Template-based fluoropolymer ferroelectrets with multiple layers of tubular channels

Significant efforts are devoted to developing new ferroelectrets with well-controlled void distributions or uniform voids and with good long-term and thermal stability of the piezoelectricity. Here, we describe the concept, the fabrication, and the most relevant properties of fluoropolymer ferroelectret systems with three separate films of fluoroethylenepropylene (FEP), alternating with two polytetrafluoroethylene (PTFE) templates. The FEP films are selectively fused by means of a lamination process. Two practically identical PTFE templates are used, which have parallel rectangular openings (1.5×30 mm 2) separated by PTFE ridges of 1.5 mm width. After removing the PTFE templates, a three-layer FEP-film sandwich with tubular channels is obtained. We demonstrate that such FEP-film systems exhibit significant and stable piezoelectricity after charging under a high DC voltage. The resulting piezoelectric effect may be further improved by carefully assembling and arranging the PTFE templates during preparation. ©2010 IEEE.

Characterization of a tannase from Emericela nidulans immobilized on ionic and covalent supports for propyl gallate synthesis

The extracellular tannase from Emericela nidulans was immobilized on different ionic and covalent supports. The derivatives obtained using DEAE-Sepharose and Q-Sepharose were thermally stable from 60 to 75 °C, with a half life (t50) >24 h at 80 °C at pH 5. 0. The glyoxyl-agarose and amino-glyoxyl derivatives showed a thermal stability which was lower than that observed for ionic supports. However, when the stability to pH was considered, the derivatives obtained from covalent supports were more stable than those obtained from ionic supports. DEAE-Sepharose and Q-Sepharose derivatives as well as the free enzyme were stable in 30 and 50 % (v/v) 1-propanol. The CNBr-agarose derivative catalyzed complete tannic acid hydrolysis, whereas the Q-Sepharose derivative catalyzed the transesterification reaction to produce propyl gallate (88 % recovery), which is an important antioxidant. © 2012 Springer Science+Business Media Dordrecht.

Cooperative RNA Polymerase Molecules Behavior on a Stochastic Sequence-Dependent Model for Transcription Elongation

The transcription process is crucial to life and the enzyme RNA polymerase (RNAP) is the major component of the transcription machinery. The development of single-molecule techniques, such as magnetic and optical tweezers, atomic-force microscopy and single-molecule fluorescence, increased our understanding of the transcription process and complements traditional biochemical studies. Based on these studies, theoretical models have been proposed to explain and predict the kinetics of the RNAP during the polymerization, highlighting the results achieved by models based on the thermodynamic stability of the transcription elongation complex. However, experiments showed that if more than one RNAP initiates from the same promoter, the transcription behavior slightly changes and new phenomenona are observed. We proposed and implemented a theoretical model that considers collisions between RNAPs and predicts their cooperative behavior during multi-round transcription generalizing the Bai et al. stochastic sequence-dependent model. In our approach, collisions between elongating enzymes modify their transcription rate values. We performed the simulations in Mathematica® and compared the results of the single and the multiple-molecule transcription with experimental results and other theoretical models. Our multi-round approach can recover several expected behaviors, showing that the transcription process for the studied sequences can be accelerated up to 48% when collisions are allowed: the dwell times on pause sites are reduced as well as the distance that the RNAPs backtracked from backtracking sites. © 2013 Costa et al.

Aspectos fundamentais no desenvolvimento de sistemas microemulsionados contendo anfotericina B para uso oftálmico

As occurs with a number of drugs, the bioavailability of amphotericin B (AmB) used to treat fungal infections by the ocular route remains a great challenge to research scientists. In fact, the poor bioavailability of AmB is due mainly to the corneal barrier, which leads to a precorneal loss and consequent decrease in the absorption of this drug into the intraocular tissues. The toxicity associated with this molecule, together with its poor ability to penetrate the intact corneal epithelium, also represents a major drawback to its clinical use. New effective and safe drug vehicles for ocular delivery of AmB are therefore urgently needed. Microemulsions (MEs) seem to be an interesting system, owing to their transparent appearance, thermodynamic stability and favorable viscosity. Knowledge of the process of formation of AmB-containing MEs, as well as a good understanding of the physical chemistry of such systems, would provide reliable information on the best conditions for the use of these systems as eye drops. The goal of this research was thus to make an approach to this subject by reviewing the main studies on the use of MEs as delivery systems for AmB in topical eye treatment.

Characterization of high density polyethylene (HDPE) reinforced with banana peel fibers

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

Thermal behaviour of α-hydroxyisobutyric acid, sodium α-hydroxyisobutyrate and its compounds with some bivalent transition metal ions

Synthesis, characterization and thermal decomposition of bivalent transition metal α-hydroxyisobutyrates, M(C4H7O 3)2·nH2O (M = Mn(II), Fe(II), Co(II), Ni(II), Cu(II), Zn(II)), as well as the thermal behaviour of α-hydroxyisobutyric acid and its sodium salt were investigated employing simultaneous thermogravimetry and differential scanning calorimetry (TG-DSC), infrared spectroscopy (FTIR), TG-DSC coupled to FTIR, elemental analysis and complexometry. All the compounds were obtained as dihydrated, except the copper one which was obtained in the anhydrous state. The thermal decomposition of the anhydrous compounds occurs in a single or two steps and the final residue up to 235 C (Mn), 300 C (Fe), 305 C (Co), 490 C (Ni), 260 C (Cu) and 430 C (Zn) is Mn2O3, Fe2O3, Co3O 4, NiO, CuO and ZnO, respectively. The results also provided information concerning the ligand's denticity and identification of the gaseous products evolved during the thermal decomposition of these compounds. Copyright © 2013 Published by Elsevier B.V. All rights reserved.

Characterization of natural rubber/gold nanoparticles SERS-active substrate

Natural rubber/gold nanoparticles membranes (NR/Au) were studied by ultrasensitive detection and chemical analysis through surface-enhanced Raman scattering and surface-enhanced resonance Raman scattering in our previous work (Cabrera et al., J. Raman Spectrosc. 2012, 43, 474). This article describes the studies of thermal stability and mechanical properties of SERS-active substrate sensors. The composites were prepared using NR membranes obtained by casting the latex solution as an active support (reducing/establishing agents) for the incorporation of colloidal gold nanoparticles (AuNPs). The nanoparticles were synthesized by in situ reduction at different times. The characterization of these sensors was carried out by thermogravimetry, differential scanning calorimetry, scanning electron microscopy (SEM) microscopy, and tensile tests. It is suggested an influence of nanoparticles reduction time on the thermal degradation of NR. There is an increase in thermal stability without changing the chemical properties of the polymer. For the mechanical properties, the tensile rupture was enhanced with the increase in the amount of nanoparticles incorporated in the material. © 2013 Wiley Periodicals, Inc.

Estudo do efeito da adição de frustração no enovelamento de proteínas utilizando modelos baseados em estruturas

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Modelo cinético estocástico para a transcrição considerando colisões entre as moléculas de RNA polimerase

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Caracterização de regimes de umidade em regiões tropicais: comparação entre floresta e savana

Este trabalho tem como objetivo investigar um método de classificação de regimes de umidade, baseado na caracterização de diferentes “estados” da Camada Limite Atmosférica Tropical (CLAT), tanto acima de uma área de floresta quanto acima de uma área de savana, de acordo com a metodologia proposta por Mahrt (1991). A partir dessa classificação é elaborado um aperfeiçoamento da mesma que incorpora tanto uma análise da estabilidade termodinâmica da CLAT para a área de floresta, quanto uma investigação sobre a contribuição da Energia Potencial Disponível para Convecção (CAPE) para a classificação dos regimes de umidade. Para essas análises foram utilizados dados de radiossondagens e de torres micrometeorológicas, coletados durante o período menos chuvoso de cada região. Esses dados foram obtidos durante experimentos de campo realizados nas áreas de estudo, sendo que para a área de floresta (Caxiuanã) se utilizaram os dados do experimento COBRA-PARÁ (realizado no período de 06 a 13/11 de 2006), enquanto que para a área de savana (Daly Waters) se utilizaram os dados do experimento “KOORIN” (realizado no período de 15/07 a 13/08 de 1974, na Austrália). A comparação entre os regimes de umidade de cada região sugere que, caso houvesse a savanização da Amazônia, a mesma apresentaria uma atmosfera seca, com a maior parte da energia utilizada para o aquecimento dessa atmosfera, com baixos índices de evapotranspiração, menores taxas de precipitação e inexistência de CAPE. Por outro lado, a análise da estabilidade da atmosfera para Caxiuanã mostrou que, contrariamente ao observado em experimentos na Amazônia Ocidental, na Amazônia Oriental, durante o experimento COBRA-PARÁ, os maiores valores de CAPE ocorreram às 18:00 HL, possivelmente, em decorrência da convergência de umidade que provém da baía de Caxiuanã através da circulação de brisa terrestre. Isso indica que nessa região os máximos de CAPE estiveram associados predominantemente aos campos de umidade e não aos de temperatura. Para essas condições de CLAT “perturbada” o espaço de fase proposto por Mahrt (1991) não caracteriza muito bem regimes de umidade associados a grandes valores da CAPE.

Estudo teórico das propriedades estruturais e eletrônicas do GaN e do semicondutor magnético Ga1-xMnxN no bulk e na superfície

Pós-graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais - FC

Influência do espaçamento do feixe de laser Nd: YAG na obtenção de óxidos e nitretos na superfície do titânio em pressão atmosférica

Neste trabalho investigou-se a modificação de superfície do titânio pela irradiação com feixe de Laser Nd:YAG. Os parâmetros do laser como a potência, o comprimento de onda, a frequência, a velocidade de varredura e a área de exposição foram mantidos constantes, exceto o espaçamento da matriz, o qual foi de 0,01 e 0,02 mm. A caracterização da superfície foi realizada por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Difração de Raios X (DRX), sendo que os espectros foram refinados pelo método Rietveld. Pela análise de MEV, observou-se uma mudança na topografia, obtendo uma superfície rugosa produzida pelo fenômeno de ablação. As análises por Rietveld dos espectros de difração de raios X detectaram TiN, Ti2N, TiO2 (anatásio e rutilo), sendo que a amostra com espaçamento 0,01 mm apresentou uma maior quantidade de óxidos e nitretos. Isso pode ser devido à sobreposição do feixe, induzindo à formação de uma superfície com maior estabilidade termodinâmica. Os óxidos e nitretos obtidos são de grande importância, pois são responsáveis por produzir uma maior interação entre o osso-implante.

Polymer controlled mineralization of zinc phosphate hydrates and applications in corrosion protection, catalysis and biomedicine

ZUSAMMENFASSUNG Die Tauglichkeit von Hybridmaterialien auf der Basis von Zinkphosphathydrat-Zementen zum Einsatz als korrosionshemmende anorganische Pigmente oder zur prothetischen und konservierenden Knochen- und Zahntherapie wird weltweit empirisch seit den neunziger Jahren intensiv erforscht. In der vorliegenden Arbeit wurden zuerst Referenzproben, d.h. alpha-und beta-Hopeite (Abk. a-,b-ZPT) dank eines hydrothermalen Kristallisationsverfahrens in wässerigem Milieu bei 20°C und 90°C hergestellt. Die Kristallstruktur beider Polymorphe des Zinkphosphattetrahydrats Zn3(PO4)2  4 H2O wurde komplett bestimmt. Einkristall-strukturanalyse zeigt, daß der Hauptunterschied zwischen der alpha-und beta-Form des Zinkphosphattetrahydrats in zwei verschiedenen Anordnungen der Wasserstoffbrücken liegt. Die entsprechenden drei- und zweidimensionalen Anordnungen der Wasserstoffbrücken der a-und b-ZPT induzieren jeweils unterschiedliches thermisches Verhalten beim Aufwärmen. Während die alpha-Form ihr Kristallwasser in zwei definierten Stufen verliert, erzeugt die beta-Form instabile Dehydratationsprodukt. Dieses entspricht zwei unabhängigen, aber nebeneinander ablaufenden Dehydratationsmechanismen: (i) bei niedrigen Heizraten einen zweidimensionalen Johnson-Mehl-Avrami (JMA) Mechanismus auf der (011) Ebene, der einerseits bevorzugt an Kristallkanten stattfindet und anderseits von existierenden Kristalldefekten auf Oberflächen gesteuert wird; (ii) bei hohen Heizraten einem zweidimensionalen Diffusionsmechanismus (D2), der zuerst auf der (101) Ebene und dann auf der (110) Ebene erfolgt. Durch die Betrachtung der ZPT Dehydratation als irreversibele heterogene Festkörperstufenreaktion wurde dank eines „ähnlichen Endprodukt“-Protokolls das Dehydratationsphasendiagramm aufgestellt. Es beschreibt die möglichen Zusammenhänge zwischen den verschiedenen Hydratationszuständen und weist auf die Existenz eines Übergangszustandes um 170°C (d.h. Reaktion b-ZPT  a-ZPT) hin. Daneben wurde auch ein gezieltes chemisches Ätzverfahren mit verdünnten H3PO4- und NH3 Lösungen angewendet, um die ersten Stufe des Herauslösens von Zinkphosphat genau zu untersuchen. Allerdings zeigen alpha- und beta-Hopeite charakteristische hexagonale und kubische Ätzgruben, die sich unter kristallographischer Kontrolle verbreitern. Eine zuverlässige Beschreibung der Oberfächenchemie und Topologie konnte nur durch AFM und FFM Experimente erfolgen. Gleichzeitig konnte in dieser Weise die Oberflächendefektdichte und-verteilung und die Volumenauflösungsrate von a-ZPT und b-ZPT bestimmt werden. Auf einem zweiten Weg wurde eine innovative Strategie zur Herstellung von basischen Zinkphosphatpigmenten erster und zweiter Generation (d.h. NaZnPO4  1H2O und Na2ZnPO4(OH)  2H2O) mit dem Einsatz von einerseits oberflächenmodifizierten Polystyrolatices (z.B. produziert durch ein Miniemulsionspolymerisationsverfahren) und anderseits von Dendrimeren auf der Basis von Polyamidoamid (PAMAM) beschritten. Die erhaltene Zeolithstruktur (ZPO) hat in Abhängigkeit von steigendem Natrium und Wassergehalt unterschiedliche kontrollierte Morphologie: hexagonal, würfelförmig, herzförmig, sechsarmige Sterne, lanzettenförmige Dendrite, usw. Zur quantitativen Evaluierung des Polymereinbaus in der Kristallstruktur wurden carboxylierte fluoreszenzmarkierte Latices eingesetzt. Es zeigt sich, daß Polymeradditive nicht nur das Wachstum bis zu 8 µm.min-1 reduzierten. Trotzdem scheint es auch als starker Nukleationsbeschleuniger zu wirken. Dank der Koordinationschemie (d.h. Bildung eines sechszentrigen Komplexes L-COO-Zn-PO4*H2O mit Ligandenaustausch) konnten zwei einfache Mechanismen zur Wirkung von Latexpartikeln bei der ZPO Kristallisation aufgezeigt werden: (i) ein Intrakorona- und (ii) ein Extrakorona-Keimbildungsmechanismus. Weiterhin wurde die Effizienz eines Kurzzeit- und Langzeitkorrosionschutzes durch maßgeschneiderte ZPO/ZPT Pigmente und kontrollierte Freisetzung von Phosphationen in zwei Näherungen des Auslösungsgleichgewichts abgeschätzt: (i) durch eine Auswaschungs-methode (thermodynamischer Prozess) und (ii) durch eine pH-Impulsmethode (kinetischer Prozess. Besonders deutlich wird der Ausflösungs-Fällungsmechanismus (d.h. der Metamorphismus). Die wesentliche Rolle den Natriumionen bei der Korrosionshemmung wird durch ein passendes zusammensetzungsabhängiges Auflösungsmodell (ZAAM) beschrieben, das mit dem Befund des Salzsprühteste und der Feuchtigkeitskammertests konsistent ist. Schließlich zeigt diese Arbeit das herausragende Potential funktionalisierter Latices (Polymer) bei der kontrollierten Mineralisation zur Herstellung maßgeschneiderter Zinkphosphat Materialien. Solche Hybridmaterialien werden dringend in der Entwicklung umweltfreundlicher Korrosionsschutzpigmente sowie in der Dentalmedizin benötigt.

Strukturelle, enzymkinetische und thermodynamische Untersuchungen am KLH, dem Hämocyanin der Schlüssellochschnecke Megathura crenulata

Hämocyanine sind große, kupferhaltige Sauerstoff-Transportproteine, die bei zahlreichen Schnecken extrazellulär in der Hämolymphe vorkommen. Das Keyhole Limpet-Hämocyanin (KLH) der Schlüssellochschnecke Megathura crenulata dient aufgrund seiner immunstimu-latorischen Eigenschaften seit vielen Jahren als Modellprotein in der Immunologie. In der Klinik wird es als Hapten- und Vakzincarrier sowie als Medikament gegen oberflächliche Harnblasenkarnzinome eingesetzt. Die Quartärstruktur des KLH besteht aus einem Hohl-zylinder mit einer Molekülmasse von 8 MDa und einem Durchmesser von 35 nm. Dieses sogenannte Didekamer setzt sich aus 20 Untereinheiten mit jeweils 400 kDa zusammen. Jede Untereinheit lässt sich weiter in acht funktionelle Einheiten a bis h (engl. Functional Units = FU) mit ~ 50 kDa unterteilen. Die FUs a bis f bilden die Wandregion des Moleküls, während der Kragen aus den FUs g und h geformt wird. Die Struktur der Wandregion sowie der FU-g konnte bisher bereits durch Röntgenstrukturanalysen aufgeklärt werden. Bezüglich der Struktur der FU-h, die sich durch eine spezielle C-terminale Verlängerung von ~ 100 Amino-säuren auszeichnet, sind allerdings noch keine Informationen verfügbar. Um die Architektur des Kragens zu verstehen, wurden im Rahmen dieser Arbeit zunächst Strategien entwickelt, diese spezielle FU in großer Menge und Reinheit zu isolieren. Anschließend konnten Bedingungen gefunden werden, die zur Ausbildung 0,2 mm großer, hexagonaler Kristalle führten. Diese ergaben am Synchrotron eine Auflösung von 4 Å. Durch Auswertung der Röntgenstrukturdaten konnte für die C-terminale Zusatzdomäne der FU-h eine Cupredoxin-ähnliche Typ I-Kupferfaltung ermittelt werden. Der Nachweis eines zusätzlichen Kupfer-atoms innerhalb dieser Domäne bedarf allerdings einer höheren Auflösung der Kristall-struktur. Hämocyanine lassen sich aufgrund ihrer evolutionären Verwandtschaft zu Phenol-oxidasen mit Hilfe verschiedener in vitro-Aktivatoren zur Catecholoxidase und teilweise auch zur Tyrosinase aktivieren. Beim KLH konnte in dieser Arbeit eine eindeutige Diphenolase- und sogar eine schwache Monophenolase-Aktivität der FUs-a und -f nach SDS-Aktivierung nachgewiesen werden. Zudem konnte eine geringfügige intrinsische Diphenolase-Aktivität dieser FUs belegt werden. Die enzymatischen Reaktionen waren sowohl von der gewählten Puffersubstanz, als auch der Anwesenheit bivalenter Kationen abhängig. Tris wirkt vermutlich als allosterischer Effektor und steigerte den Substrat-Umsatz, während Mg2+-Ionen zu einer starken Inhibition der katalytischen Aktivität führten. Die Klärung einer möglichen physiologischen Funktion der Phenoloxidase-Aktivität des KLH sowie potenziellen in vivo-Aktivatoren steht noch aus. Studien zur thermischen Stabilität des KLH resultierten in einer irreversiblen Denaturierung des Proteins. Die Schmelzpunkte deuteten auf eine hohe Tempe-raturstabilität des KLH, vor allem in Anwesenheit bivalenter Kationen. Eine Hämocyanin-typische Abhängigkeit der Hitzeresistenz vom Oligomerisierungsgrad ließ sich nicht feststellen, da sowohl bei der FU-h als auch den KLH-Didekameren eine vergleichbar hohe thermische Stabilität, bei einer nach wie vor vorhandenen Oxygenierung beobachtet wurde.

Ab initio quantum mechanical investigation of structural and chemical-physical properties of selected minerals for minero-petrological, structural ceramic and biomaterial applications

The purpose of this thesis is the atomic-scale simulation of the crystal-chemical and physical (phonon, energetic) properties of some strategically important minerals for structural ceramics, biomedical and petrological applications. These properties affect the thermodynamic stability and rule the mineral-environment interface phenomena, with important economical, (bio)technological, petrological and environmental implications. The minerals of interest belong to the family of phyllosilicates (talc, pyrophyllite and muscovite) and apatite (OHAp), chosen for their importance in industrial and biomedical applications (structural ceramics) and petrophysics. In this thesis work we have applicated quantum mechanics methods, formulas and knowledge to the resolution of mineralogical problems ("Quantum Mineralogy”). The chosen theoretical approach is the Density Functional Theory (DFT), along with periodic boundary conditions to limit the portion of the mineral in analysis to the crystallographic cell and the hybrid functional B3LYP. The crystalline orbitals were simulated by linear combination of Gaussian functions (GTO). The dispersive forces, which are important for the structural determination of phyllosilicates and not properly con-sidered in pure DFT method, have been included by means of a semi-empirical correction. The phonon and the mechanical properties were also calculated. The equation of state, both in athermal conditions and in a wide temperature range, has been obtained by means of variations in the volume of the cell and quasi-harmonic approximation. Some thermo-chemical properties of the minerals (isochoric and isobaric thermal capacity) were calculated, because of their considerable applicative importance. For the first time three-dimensional charts related to these properties at different pressures and temperatures were provided. The hydroxylapatite has been studied from the standpoint of structural and phonon properties for its biotechnological role. In fact, biological apatite represents the inorganic phase of vertebrate hard tissues. Numerous carbonated (hydroxyl)apatite structures were modelled by QM to cover the broadest spectrum of possible biological structural variations to fulfil bioceramics applications.