Zinc blende versus wurtzite ZnS nanoparticles: control of the phase and optical properties by tetrabutylammonium hydroxide

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Radiopacity, pH and antimicrobial activity of Portland cement associated with micro- and nanoparticles of zirconium oxide and niobium oxide

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Radiopacity and cytotoxicity of Portland cement associated with niobium oxide micro and nanoparticles

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

A synergistic combination of reduced graphene oxide and antimony nanoparticles for estriol hormone detection

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Morphological characterization by SEM, TEM and AFM of nanoparticles and functional nanocomposites based on natural rubber filled with oxide nanopowders

Nanocomposites were prepared from mixture of different concentrations of ferroelectric nanoparticles in an elastomeric matrix based on the vulcanized natural rubber. The morphological characterization of nanocomposites was carried out using Scanning electron microscopy (SEM), Transmission electron microscopy (TEM) and Atomic force microscopy (AFM). The nanocrystalline ferroelectric oxide is potassium strontium niobate (KSN) with stoichiometry KSr2Nb5O15, and was synthesized by the chemical route using a modified polyol method, obtaining particle size and microstrain equal to 20 nm and 0.32, respectively. These ferroelectric nanoparticles were added into the natural rubber in concentrations equal to 1, 3, 5, 10, 20 and 50 phr (parts per hundred of rubber) forming ferroelectric nanocomposites (NR/KSN). Using morphological characterization, we identified the maximum value of surface roughness at low concentrations, in particular, sample with 3 phr of nanoparticles and factors such as encapsulation and uniformity in the distribution of nanoparticles into the natural rubber matrix are investigated and discussed.

Femtosecond third-order nonlinear spectra of lead-germanium oxide glasses containing silver nanoparticles

This work reports on the spectral dependence of both nonlinear refraction and absorption in lead-germanium oxide glasses (PbO-GeO2) containing silver nanoparticles. We have found that this material is suitable for all-optical switching at telecom wavelengths but at the visible range it behaves either as a saturable absorber or as an optical limiter. (C) 2012 Optical Society of America

Field dependent transition to the non-linear regime in magnetic hyperthermia experiments: Comparison between maghemite, copper, zinc, nickel and cobalt ferrite nanoparticles of similar sizes

Further advances in magnetic hyperthermia might be limited by biological constraints, such as using sufficiently low frequencies and low field amplitudes to inhibit harmful eddy currents inside the patient's body. These incite the need to optimize the heating efficiency of the nanoparticles, referred to as the specific absorption rate (SAR). Among the several properties currently under research, one of particular importance is the transition from the linear to the non-linear regime that takes place as the field amplitude is increased, an aspect where the magnetic anisotropy is expected to play a fundamental role. In this paper we investigate the heating properties of cobalt ferrite and maghemite nanoparticles under the influence of a 500 kHz sinusoidal magnetic field with varying amplitude, up to 134 Oe. The particles were characterized by TEM, XRD, FMR and VSM, from which most relevant morphological, structural and magnetic properties were inferred. Both materials have similar size distributions and saturation magnetization, but strikingly different magnetic anisotropies. From magnetic hyperthermia experiments we found that, while at low fields maghemite is the best nanomaterial for hyperthermia applications, above a critical field, close to the transition from the linear to the non-linear regime, cobalt ferrite becomes more efficient. The results were also analyzed with respect to the energy conversion efficiency and compared with dynamic hysteresis simulations. Additional analysis with nickel, zinc and copper-ferrite nanoparticles of similar sizes confirmed the importance of the magnetic anisotropy and the damping factor. Further, the analysis of the characterization parameters suggested core-shell nanostructures, probably due to a surface passivation process during the nanoparticle synthesis. Finally, we discussed the effect of particle-particle interactions and its consequences, in particular regarding discrepancies between estimated parameters and expected theoretical predictions. Copyright 2012 Author(s). This article is distributed under a Creative Commons Attribution 3.0 Unported License. [http://dx.doi. org/10.1063/1.4739533]

Formaldehyde inhalation reduces respiratory mechanics in a rat model with allergic lung inflammation by altering the nitric oxide/cyclooxygenase-derived products relationship

Bronchial hyperresponsiveness is a hallmark of asthma and many factors modulate bronchoconstriction episodes. A potential correlation of formaldehyde (FA) inhalation and asthma has been observed; however, the exact role of FA remains controversial. We investigated the effects of FA inhalation on Ovalbumin (OVA) sensitisation using a parameter of respiratory mechanics. The involvement of nitric oxide (NO) and cyclooxygenase-derived products were also evaluated. The rats were submitted, or not, to FA inhalation (1%, 90 min/day, 3 days) and were OVA-sensitised and challenged 14 days later. Our data showed that previous FA exposure in allergic rats reduced bronchial responsiveness, respiratory resistance (Rrs) and elastance (Ers) to methacholine. FA exposure in allergic rats also increased the iNOS gene expression and reduced COX-1. L-NAME treatment exacerbated the bronchial hyporesponsiveness and did not modify the Ers and Rrs, while Indomethacin partially reversed all of the parameters studied. The L-NAME and Indomethacin treatments reduced leukotriene B4 levels while they increased thromboxane B2 and prostaglandin E2. In conclusion, FA exposure prior to OVA sensitisation reduces the respiratory mechanics and the interaction of NO and PGE2 may be representing a compensatory mechanism in order to protect the lung from bronchoconstriction effects.

Interactions of inhaled nanoparticles with the alveolar-capillary barrier of the human respiratory tract

In dieser Arbeit wurden zytotoxische Effekte sowie die inflammatorische Reaktionen des distalen respiratorischen Traktes nach Nanopartikelexposition untersucht. Besondere Aufmerksamkeit lag auch auf der Untersuchung unterschiedlicher zellulärer Aufnahmewege von Nanopartikeln wie z.B. Clathrin- oder Caveolae-vermittelte Endozytose oder auch Clathrin- und Caveolae-unabhängige Endozytose (mit möglicher Beteiligung von Flotillinen). Drei unterschiedliche Nanopartikel wurden hierbei gewählt: amorphes Silica (aSNP), Organosiloxan (AmorSil) und Poly(ethyleneimin) (PEI). Alle unterschiedlichen Materialien gewinnen zunehmend an Interesse für biomedizinische Forschungsrichtungen (drug and gene delivery). Insbesondere finden aSNPs auch in der Industrie vermehrt Anwendung, und stellen somit ein ernstzunehmendes Gesundheitsrisiko dar. Dieser wird dadurch zu einem begehrten Angriffsziel für pharmazeutische Verabreichungen von Medikamenten über Nanopartikel als Vehikel aber bietet zugleich auch eine Angriffsfläche für gesundheitsschädliche Nanomaterialien. Aus diesem Grund sollten die gesundheitsschädigenden Risiken, sowie das Schicksal von zellulär aufgenommenen NPs sorgfältig untersucht werden. In vivo Studien an der alveolaren-kapillaren Barriere sind recht umständlich. Aus diesem Grund wurde in dieser Arbeit ein Kokulturmodel benutzt, dass die Alveolar-Kapillare Barrier in vivo nachstellt. Das Model besteht aus dem humanen Lungenepithelzelltyp (z.B. NCI H441) und einem humanen microvasculären Endothelzelltyp (z.B. ISO-HAS-1), die auf entgegengesetzten Seiten eines Transwell-Filters ausgesät werden und eine dichte Barriere ausbilden. Die NP Interaktion mit Zellen in Kokultur wurde mit denen in konventioneller Monokultur verglichen, in der Zellen 24h vor dem Experiment ausgesät werden. Diese Studie zeigt, dass nicht nur die polarisierte Eigenschaft der Zellen in Kokultur sondern auch die unmittelbare Nähe von Epithel und Endothelzelle ausschlaggebend für durch aSNPs verursachte Effekte ist. Im Hinblick auf inflammatorische Marker (sICAM, IL-6, IL8-Ausschüttung), reagiert die Kokultur auf aSNPs empfindlicher als die konventionelle Monokultur, wohingegen die Epithelzellen in der Kokultur auf zytotoxikologischer Ebene (LDH-Ausschüttung) unempfindlicher auf aSNPs reagierten als die Zellen in Monokultur. Aufnahmestudien haben gezeigt, dass die Epithelzellen in Kokultur entschieden weniger NPs aufnehmen. Somit zeigen die H441 in der Kokultur ähnliche epitheliale Eigenschaften einer schützenden Barriere, wie sie auch in vivo zu finden sind. Obwohl eine ausreichende Aufnahme von NPs in H441 in Kokultur erreicht werden konnte, konnte ein Transport von NPs durch die epitheliale Schicht und eine Aufnahme in die endotheliale Schicht mit den gewählten Inkubationszeiten nicht gezeigt werden. Eine Clathrin- oder Caveolae-vermittelte Endozytose von NPs konnte mittels Immunfluoreszenz weder in der Mono- noch in der Kokultur nachgewiesen werden. Jedoch zeigte sich eine Akkumulation von NPs in Flotillin-1 und-2 enthaltende Vesikel in Epithelzellen aus beiden Kultursystemen. Ergebnisse mit Flotillin-inhibierten (siRNA) Epithelzellen, zeigten eine deutlich geringere Aufnahme von aSNPs. Zudem zeigte sich eine eine reduzierte Viabilität (MTS) von aSNP-behandelten Zellen. Dies deutet auf eine Beteiligung von Flotillinen an unbekannten (Clathrin oder Caveolae -unabhängig) Endozytosemechanismen und (oder) endosomaler Speicherung. Zusammenfassend waren die Aufnahmemechanismen für alle untesuchten NPs in konventioneller Monokultur und Kokultur vergleichbar, obwohl sich die Barriereeigenschaften deutlich unterscheiden. Diese Arbeit zeigt deutlich, dass sich die Zellen in Kokultur anders verhalten. Die Zellen erreichen hierbei einen höheren Differenzierungsgrad und eine Zellkommunikation mit anderen relevanten Zelltypen wird ermöglicht. Durch das Einbringen eines dritten relevanten Zelltyps in die Kokultur, des Alveolarmakrophagen (Zelllinie THP-1), welcher die erste Verteidigungsfront im Alveolus bildet, wird diese Aussage weiter bekräftigt. Erste Versuche haben gezeigt, dass die Triplekultur bezüglich ihrer Barriereeigenschaften und IL-8-Ausschüttung sensitiver auf z.B. TNF- oder LPS-Stimulation reagiert als die Kokultur. Verglichen mit konventionellen Monokulturen imitieren gut ausgebildete, multizelluräre Kokulturmodelle viel präziser das zelluläre Zusammenspiel im Körper. Darum liefern Nanopartikelinteraktionen mit dem in vitro-Triplekulturmodel aufschlussreichere Ergebnisse bezüglich umweltbedingter oder pharmazeutischer NP-Exposition in der distalen Lung als es uns bisher möglich war.

Impact of metal and metal oxide engineered nanoparticles in soil and plant systems

Nanotechnology promises huge benefits for society and capital invested in this new technology is steadily increasing, therefore there is a growing number of nanotechnology products on the market and inevitably engineered nanomaterials will be released in the atmosphere with potential risks to humans and environment. This study set out to extend the comprehension of the impact of metal (Ag, Co, Ni) and metal oxide (CeO2, Fe3O4, SnO2, TiO2) nanoparticles (NPs) on one of the most important environmental compartments potentially contaminated by NPs, the soil system, through the use of chemical and biological tools. For this purpose experiments were carried out to simulate realistic environmental conditions of wet and dry deposition of NPs, considering ecologically relevant endpoints. In detail, this thesis involved the study of three model systems and the evaluation of related issues: (i) NPs and bare soil, to assess the influence of NPs on the functions of soil microbial communities; (ii) NPs and plants, to evaluate the chronic toxicity and accumulation of NPs in edible tissues; (iii) NPs and invertebrates, to verify the effects of NPs on earthworms and the damaging of their functionality. The study highlighted that NP toxicity is generally influenced by NP core elements and the impact of NPs on organisms is specie-specific; moreover experiments conducted in media closer to real conditions showed a decrease in toxicity with respect to in vitro test or hydroponic tests. However, only a multidisciplinary approach, involving physical, chemical and biological skills, together with the use of advanced techniques, such as X-ray absorption fine structure spectroscopy, could pave the way to draw the right conclusions and accomplish a deeper comprehension of the effects of NPs on soil and soil inhabitants.

Drug delivery, entry and intracellular trafficking of polymeric nanoparticles

Polymere Nanopartikel sind kleine Teilchen, die vielseitige Einsatzmöglichkeiten für den Transport von Wirkstoffen bieten. Da Nanomaterialien in diesen biomedizinischen Anwendungen oft mit biologischen Systemen in Berührung kommen, erfordert das eine genaue Untersuchung ihrer gegenseitigen Wechselwirkungen. In diesem speziellen Forschungsgebiet, welches sich auf die Interaktionen von Nanomaterialien mit biologischen Komponenten konzentriert, wurde bereits eine Vielzahl verschiedener Nanopartikel-Zell-Interaktionen (z. B. Nanotoxizität, Wirkstofftransport-mechanismen) analysiert. Bezüglich der Untersuchungen zu nanopartikulären Wirkstofftransport-mechanismen ist es im Allgemeinen akzeptiert, dass ein erfolgreicher zellulärer Transport hauptsächlich von der Aufnahme des Nanotransporters abhängt. Deshalb analysieren wir in dieser Arbeit (1) den Wirkstofftransportmechanismus für biologisch-abbaubare eisenhaltige Poly-L-Milchsäure Nanopartikel (PLLA-Fe-PMI) sowie (2) die Aufnahmemechanismen und die intrazellulären Transportwege von nicht-abbaubaren superparamagnetischen Polystyrolnanopartikeln (SPIOPSN). rnIn dieser Arbeit identifizieren wir einen bisher unbekannten und nicht-invasiven Wirkstoff-transportmechanismus. Dabei zeigt diese Studie, dass der subzelluläre Transport der nanopartikulärer Fracht nicht unbedingt von einer Aufnahme der Nanotransporter abhängt. Der identifizierte Arzneimitteltransportmechanismus basiert auf einem einfachen physikochemischen Kontakt des hydrophoben Poly-L-Milchsäure-Nanopartikels mit einer hydrophoben Oberfläche, wodurch die Freisetzung der nanopartikulären Fracht ausgelöst wird. In Zellexperimenten führt die membranvermittelte Freisetzung der nanopartikulären Fracht zu ihrem sofortigen Transport in TIP47+- und ADRP+- Lipidtröpfchen. Der Freisetzungsmechanismus („kiss-and-run") kann durch die kovalente Einbindung des Frachtmoleküls in das Polymer des Nanopartikels blockiert werden.rnWeiterhin wird in Langzeitversuchen gezeigt, dass die Aufnahme der untersuchten polymeren Nanopartikel von einem Makropinozytose-ähnlichen Mechanismus gesteuert wird. Im Laufe dieser Arbeit werden mehrere Faktoren identifiziert, die in diesem Aufnahmemechanismus eine Rolle spielen. Darunter fallen unter anderem die kleinen GTPasen Rac1 und ARF1, die die Aufnahme von SPIOPSN beeinflussen. Darauffolgend werden die intrazellulären Transportwege der Nanopartikel untersucht. Mit Hilfe eines neuartigen Massenspektrometrieansatzes wird der intrazelluläre Transport von nanopartikelhaltigen endozytotischen Vesikeln rekonstruiert. Intensive Untersuchungen identifizieren Marker von frühen Endosomen, späten Endosomen/ multivesikulären Körpern, Rab11+- Endosomen, Flotillin-Vesikeln, Lysosomen und COP-Vesikeln. Schließlich wird der Einfluss des lysosomalen Milieus auf die Proteinhülle der Nanopartikel untersucht. Hier wird gezeigt, dass die adsorbierte Proteinhülle auf den Nanopartikeln in die Zelle transportiert wird und anschließend im Lysosom abgebaut wird. rnInsgesamt verdeutlicht diese Arbeit, dass die klassische Strategie des nanopartikulären und invasiven Wirkstofftransportmechanismuses überdacht werden muss. Weiterhin lässt sich aus den Daten schlussfolgern, dass polymere Nanopartikel einem atypischen Makropinozytose-ähnlichen Aufnahmemechanismus unterliegen. Dies resultiert in einem intrazellulären Transport der Nanopartikel von Makropinosomen über multivesikuläre Körperchen zu Lysosomen.rn

Assessment of in vivo genotoxicity of the rodent carcinogen furan: evaluation of DNA damage and induction of micronuclei in mouse splenocytes

In recent years, several surveys have highlighted the presence of the rodent carcinogen furan in a variety of food items. Even though the evidence of carcinogenicity of furan is unequivocal, the underlying mechanism has not been fully elucidated. In particular, the role of genotoxicity in furan carcinogenicity is still not clear, even though this information is considered pivotal for the assessment of the risk posed by the presence of low doses of furan in food. In this work, the genotoxic potential of furan in vivo has been investigated in mice, under exposure conditions similar to those associated with cancer onset in the National Toxicology Program long-term bioassay. To this aim, male B6C3F1 mice were treated by gavage for 4 weeks with 2, 4, 8 and 15 mg furan/kg b.w./day. Spleen was selected as the target organ for genotoxicity assessment, in view of the capability of quiescent splenocytes to accumulate DNA damage induced by repeat dose exposure. The induction of primary DNA damage in splenocytes was evaluated by alkaline single-cell gel electrophoresis (comet assay) and by the immunofluorescence detection of foci of phosphorylated histone H2AX (gamma-H2AX). The presence of cross-links was probed in a modified comet assay, in which cells were irradiated in vitro with gamma-rays before electrophoresis. Chromosome damage was quantitated through the detection of micronuclei in mitogen-stimulated splenocytes using the cytokinesis-block method. Micronucleus induction was also assessed with a modified protocol, using the repair inhibitor 1-beta-arabinofuranosyl-cytosine to convert single-strand breaks in micronuclei. The results obtained show a significant (P < 0.01) increase of gamma-H2AX foci in mitogen-stimulated splenocytes of mice treated with 8 and 15 mg furan/kg b.w. and a statistically significant (P < 0.001) increases of micronuclei in binucleated splenocytes cultured in vitro. Conversely, no effect of in vivo exposure to furan was observed when freshly isolated quiescent splenocytes were analysed by immunofluorescence and in comet assays, both with standard and radiation-modified protocols. These results indicate that the in vivo exposure to furan gives rise to pre-mutagenic DNA damage in resting splenocytes, which remains undetectable until it is converted in frank lesions during the S-phase upon mitogen stimulation. The resulting DNA strand breaks are visualized by the increase in gamma-H2AX foci and may originate micronuclei at the subsequent mitosis.

Addition of Zinc Sulfide Shells to Semiconducting Nanoparticles and its Effect on the Nanoparticle Fluorescence Emission Properties

The addition of a ZnS shell to CdSe and CdS quantum dot cores was explored using various methods. Spectrophotometry was used to assess the success of ZnS overcoating, which produces both an increase in overall fluorescence and decrease in particle size distribution. A new method was developed, involving preheating of the zinc and sulfide precursor solutions, resulting in CdSe(ZnS) particles with improved fluorescence and a more uniform shell coating from oleylamine-capped CdSe core particles.

Elevated exhaled nitric oxide in newborns of atopic mothers precedes respiratory symptoms

RATIONALE: Exhaled nitric oxide (NO) is a well-known marker of established airway inflammation in asthma. Its role in the disease process before the onset of respiratory symptoms remains unclear. Objectives: To examine whether elevated NO in newborns with clinically naive airways is associated with subsequent respiratory symptoms in infancy. METHODS: We measured exhaled NO concentration and output after birth and prospectively assessed respiratory symptoms during infancy in a birth cohort of 164 unselected healthy neonates. We examined a possible association between NO and respiratory symptoms using Poisson regression analysis. RESULTS: In infants of atopic mothers, elevated NO levels after birth were associated with increased risk of subsequent respiratory symptoms (risk ratio [RR], 7.5; 95% confidence interval [CI], 1.7-32.4 for each nl/s increase in NO output; p = 0.007). Similarly, a positive association between NO and symptoms was seen in infants of smoking mothers (RR, 6.6; 95% CI, 2.3-19.3; p = 0.001), with the strongest association in infants whose mothers had both risk factors (RR, 21.8; 95% CI, 5.8-81.3; p < 0.001). CONCLUSIONS: The interaction of NO with maternal atopy and smoking on subsequent respiratory symptoms is present early in life. Clinically, noninvasive NO measurements in newborns may prove useful as a new means to identify high-risk infants. Future confirmation of a role for NO metabolism in the evolution of respiratory disease may provide an avenue for preventative strategies.