diferentes concentrações de ClAlPc. Todas as formulações desenvolvidas foram devidamente caracterizadas, com tamanho médio entre 100 e 200 nm, baixa polidispersão, potencial zeta adequadamente negativo (~|30| mV), drug loading de ClAlPc entre 76-94% (com pequena redução após 24 meses) e alta eficiência de encapsulação (E.E.). A morfologia arredondada das nanopartículas foi confirmada por microscopia eletrônica de transmissão e de força atômica. A estabilidade das NLS foi de 24 meses. A avaliação da cristalinidade do lipídio revelou a integração da ClAlPc à matriz lipídica da NLS, presença de estruturas polimórficas e grau de cristalinidade adequado, sem alterações após 24 meses. Nos estudos de difusão in vitro, observou-se que ftalocianina encapsulada nas NLS acumulam-se preferencialmente na epiderme e derme do que no estrato córneo, sem traços de permeação do ativo. Foi confirmado o caráter biocompatível das NLS sobre fibroblastos NIH-3T3. A ftalocianina encapsulada nas NLS não foi tóxica na linhagem de melanoma B16-F10 na ausência de luz, porém, apresentou excelente efeito fototóxico (0,75 ?g mL-1 de ClAlPc nanoencapsulada e irradiação entre 0,5 e 2,0 J cm-2), com redução da viabilidade celular de 87%. O segundo sistema de veiculação estudado foram as vesículas cataniônicas (VesCat), que se formam espontaneamente em água com o tensoativo TriCat 12. A obtenção das vesículas contendo ClAlPc envolve uma etapa adicional, para remoção de solvente orgânico, que foi aprimorada, reduzindo o tempo de produção em 55%. As VesCat/ClAlPc obtidas mantiveram suas propriedades físico-químicas e morfologia arredondada (confirmada por microscopia eletrônica de varredura), drug loading de 47% e alta E.E. Os resultados comprovaram que a aplicação desses dois sistemas nanométricos é altamente eficiente para aplicação da TFD no tratamento do câncer de pele do tipo melanoma ou outras doenças cutâneas, apresentando características favoráveis para avanços nos estudos de fase clínica e pré-clínica.

Polímeros condutores aplicados a sistemas-modelo de liberação controlada eletroquimicamente de drogas

Este trabalho descreve a síntese, caracterização e aplicação de sistemas poliméricos baseados em polímeros condutores em sistemas de liberação controlada de drogas. Esta tese pode ser dividida em duas partes: na primeira se apresentam os resultados da aplicação de filmes de polianilina e polipirrol na liberação de drogasmodelo como a dopamina protonada e o ácido salicílico. Na liberação de salicilato utilizou-se um filme polianilina eletrosintetizado e dopado com íons cloreto. Já para a liberação de dopamina protonada (um cátion) a liberação foi conduzida a partir de um sistema bicamadas, com um filme de polianilina recoberta com uma camada de Náfion. É mostrada a liberação controlada nos dois casos, porém também se discutem limitaçãoes deste tipo de sistema que levaram ao estudo de uma forma alternativa de controle eletroquímico utilizando polímeros condutores. A segunda parte do trabalho mostra então esta nova metodologia que se baseia em compósitos de poianilina eletropolimerizada no interior de hidrogéis de poliacrilamida. É mostrado que este novo material é eletroativo e mantém as características de intumescimento dos hidrogéis, tanto necessárias ao desenvolvimento destes sistemas de liberação controlada. Mecanismos para o crescimento e distribuição da polianilina na matriz isolante e para a atuação do compósito no controle eletroquímico da liberação são propostos com base nos dados de microscopia de força atômica, Raman e eletrônica de varredura, além de testes de liberação controlada com moléculas de diferentes cargas.

Obtenção e caracterização de PLA reforçado com nanocelulose.

A celulose é o polímero natural renovável disponível em maior abundância atualmente. Por possuir estrutura semicristalina, é possível extrair seus domínios cristalinos através de procedimentos que ataquem sua fase amorfa, como a hidrólise ácida, obtendo-se assim partículas cristalinas chamadas nanopartículas de celulose (NCs). Estas nanopartículas têm atraído enorme interesse científico, uma vez que possuem propriedades mecânicas, como módulo de elasticidade e resistência à tração, semelhantes a várias cargas inorgânicas utilizadas na fabricação de compósitos. Além disso, possuem dimensões nanométricas, o que contribui para menor adição de carga à matriz polimérica, já que possuem maior área de superfície, quando comparadas às cargas micrométricas. Nanocompósitos formados pela adição destas cargas em matrizes poliméricas podem apresentar propriedades comerciais atraentes, como barreira a gases, melhores propriedades térmicas e baixa densidade, quando comparados aos compósitos tradicionais. Como se trata de uma carga com dimensões nanométricas, obtida de fontes renováveis, uma das principais áreas de interesse para aplicação deste reforço é em biopolímeros biodegradáveis. O poli(ácido lático) (PLA), é um exemplo de biopolímero com propriedades mecânicas, térmicas e de processamento superiores a de outros biopolímeros comerciais. No presente trabalho foram obtidas nanopartículas de celulose (NCs), por meio de hidrólise ácida, utilizando-se três métodos distintos, com o objetivo de estudar o método mais eficiente para a obtenção de NCs adequadas à aplicação em compósitos de PLA. Os Métodos I e II empregam extração das NCs por meio do H2SO4, diferenciando-se apenas pela neutralização, a qual envolve diálise ou neutralização com NaHCO3, respectivamente. No Método III a extração das NCs foi realizada com H3PO4. As NCs foram caracterizadas por diferentes técnicas, como difração de raios X (DRX), análise termogravimétrica (TG), espectroscopia vibracional de absorção no infravermelho (FTIR), microscopia eletrônica de transmissão (MET) e microscopia de força atômica (MFA). Os resultados de caracterização das NCs indicaram que, a partir de todos os métodos utilizados, há formação de nanocristais de celulose (NCCs), entretanto, apenas os NCCs obtidos pelos Métodos II e III apresentaram estabilidade térmica suficiente para serem empregados em compósitos preparados por adição da carga no polímero em estado fundido. A incorporação das NCs em matriz de PLA foi realizada em câmara de mistura, com posterior moldagem por prensagem a quente. Compósitos obtidos por adição de NCs obtidas pelo Método II foram caracterizados por calorimetria exploratória diferencial (DSC), análise termogravimétrica, microscopia óptica, análises reológicas e microscopia eletrônica de varredura (MEV). A adição de NCs, extraídas pelo Método II, em matriz de PLA afetou o processo de cristalização do polímero, o qual apresentou maior grau de cristalinidade. Além disso, a adição de 3% em massa de NCs no PLA foi suficiente para alterar seu comportamento reológico. Os resultados reológicos indicaram que a morfologia do compósito é, predominantemente, composta por uma dispersão homogênea e fina da carga na fase matriz. Micrografias obtidas por MEV corroboram os resultados reológicos, mostrando, predominantemente a presença de partículas de NC em escala nanométrica. Compósitos de PLA com NCs obtidas pelo Método III apresentaram aglomerados de partículas de NC em escala micro e milimétrica, ao longo da fase matriz, e não foram extensivamente caracterizados.

Disposable electrochromic polyaniline sensor based on a redox response using a conventional camera: A first approach to handheld analysis

We present a disposable optical sensor for Ascorbic Acid (AA). It uses a polyaniline based electrochromic sensing film that undergoes a color change when exposed to solutions of ascorbic acid at pH 3.0. The color is monitored by a conventional digital camera working with the hue (H) color coordinate. The electrochromic film was deposited on an Indium Tin Oxide (ITO) electrode by cyclic voltammetry and then characterized by atomic force microscopy, electrochemical and spectroscopic techniques. An estimation of the initial rate of H, as ΔH/Δt, is used as the analytical parameter and resulted in the following logarithmic relationship: ΔH/Δt = 0.029 log[AA] + 0.14, with a limit of detection of 17 μM. The relative standard deviation when using the same membrane 5 times was 7.4% for the blank, and 2.6% (for n = 3) on exposure to ascorbic acid in 160 μM concentration. The sensor is disposable and its applicability to pharmaceutical analysis was demonstrated. This configuration can be extended for future handheld configurations.

(Bio)funcionalização de superfícies nanoestruturadas para eletrocatálise e desenvolvimento de biossensores eletroquímicos e óticos

Tese de doutoramento, Química (Química Física), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2016

Controlling Long-Range Ordered Self-assembly of Solid-Binding Peptide Monolayers on Atomically Flat Layered Materials

Thesis (Master's)--University of Washington, 2016-06

Nanostructures, Semicrytalline Morphology, and Nanoscale Confinement Effect on the Crystallization Kinetics in Self-Organized Block Copolymer/Thermoset Blends

This work reports the first instance of self-organized thermoset blends containing diblock copolymers with a crystallizable thermoset-immiscible block. Nanostructured thermoset blends of bisphenol A-type epoxy resin (ER) and a low-molecular-weight (M-n = 1400) amphiphilic polyethylene-block-poly(ethylene oxide) (EEO) symmetric diblock copolymer were prepared using 4,4'-methylenedianiline (MDA) as curing agent and were characterized by transmission electron microscopy (TEM), atomic force microscopy (AFM), small-angle X-ray scattering (SAXS), and differential scanning calorimetry (DSC). All the MDA-cured ER/EEO blends do not show macroscopic phase separation but exhibit microstructures. The ER selectively mixes with the epoxy-miscible PEO block in the EEO diblock copolymer whereas the crystallizable PE blocks that are immiscible with ER form separate microdomains at nanoscales in the blends. The PE crystals with size on nanoscales are formed and restricted within the individual spherical micelles in the nanostructured ER/EEO blends with EEO content up to 30 wt %. The spherical micelles are highly aggregated in the blends containing 40 and 50 wt % EEO. The PE dentritic crystallites exist in the blend containing 50 wt % EEO whereas the blends with even higher EEO content are completely volume-filled with PE spherulites. The semicrystalline microphase-separated lamellae in the symmetric EEO diblock copolymer are swollen in the blend with decreasing EEO content, followed by a structural transition to aggregated spherical micellar phase morphology and, eventually, spherical micellar phase morphology at the lowest EEO contents. Three morphological regimes are identified, corresponding precisely to the three regimes of crystallization kinetics of the PE blocks. The nanoscale confinement effect on the crystallization kinetics in nanostructured thermoset blends is revealed for the first time. This new phenomenon is explained on the basis of homogeneous nucleation controlled crystallization within nanoscale confined environments in the block copolymer/thermoset blends.

Mechanism of adhesion and detachment at the anterior end of Merizocotyle icopae (Monogenea : Monocotylidae) including ultrastructure of the anterior adhesive matrix

The anterior adhesive mechanism was studied for Merizocotyle icopae (Monogenea: Monocotylidae). Adult anterior apertures can open and close. In addition, duct endings terminating within the apertures are everted or retracted depending on the stage of attachment. Adhesive in adults is synthesized from all 3 secretory types (rod-shaped, small and large spheroidal bodies) found within anterior apertures. All exit together and undergo mixing to produce the adhesive matrix, a process that depletes duct contents. A greater number of ducts carrying rod-shaped bodies is depleted than ducts containing spheroidal bodies which changes the ratio of secretory types present on detachment. Detachment involves elongation of duct endings and secretion of additional matrix as the worm pulls away from the substrate. The change in secretory type ratio putatively modifies the properties of the secreted matrix enabling detachment. Only after detachment do ducts refill. During attachment, individual secretory bodies undergo morphological changes. The larval and adult adhesive matrix differs. Anterior adhesive in oncomiracidia does not show fibres with banding whereas banded fibres comprise a large part of adult adhesive. The data Suggest that this is the result of adult spheroidal secretions modifying the way in which the adult adhesive matrix forms.

Magnetosomal matrix: ultrafine structure may template biomineralization of magnetosomes

The organic matrix surrounding bullet-shaped, cubo-octahedral, D-shaped, irregular arrowhead-shaped, and truncated hexa-octahedral magnetosomes was analysed in a variety of uncultured magnetotactic bacteria. The matrix was examined using low- (80 kV) and intermediate- (400 kV) voltage TEM. It encapsulated magnetosomes in dehydrated cells, ultraviolet-B-irradiated dehydrated cells and stained resin-embedded fixed cells, so the apparent structure of the matrix does not appear to be an artefact of specimen preparation. High-resolution images revealed lattice fringes in the matrix surrounding magnetite and greigite magnetosomes that were aligned with lattice fringes in the encapsulated magnetosomes. In all except one case, the lattice fringes had widths equal to or twice the width of the corresponding lattice fringes in the magnetosomes. The lattice fringes in the matrix were aligned with the {311}, {220}, {331}, {111} and {391} related lattice planes of magnetite and the {222} lattice plane of greigite. An unidentified material, possibly an iron hydroxide, was detected in two immature magnetosomes containing magnetite. The unidentified phase had a structure similar to that of the matrix as it contained {311}, {220} and {111} lattice fringes, which indicates that the matrix acts as a template for the spatially controlled biomineralization of the unidentified phase, which itself transforms into magnetite. The unidentified phase was thus called pre-magnetite. The presence of the magnetosomal matrix explains all of the five properties of the biosignature of the magnetosomal chain proposed previously by Friedmann et al. and supports their claim that some of the magnetite particles in the carbonate globules in the Martian meteorite ALH84001 are biogenic. Two new morphologies of magnetite magnetosomes are also reported here (i.e. tooth-shaped and hexa-octahedral magnetosomes). Tooth-shaped magnetite magnetosomes elongated in the [110] direction are reported, and are distinct from arrowhead-shaped and bullet-shaped magnetosomes. Elongation of magnetite magnetosomes in the [110] direction has not been reported previously. A Martian hexa-octahedral magnetite particle was previously characterized by Thomas-Keptra et al. and compared with truncated hexa-octahedral magnetite magnetosomes. Hexa-octahedral magnetite magnetosomes with the same morphology and similar sizes and axial ratios as those reported by Thomas-Keptra et al. are characterized here. These observations support their claim that ALH84001 contains evidence for a past Martian biota.

Polyethylene multiwalled carbon nanotube composites

Polyethylene (PE) multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) with weight fractions ranging from 0.1 to 10 wt% were prepared by melt blending using a mini-twin screw extruder. The morphology and degree of dispersion of the MWCNTs in the PE matrix at different length scales was investigated using scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), atomic force microscopy (AFM) and wide-angle X-ray diffraction (WAXD). Both individual and agglomerations of MWCNTs were evident. An up-shift of 17 cm(-1) for the G band and the evolution of a shoulder to this peak were obtained in the Raman spectra of the nanocomposites, probably due to compressive forces exerted on the MWCNTs by PE chains and indicating intercalation of PE into the MWCNT bundles. The electrical conductivity and linear viscoelastic behaviour of these nanocomposites were investigated. A percolation threshold of about 7.5 wt% was obtained and the electrical conductivity of PE was increased significantly, by 16 orders of magnitude, from 10(-20) to 10(-4) S/cm. The storage modulus (G') versus frequency curves approached a plateau above the percolation threshold with the formation of an interconnected nanotube structure, indicative of 'pseudo-solid-like' behaviour. The ultimate tensile strength and elongation at break of the nanocomposites decreased with addition of MWCNTs. The diminution of mechanical proper-ties of the nanocomposites, though concomitant with a significant increase in electrical conductivity, implies the mechanism for mechanical reinforcement for PE/MWCNT composites is filler-matrix interfacial interactions and not filler percolation. The temperature of crystallisation (T.) and fraction of PE that was crystalline (F-c) were modified by incorporating MWCNTs. The thermal decomposition temperature of PE was enhanced by 20 K on addition of 10 wt% MWCNT. (c) 2005 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Highly-ordered hybrid organic-inorganic isoporous membranes from polymer modified nanoparticles

atomic force microscopy (AFM); atom transfer radical polymerization (ATRP); block copolymers; self-assembly; silica nanoparticles.

Structure and thermal stability of Langmuir-Blodgett films of barium arachidate

The structures of multilayer Langmuir-Blodgett films of barium arachidate before and after heat treatment have been investigated using both atomic force microscopy (AFM) and grazing incidence synchrotron X-ray diffraction (GIXD). AFM gave information on surface morphology at molecular resolution while GIXD provided quantitative details of the lattice structures of the films with their crystal symmetries and lattice constants. As-prepared films contained three coexisting structures: two triclinic structures with the molecularchains tilted by about 20degrees from the film normal and with 3 x 1 or 2 x 2 super-lattice features arising from height modulation of the molecules in the films; a rectangular structure with molecules perpendicular to the film surface. Of these, the 3 x 1 structure is dominant with a loose correlation between the bilayers. In the film plane both superstructures are commensurate with the local structures, having different oblique symmetries. The lattice constants for the 3 x 1 structure are a(s) = 3a = 13.86 Angstrom, b(s) = b = 4.31 Angstrom and gamma(s) = gamma = 82.7degrees; for the 2 x 2 structure a(s) = 2a = 16.54 Angstrom, b(s) = 2b = 9.67 Angstrom, gamma(s) = gamma = 88degrees. For the rectangular structure the lattice constants are a = 7.39 Angstrom, b = 4.96 Angstrom and gamma = 90degrees. After annealing, the 2 x 2 and rectangular structures were not observed, while the 3 x 1 structure had developed over the entire film. For the annealed films the correlation length in the film plane is about twice that in the unheated films, and in the out-of-plane direction covers two bilayers. The above lattice parameters, determined by GIXD, differed significantly from the values obtained by AFM, due possibly to distortion of the films by the scanning action of the AFM tip. (C) 2004 Published by Elsevier B.V.

Organic-inorganic poly(methyl methacrylate) hybrids with confined polyhedral oligosilsesquioxane macromonomers

We herein report the synthesis of organic-inorganic hybrid poly(methyl methacrylate) containing 1 polyhedral oligosilsesquioxanes. Octakis(3-hydroxypropyldimethylsiloxy)octasilsesquioxane (OHPS) was synthesized from octakis(hydridodimethylsiloxy)octasilsesquioxane [Si8O12(OSiMe2H)(8), Q(8)M(8)(H)] following literature procedures. Octakis(tnethacryloxypropyldimethylsiloxy) octasilsesquioxane (OMPS) was synthesized via the reaction of methacryloyl chloride or methacrylic acid anhydride with OHPS, with the latter giving improved purity. Polymerization of OMPS with methyl inethacrylate using a dibenzoylperoxide initiator gave a highly cross-linked polymer. Characterization of the polymer was performed using Fourier transform IR spectroscopy, Si-29 NMR, differential scanning calorimetry, thermogravimetric analysis, atomic force microscopy, and transmission electron microscopy with energy-dispersive X-ray analysis. The polymer was found to be largely homogeneous. Increasing the OMPS concentration in the polymer gave increased decomposition and glass transition temperatures.

Thermal stability of ion-implanted ZnO

Zinc oxide single crystals implanted at room temperature with high-dose (1.4x10(17) cm(-2)) 300 keV As+ ions are annealed at 1000-1200 degrees C. Damage recovery is studied by a combination of Rutherford backscattering/channeling spectrometry (RBS/C), cross-sectional transmission electron microscopy (XTEM), and atomic force microscopy. Results show that such a thermal treatment leads to the decomposition and evaporation of the heavily damaged layer instead of apparent defect recovery and recrystallization that could be inferred from RBS/C and XTEM data alone. This study shows that heavily damaged ZnO has relatively poor thermal stability compared to as-grown ZnO which is a significant result and has implications for understanding results on thermal annealing of ion-implanted ZnO. (c) 2005 Americian Institute of Physics.