Caracterização de filmes poliméricos para conversão de energia solar em energia eléctrica

Os polímeros são materiais de grande interesse científico e tecnológico já que podem ser utilizados no desenvolvimento de dispositivos para aplicação em electrónica e fotónica. Tendo em conta a sua aplicação em dispositivos de conversão de energia solar em energia eléctrica, o estudo das propriedades eléctricas e ópticas de filmes destes materiais, quando irradiados por radiação ultravioleta e visível, é fundamental. Neste trabalho caracterizaram-se as propriedades eléctricas e ópticas de filmes finos obtidos pelas técnicas de derramamento e de camada-por-camada (Layer-by-Layer (LbL)) obtidos a partir do poli(cloreto de xilideno tetrahidrotiofeno) (PTHT) que após aquecimento é convertido em poli(p-fenileno vinileno) (PPV). Assim, e através da técnica de derramamento, foram preparados filmes sobre suportes sólidos com eléctrodos interdigitais de forma a proceder à medição da condutividade em modo de corrente alternada (AC), isto é, à medição da resistência e da capacidade em função da frequência. Verificou-se, portanto, que a presença de luz leva à formação de portadores de carga, ou seja, na presença de luminosidade os filmes apresentam uma menor capacitância e resistência, para além de degradar o material. Esta degradação foi verificada, também, a partir da espectrofotometria de Ultravioleta-Visível (UV-Vis) e de infravermelho (IV). Medições de condutividade de volume, isto é, colocando os filmes entre eléctrodos paralelos de funções de trabalho diferentes, permitiram traçar as curvas características e verificar que os dispositivos obtidos se comportam como díodos. Recorreu-se, também, a técnicas de espectrofotometria de ultravioleta do vácuo (VUV) e UV-Vis para caracterizar filmes LbL obtidos a partir do PTHT e de um polieletrólito comum o poli(estireno sulfonado) (PSS) antes e após aquecimento. Os espectros obtidos, após análise dos picos, mostram que a técnica de VUV é a técnica indicada para analisar a conversão do PTHT em PPV. Este trabalho permitiu concluir que as propriedades eléctricas e ópticas destes filmes, estão dependentes da presença de luminosidade, de oxigénio e da humidade relativa pelo que dispositivos obtidos a partir deste polímero devem ser, sempre, encapsulados.

Preparação e caracterização de micropartículas de polissacarídeos produzidas por secagem por atomização para libertação controlada de fármacos

Neste trabalho trabalho produziram-se micropartículas de polissacarídeos contendo um fármaco anticancerígeno, o 5-Fluorouracil, ou um anti-inflamatório, a Prednisolona, utilizando como matrizes encapsulantes o quitosano e o FucoPol. As micropartículas foram produzidas pelo método de secagem por atomização (spray-drying). Foram estudados vários reticulantes biocompatíveis: o ácido glutâmico; o ácido cítrico e a lisina. As micropartículas produzidas foram caracterizadas em termos de morfologia, tamanho, propriedades químicas, propriedades térmicas, cristalinidade e eficiência de encapsulamento recorrendo a técnicas como microscopia electrónica de varrimento (SEM), Espectro de infravermelho por transformada de Fourier (FT-IR), calorimetria diferencial de varrimento (DSC), difracção de raios-X (XRD) e espectroscopia UV. Os perfis de concentração foram obtidos realizando ensaios de libertação em dois meios distintos, em Suco Gástrico Simulado (pH=1,2) e Suco Intestinal Simulado (pH=6,8) e foram calculadas as velocidades de libertação para cada ensaio. Verificou-se que os ensaios com o fármaco modelo Prednisolona em matrizes de quitosano em meio ácido, pH=1,2, apresentam uma libertação mais lenta. Os reticulantes mais adequados para o quitosano são o ácido glutâmico para a libertação no estômago, a pH=1,2, e o ácido cítrico para a libertação no intestino, a pH=6,8. Em relação ao FucoPol, a concentração de reticulante mais adequada para ambos os meios de libertação revelou ser a de 50% em massa de lisina relativamente à massa de FucoPol.

Caracterização de filmes poliméricos para conversão de energia solar em energia eléctrica

Os polímeros são materiais de grande interesse científico e tecnológico já que podem ser utilizados no desenvolvimento de dispositivos para aplicação em electrónica e fotónica. Tendo em conta a sua aplicação em dispositivos de conversão de energia solar em energia eléctrica, o estudo das propriedades eléctricas e ópticas de filmes destes materiais, quando irradiados por radiação ultravioleta e visível, é fundamental. Neste trabalho caracterizaram-se as propriedades eléctricas e ópticas de filmes finos obtidos pelas técnicas de derramamento e de camada-por-camada (Layer-by-Layer (LbL)) obtidos a partir do poli(cloreto de xilideno tetrahidrotiofeno) (PTHT) que após aquecimento é convertido em poli(p-fenileno vinileno) (PPV). Assim, e através da técnica de derramamento, foram preparados filmes sobre suportes sólidos com eléctrodos interdigitais de forma a proceder à medição da condutividade em modo de corrente alternada (AC), isto é, à medição da resistência e da capacidade em função da frequência. Verificou-se, portanto, que a presença de luz leva à formação de portadores de carga, ou seja, na presença de luminosidade os filmes apresentam uma menor capacitância e resistência, para além de degradar o material. Esta degradação foi verificada, também, a partir da espectrofotometria de Ultravioleta-Visível (UV-Vis) e de infravermelho (IV). Medições de condutividade de volume, isto é, colocando os filmes entre eléctrodos paralelos de funções de trabalho diferentes, permitiram traçar as curvas características e verificar que os dispositivos obtidos se comportam como díodos. Recorreu-se, também, a técnicas de espectrofotometria de ultravioleta do vácuo (VUV) e UV-Vis para caracterizar filmes LbL obtidos a partir do PTHT e de um polieletrólito comum o poli(estireno sulfonado) (PSS) antes e após aquecimento. Os espectros obtidos, após análise dos picos, mostram que a técnica de VUV é a técnica indicada para analisar a conversão do PTHT em PPV. Este trabalho permitiu concluir que as propriedades eléctricas e ópticas destes filmes, estão dependentes da presença de luminosidade, de oxigénio e da humidade relativa pelo que dispositivos obtidos a partir deste polímero devem ser, sempre, encapsulados.

Impacto da quantidade de água na cor de uma antocianidina (Luteolinidina

A luteolinidina é um corante natural responsável pela cor do sorgo, da família das antocianidinas e antocianinas responsáveis pela cor vermelha de alguns frutos silvestres tais como o morango e a framboesa. O objetivo principal deste trabalho foi verificar o impacto da remoção de água na cor da luteolinidina usando como modelo misturas de solvente orgânico/água a diferentes pHs, para simular a mudança de polaridade durante a secagem. Os estudos efetuados por espectroscopia de absorção UV/Visível permitiram a identificação das várias espécies em equilíbrio, nomeadamente catião flavílio (AH+), base quinoidal (A) e chalcona trans (Ct), sendo as primeiras (AH+ e A) responsáveis pela cor. O favorecimento da formação de Ct leva a perda de cor. A quantificação da perda de cor foi feita através do cálculo das constantes de formação de A (Ka) e Ct (KhKtKi) nas diversas misturas estudadas. Os resultados obtidos permitem prever que os alimentos contendo luteolinidina devem sofrer perda de cor durante o processo de secagem, uma vez que a diminuição da percentagem de água nas misturas favorece a formação de Ct. Como tal, foi também testado o efeito da adição de acetato de sódio às misturas, como potencial co-pigmento. Verificou-se que o acetato contribui para a manutenção de cor durante o processo de redução de água, favorecendo formação de base quinoidal (A), espécie corada, que é menos sensível às reações que levam à perca de cor (hidratação). Isto abre a perspetiva da utilização de estabilizadores de cor durante a secagem.

Biomimetic mineralization: encapsulation in calcium carbonate shells

Calcium carbonate biomineralization is a self-assembly process that has been studied to be applied in the biomedical field to encapsulate biomolecules. Advantages of engineering mineral capsules include improved drug loading efficiencies and protection against external environment. However, common production methods result in heterogeneous capsules and subject biomolecules to heat and vibration which cause irreversible damage. To overcome these issues, a microfluidic device was designed, manufactured and tested in terms of selectivity for water and oil to produce a W/O/W emulsion. During the development of this work there was one critical challenge: the selective functionalization in closed microfluidic channels. Wet chemical oxidation of PDMS with 1M NaOH, confirmed by FTIR, followed by adsorption of polyelectrolytes - PDADMAC/PSS - confirmed by UV-Vis and AFM results, render the surface of PDMS hydrophilic. UV-Vis spectroscopy also confirmed that this modification did not affect PDMS optical properties, making possible to monitor fluids and droplets. More important, with this approach PDMS remains hydrophilic over time. However, due to equipment constrains selectivity in microchannels was not achieved. Therefore, emulsion studies took place with conventional methods. Several systems were tried, with promising results achieved with CaCO3 in-situ precipitation, without the use of polymers or magnesium. This mineral stabilizes oil droplets in water, but not in air due to incomplete capsule formation.

Electrical characterization and modification of low dimensional oxide semiconductors for sensor applications

This work reviews the recent research on ion and UV irradiation of β-

Sol-gel entrapped biosystems: enzyme(s) and whole cells

In this work two different procedures to utilize the sol-gel technology were applied to immobilize/encapsulate enzymes and living cells. CO2 has reached levels in the atmosphere that make it a pollutant. New methods to utilize this gas to obtain products of added value can be very important, both from an environmentally point of view and from an economic standpoint. The first goal of this work was to study the first reaction of a sequential, three-step, enzymatic process that carries out the conversion of CO2 to methanol. Of the three oxidoreductases involved, our focus was on formate dehydrogenase (FateDH) that converts CO2 to formate. This reaction requires the presence of the cofactor β-nicotinamide adenine dinucleotide in reduced form (NADH). The cofactor is expensive and unstable. Our experiments were directed towards generating NADH from its oxidized form (NAD+), using glutamate dehydrogenase (GDH). The formation of NADH from NAD+ in aqueous medium was studied with both free and sol-gel entrapped GDH. This reaction was then followed by the conversion of CO2 to formate, catalysed by free or sol-gel entrapped FateDH. The quantification of NADH/NAD+ was made using UV/Vis spectroscopy. Our results showed that it was possible to couple the GDH-catalyzed generation of the cofactor NADH with the FateDH-catalyzed conversion of CO2, as confirmed by the detection of formate in the medium, using High Performance Liquid Chromatography (HPLC). The immobilization of living cells can be advantageous from the standpoint of ease of recovery, reutilization and physical separation from the medium. Also dead cells may not always exhibit enzymatic activities found with living cells. In this work cell encapsulation was performed using Escherichia coli bacteria. To reduce toxicity for living organisms, the sol-gel method was different than for enzymes, and involved the use of aqueous-based precursors. Initial encapsulation experiments and viability tests were carried out with E. coli K12. Our results showed that sol-gel entrapment of the cells was achieved, and that cell viability could be increased with additives, namely betaine that led to greater viability improvement and was selected for further studies. For an approach to “in-cell” Nuclear Magnetic Resonance (NMR) experiments, the expression of the protein ctCBM11 was performed in E. coli BL21. It was possible to obtain an NMR signal from the entrapped cells, a considerable proportion of which remained alive after the NMR experiments. However, it was not possible to obtain a distinctive NMR signal from the target protein to distinguish it from the other proteins in the cell.

Mechanisms underlying intracellular delivery

AuNPs are versatile systems used for different biomedical application including imaging, drug and gene delivery. These systems support the intracellular transport of active molecules, a step that is considered one of the crucial problems in drug delivery. Nevertheless, in order to design optimal multifunctional AuNPs for specific and efficient nanomedicine applications, the mechanism by which AuNPs interact with living cells must be fully understand. The main goal of this work consisted in the assessment of the cellular uptake mechanism of 14 nm spherical AuNPs by A549 cells, through fluorescent spectroscopy and microscopy, in combination with quantitative analysis by ICP-MS. TAMRA labeled AuNPs were characterized by UV-visible and fluorescent spectroscopy and the final hydrodynamic diameter of 22.5 ± 0.33 nm was obtained by DLS. Regarding the cellular uptake studies, the AuNPs presented a fast cellular uptake kinetics reaching a saturation point after 6 hours of incubation in A549 cells. Further investigation concerning the internalization mechanism of this AuNPs was evaluated using specific inhibitors for different endocytic pathways. Optimal inhibition was achieved using chlorpromazine, inhibitor of clathrin-mediated endocytosis, resulting in a 23.5 % inhibition of AuNPs after 1 hour of incubation. This preliminary result obtained by fluorescent spectroscopy suggests that these AuNPs were predominantly uptake by clathrin-mediated endocytosis, meaning that other endocytic pathways must be involved in the cellular uptake of this AuNPs. In what cell viability is concern, the prepared AuNPs and the endocytic inhibitors revealed no significant effect on the cell viability in A549 cell line.

Análise de risco aplicada à coleção de pintura a óleo da “Casa dos Patudos”

Este trabalho teve como principais objetivos a avaliação de risco para a coleção de pinturas a óleo da “Casa dos Patudos” e a proposta de estratégias para mitigar esses riscos. Escolheu-se o modelo de análise de risco Cultural Property Risk Analysis Model ou Modelo de Análise de Risco para Património Cultural, desenvolvido por Robert Waller (2003), por permitir hierarquizar os riscos a que a coleção está sujeita e por já ter sido aplicado com sucesso noutras coleções. Neste trabalho o modelo CPRAM é aplicado pela primeira vez a uma coleção de pintura a óleo em exibição. A metodologia utilizada passou pela caracterização da coleção, o diagnóstico das obras, inspeções ao edifício, conversas informais com os vários funcionários, colocação de armadilhas e determinação das condições ambientais. Verificou-se que os principais agentes de deterioração a que a coleção está exposta estão relacionados com as elevadas flutuações de humidade relativa, forças físicas, a excessiva exposição à luz e a ocorrência de pragas de insetos xilófagos. Desse modo, algumas das soluções propostas passam pela implementação de uma política de controlo integrado de pragas, colocação de filtros UV nas janelas e claraboias e controlo da humidade relativa e temperatura. As vantagens e desvantagens da aplicação deste modelo a esta coleção são aqui discutidos. Um dos desafios deste estudo passou por encontrar um equilíbrio entre o que são as condições ideais de preservação e o que é possível implementar numa casa histórica, ou seja, um local que não foi originalmente concebido para as funções que desempenha atualmente. Neste caso, a estas restrições, adiciona-se ainda as imposições deixadas em testamento pelo proprietário da casa. Embora o trabalho seja aplicado a uma coleção específica, existem muitas outras instituições, com coleções e situações semelhantes, que certamente partilham do mesmo tipo de problemas. Deste modo, espera-se que este trabalho também contribua para a chamada de atenção e melhoramento dos riscos a que essas coleções se encontram expostas.

Propriedades antioxidantes e compostos bioactivos em vinhos portugueses monocasta

Tem sido atribuída ao vinho a designação de alimento antioxidante, devido ao seu alto teor em compostos polifenólicos, pelo que o seu consumo moderado pode apresentar efeitos benéficos para a saúde do consumidor. Neste trabalho foram estudados 228 vinhos portugueses monocastas (190 tintos, 30 brancos e 8 rosés), produzidos em 8 regiões do país, (Alentejo, Algarve, Península de Setúbal, Lisboa, Tejo, Verdes, Dão e Trás-os-Montes e Alto Douro) a partir de 12 castas tintas (Alfrocheiro, Alicante Bouschet, Aragonez-Tinta Roriz, Cabernet Sauvignon, Castelão, Merlot, Petit Verdot, Syrah, Tinta Miúda, Touriga Nacional, Trincadeira e Vinhão) e 6 castas brancas (Antão Vaz, Arinto, Chardonnay, Fernão Pires, Malvasia Fina e Verdelho). Estes vinhos foram avaliados quanto à sua composição fenólica por HPLC-DAD, propriedades antioxidantes (reacção de Folin-Ciocalteu, poder de redução férrica, FRAP e capacidade de sequestração do radical DPPH) e foram caracterizados por UV-VIS. Observaram-se correlações fortes entre as actividades antioxidantes dos vinhos e as suas características cromáticas, nomeadamente as suas absorvâncias a 420, 520 e 620 nm, mas também com as absorvâncias a 280 nm, 320 nm ou 360 nm que correspondem a compostos fenólicos não corados. As castas Alicante Bouschet e Petit Verdot destacaram-se quanto às suas propriedades antioxidantes, enquanto as regiões da Península de Setúbal e do Dão revelaram ter características que favorecem a actividade antioxidante dos vinhos nelas produzidos, por comparação com vinhos das mesmas castas produzidos noutras regiões. A análise de HPLC permitiu detectar 52 compostos fenólicos (17 ácidos hidroxibenzóicos ou derivados, 8 flavanóis ou procianidinas, 12 ácidos hidroxicinâmicos e 7 flavonóis) presentes na maior parte dos vinhos tintos analisados. Os resultados obtidos neste trabalho evidenciam a complexidade de factores que determinam as propriedades biológicas e composição fenólica dos vinhos tintos, rosés ou brancos, e que incluem casta, parâmetros edafo-climáticos e características do processo de vinificação.

Chlorite Dismutase from perchlorate reducing bacteria. A potential biocatalyst to eliminate chlorinated species from polluted water resources and industrial wastes

Magnetospirillum (M.) sp. strain Lusitani, a perchlorate reducing bacteria (PRB), was previously isolated from a wastewater treatment plant and phylogenetic analysis was performed to classify the isolate. The DNA sequence of the genes responsible for perchlorate reduction and chlorite dismutation was determined and a model was designed based on the physiological roles of the proteins involved in the pcr-cld regulon. Chlorite dismutase (Cld) was purified from Magnetospirillum sp. strain Lusitani cells grown in anaerobiosis in the presence of perchlorate. The protein was purified up to electrophoretic grade using HPLC techniques as a 140 kDa homopentamer comprising five ~28 kDa monomers. Steady-state kinetic studies showed that the enzyme follows a Michaelis-Menten model with optimal pH and temperature of 6.0 and 5°C, respectively. The average values for the kinetic constants KM and Vmax were respectively 0.56 mM and 10.2 U, which correspond to a specific activity of 35470 U/mg and a turnover number of 16552 s-1. Cld from M. sp. strain Lusitani is inhibited by the product chloride, but not by dioxygen. Inhibition constants KiC= 460 mM and KiU= 480 mM indicated that sodium chloride is a weak mixed inhibitor of Cld, with a slightly stronger competitive character. The X-ray crystallography structure of M. sp. strain Lusitani Cld was solved at 3.0 Å resolution. In agreement with cofactor content biochemical analysis, the X-ray data showed that each Cld monomer harbors one heme b coordinated by a histidine residue (His188), hydrogen-bonded to a conserved glutamic acid residue (Glu238). The conserved neighboring arginine residue (Arg201) important for substrate positioning, was found in two different conformations in different monomers depending on the presence of the exogenous ligand thiocyanate. UV-Visible and CW-EPR spectroscopies were used to study the effect of redox agents, pH and exogenous ligands on the heme environment.

Phenanthroimidazoles as fluorimetric and colourimetric chemosensors in aqueous solution

2,4,5-Triaryl-imidazoles are versatile compounds with application in medicine, due to their biological activity, and materials sciences, for their interesting optical properties. These properties can be tuned by careful selection of substituents at positions 2, 4 and 5: replacement of the aryl group by an heterocyclic group results in larger π-conjugated systems with improved optical properties for application in nonlinear optics, OLEDs, DNA intercalators, and chemosensors. Moreover, it is expected that introducing more conjugation and rigidity into the resulting system will further improve its properties. The development of chromo/fluorescent probes that are capable of detecting ions with high sensitivity and selectivity in aqueous media is currently a topic of strong interest and the design of heteroditopic receptors that contain two or more different binding sites for the simultaneous complexation of cationic and anionic guests is a emerging field of supramolecular chemistry. In this communication, we report the synthesis of new phenanthroimidazoles substituted at position 2 with arylthienyl or arylfuryl moieties possessing substituents of different electronic character, in order to tune the chromo/fluoro response in the presence of relevant anions and metal cations. Their photophysical properties and chemosensory ability were studied in acetonitrile and mixtures of acetonitrile and water, and selective detection of cyanide was achieved in aqueous mixtures for some of the derivatives.

Synthesis and characterization of novel 4H-pyran-4-ylidene indole-based heterocyclic systems for several optical applications

The development of organic materials displaying high two-photon absorption (TPA) has attracted much attention in recent years due to a variety of potential applications in photonics and optoelectronics, such as three-dimensional optical data storage, fluorescence imaging, two-photon microscopy, optical limiting, microfabrication, photodynamic therapy, upconverted lasing, etc. The most frequently employed structural motifs for TPA materials are donor–pi bridge–acceptor (D–pi–A) dipoles, donor–pi bridge–donor (D–pi–D) and acceptor–pi bridge-acceptor (A–pi–A) quadrupoles, octupoles, etc. In this work we present the synthesis and photophysical characterization of quadrupolar heterocyclic systems with potential applications in materials and biological sciences as TPA chromophores. Indole is a versatile building block for the synthesis of heterocyclic systems for several optoelectronic applications (chemosensors, nonlinear optical, OLEDs) due to its photophysical properties and donor electron ability and 4H-pyran-4-ylidene fragment is frequently used for the synthesis of red light-emitting materials. On the other hand, 2-(2,6-dimethyl-4H-pyran-4-ylidene)malononitrile (1) and 1,3-diethyl-dihydro-5-(2,6-dimethyl-4H-pyran-4-ylidene)-2-thiobarbituric (2) units are usually used as strong acceptor moieties for the preparation of π-conjugated systems of the push-pull type. These building blocks were prepared by Knoevenagel condensation of the corresponding ketone precursor with malononitrile or 1,3-diethyl-dihydro-2-thiobarbituric acid. The new quadrupolar 4H-pyran-4-ylidene fluorophores (3) derived from indole were prepared through condensation of 5-methyl-1H-indole-3-carbaldehyde with the acceptor precursors 1 and 2, in the presence of a catalytical amount of piperidine. The new compounds were characterized by the usual spectroscopic techniques (UV-vis., FT-IR and multinuclear NMR - 1H, 13C).

Esfingofauna (Lepidoptera: Sphingidae) do Parque Nacional do Jaú e arredores, Amazonas, Brasil

A fauna de esfingídeos (Lepidoptera, Sphingidae) foi estudada no Parque Nacional do Jaú e arredores, Amazonas, Brasil, durante o período de julho de 1993 a junho de 1996. O método empregado para as coletas foi luz mista de mercúrio e luz negra UV montadas sobre um lençol branco em períodos de 12 horas consecutivas. Foram coletados 2362 espécimes de 25 gêneros e 79 espécies, com a predominância de espécies das tribos Dilophonotini (45 espécies), seguida por Sphingini (13 spp.), Macroglossini (8 spp.), Philampelini (7 spp.) e Ambulycini (6 spp.). Os dados são comparados a outras áreas da Amazônia brasileira: Município de Itacoatiara (AM), Ilha de Maracá e Pacaraima (RR). Apresenta-se uma lista das espécies de esfingídeos incluindo 16 registros novos para o Estado do Amazonas e igualmente para todas as localidades em que foram coletadas.