Estrutura supramolecular de um derivado de perileno em filmes finos fabricados por evaporação térmica a vácuo

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Síntese e caracterização de materiais semicondutores nanoestruturados luminescentes à base de ZnS

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Photopatternable di-ureasil-zirconium oxocluster organic-inorganic hybrids as cost effective integrated optical substrates

Organic-inorganic hybrids containing methacrylic acid (McOH, CH(2)= C(CH(3))COOH)) modified zirconium tetrapropoxide, Zr(OPr(n))(4), classed as di-ureasil-zirconium oxo-cluster hybrids, have been prepared and structurally characterized by X-ray diffraction (XRD), small-angle X-ray scattering (SAXS), Fourier transform infrared (FT-IR) and Raman (FT-Raman) spectroscopies, Si and C nuclear magnetic resonance (NMR), and atomic force microscopy (AFM). XRD and SAXS results have pointed out the presence of Si- and Zr-based nanobuilding blocks (NBBs) dispersed into the organic phase. Inter-NBBs correlation distances have been estimated for the pure di-ureasil and a model compound obtained. by hydrolysis/condensation of Zr(OPr(n))(4):McOH (molar ratio 1: 1): d(Si) approximate to 26 +/- 1 angstrom and d(Zr) approximate to 16 +/- 1 angstrom, respectively. In the case of the di-ureasil-zirconium oxo-cluster hybrids, these distances depend on the Zr relative molar percentage (rel. mol. Zr %) (d(Si) ranges from 18 to 25 angstrom and d(Zr) from 14 to 23 angstrom, as the rel. mol. Zr % increases from 5 to 75), suggesting that the Si- and Zr-based clusters are interconstrained. Complementary data from FT-IR, FT-Raman, (29)Si and (13)C NMR, and AFM support to a structural model where McOH-modified Zr-based NBBs (Zr-OMc) are present over the whole range of composition. At low Zr-OMc contents (rel. mol. Zr % <30) the clusters are well-dispersed within the di-ureasil host, whereas segregation occurs at the 0.1 mu m scale at high Zr-OMc concentration (rel. mol. Zr % = 50). No Zr-O-Si heterocondensation has been discerned. Monomode waveguides, diffractions gratings, and Fabry-Perot cavities have been written through the exposure of the hybrid monoliths to UV light. FT-Raman has shown that the chemical process that takes place under illumination is the polymerization of the methacrylate groups of the Zr-OMc NBBs. The guidance region in patterned channels is a Gaussian section located below the exposed surface with typical dimensions of 320 mu m wide and 88 mu m deep. The effective refractive index is 1.5162 (maximum index contrast on the order of 1 x 10(-4)) and the reflection coeficient of the Fabry-Perot cavity (formed by a grating patterned into a 0.278 cm channel) is 0.042 with a free spectral range value of 35.6 GHz.

Evidence that a single bioluminescent system is shared by all known bioluminescent fungal lineages

Since the early 20th century, many researchers have attempted to determine how fungi are able to emit light. The first successful experiment was obtained using the classical luciferin-luciferase test that consists of mixing under controlled conditions hot (substrate/luciferin) and cold (enzyme/luciferase) water extracts prepared from bioluminescent fungi. Failures by other researchers to reproduce those experiments using different species of fungi lead to the hypothesis of a non-enzymatic luminescent pathway. Only recently, the involvement of a luciferase in this system was proven, thus confirming its enzymatic nature. Of the 100 000 described species in Kingdom Fungi, only 71 species are known to be luminescent and they are distributed unevenly amongst four distantly related lineages. The question we address is whether the mechanism of bioluminescence is the same in all four evolutionary lineages suggesting a single origin of luminescence in the Fungi, or whether each lineage has a unique mechanism for light emission implying independent origins. We prepared hot and cold extracts of numerous species representing the four bioluminescent fungal lineages and performed cross-reactions (luciferin x luciferase) in all possible combinations using closely related non-luminescent species as controls. All cross-reactions with extracts from luminescent species yielded positive results, independent of lineage, whereas no light was emitted in cross-reactions with extracts from non-luminescent species. These results support the hypothesis that all four lineages of luminescent fungi share the same type of luciferin and luciferase, that there is a single luminescent mechanism in the Fungi, and that fungal luciferin is not a ubiquitous molecule in fungal metabolism.

Photodynamic Effects of Curcumin Against Cariogenic Pathogens

Background data: The presence of Streptococcus mutans and Lactobacillus acidophilus in dental structure is an indicator of a cariogenic biofilm. Photodynamic therapy is a technique that involves the activation of photosensitizers by light in the presence of oxygen, resulting in the production of reactive radicals capable of inducing cell death. Reduction of bacteria levels can provide additional means of preventing dental caries. Objective: The present study evaluated the susceptibility of planktonic cultures of S. mutans (ATCC 25175) and L. acidophilus (ATCC-IAL-523) from the Adolfo Lutz Institute (IAL) to photodynamic therapy after sensitization with curcumin and exposure to blue light at 450 nm. Methods: Bacterial suspensions of S. mutans and L. acidophilus isolated (as single species) and combined (multspecies) were prepared and then evaluated. Four different groups were analyzed: L-D- (control group), L-D+ (drug group), L+D- (light group), and L+D+ (photodynamic therapy group). Two different concentrations of curcumin were tested (0.75 and 1.5 g/L) associated with a 5.7 J/cm(2) light emission diode. Results: Significant decreases (p < 0.05) in the viability of S. mutans were only observed when the bacterial suspensions were exposed to both curcumin and light. Then, reductions in viability of up to 99.99% were observed when using 1.5 g/L of the photosensitizer. The susceptibility of L. acidophilus was considerably lower (21% and 37.6%) for both curcumin concentrations. Conclusions: Photodynamic therapy was found to be effective in reducing S. mutans and L. acidophilus on planktonic cultures. No significant reduction was found for L-D+, proving the absence of dark toxicity of the drug.

Concentration quenching and thermal activation of the luminescence from terbium-doped a-SiC:H and c-AlN thin films

The effect of terbium (Tb) doping on the photoluminescence (PL) of crystalline aluminum nitride (c-AlN) and amorphous hydrogenated silicon carbide (a-SiC:H) thin films has been investigated for different Tb atomic concentrations. The samples were prepared by DC and RF magnetron reactive sputtering techniques covering the concentration range of Tb from 0.5 to 11 at.%. The Tb-related light emission versus the Tb concentration is reported for annealing temperatures of 450 °C, 750 °C and 1000 °C. In the low concentration region the intensity exhibits a linear increase and its slope is enhanced with the annealing temperature giving an activation energy of 0.106 eV in an Arrhenius plot. In the high concentration region an exponential decay is recorded which is almost independent on the host material, its structure and the annealing process.

Neue konjugierte Polyarylene mit Leiterstruktur

Zusammenfassung: Im Rahmen der Arbeit wird über die Darstellung neuartiger, konjugierter Polyarylene mit Leiterstruktur berichtet. Über eine zweistufige Synthese wurde ein ethylenüberbrücktes Leiterpolymer (LPDP) hergestellt. Dabei wurde das Vorläuferpolymer mit Samarium(II)jodid unter milden Bedingungen zum Leiterpolymeren cyclisiert. Erste Untersuchungen zeigen, daß LPDP im Gegensatz zum 'gewinkelten Polyacen' eine sehr vielversprechende Elektrolumineszenz-Eigenschaft besitzt. Durch den Einbau chiraler Alkylsubstituenten in entsprechenden meta-Phenylen-Analoga der Leiterpolymere vom Polyacen-Typ wurde versucht, eine Vorzugsdrehrichtung der helikalen Leiterpolymere im Laufe der polymeranalogen Cyclisierung zu induzieren. Es zeigt sich, daß für eines der chiralen Derivate ein CD-Effekt im Bereich der Absorption der helikalen Polyacen-Hauptkette auch auf molekularer Ebene auftritt. Weiterhin wird die erfolgreiche Synthese eines neuen, heteroaromatischen Leiterpolymeren, LPPPT, beschrieben, welches alternierend aus 1,4-Phenylen- und 2,5-Thienylen-Einheiten aufgebaut ist. Eine LED in der Konfiguration ITO/LPPPT/Al zeigt eine orange Lichtemission. Die Quanteneffizienz der freien Ladungsträgerbildung für LPPPT wurde in Experimenten zur Ladungstraegergeneration im elektrischen Feld (Coronaentladung) zu ca. 1 % bei 10E7 V/m bestimmt. Letztlich wurde die Synthese eines neuen, heteroaromatischen Leiterpolymeren mit Carbazol-Einheiten, LPPPC, in der Hauptkette beschrieben, das alternierend aus 1,4-Phenylen- und Carbazol-3,6-diyl-Einheiten aufgebaut ist. Untersuchungen am LPPPC ergaben, daß das Polymer gute Lochleitereigenschaften besitzt, daneben weisen dünne Filme von LPPPC auch photovoltaische Eigenschaften auf.

Grating coupled surface plasmon enhanced fluorescence spectroscopy

Over the last three decades, sensors based on the phenomenon of surface plasmon resonance have proven particularly suitable for real time thin film characterization, gas detection, biomolecular interaction examination and to supplement electrochemical methods. Systems based on prism coupling have been combined with fluorescence detection under the name of surface plasmon fluorescence spectroscopy to increase sensitivity even further. Alternatively, metal gratings can be employed to match photons for plasmon resonance. The real time monitoring of binding reactions not yet been reported in the combination of fluorescence detection and grating coupling. Grating-based systems promise more competitive products, because of reduced operating costs, and offer benefits for device engineering. This thesis is comprised of a comprehensive study of the suitability of grating coupling for fluorescence based analyte detection. Fundamental properties of grating coupled surface plasmon fluorescence spectroscopy are described, as well as issues related to the commercial realization of the method. Several new experimental techniques are introduced and demonstrated in order to optimize performance in certain areas and improve upon capabilities in respect to prism-based systems. Holographically fabricated gratings are characterized by atomic force microscopy and optical methods, aided by simulations and profile parameters responsible for efficient coupling are analyzed. The directional emission of fluorophores immobilized on a grating surface is studied in detail, including the magnitude and geometry of the fluorescence emission pattern for different grating constants and polarizations. Additionally, the separation between the minimum of the reflected intensity and the maximum fluorescence excitation position is examined. One of the key requirements for the commercial feasibility of grating coupling is the cheap and faithful mass production of disposable samples from a given master grating. The replication of gratings is demonstrated by a simple hot embossing method with good reproducibility to address this matter. The in-situ fluorescence detection of analyte immobilization and affinity measurements using grating coupling are described for the first time. The physical factors related to the sensitivity of the technique are assessed and the lower limit of detection of the technique is determined for an exemplary assay. Particular attention is paid to the contribution of bulk fluorophores to the total signal in terms of magnitude and polarization of incident and emitted light. Emission from the bulk can be a limiting factor for experiments with certain assay formats. For that reason, a novel optical method, based on the modulation of both polarization and intensity of the incident beam, is introduced and demonstrated to be capable of eliminating this contribution.

Glukosestoffwechsel und Strahlentherapie solider, maligner Tumoren

Der Tumorstoffwechsel ist charakterisiert durch eine erhöhte Glykolyserate und die Anreicherung von Laktat auch in Anwesenheit von Sauerstoff. In früheren Arbeiten dieser Arbeitsgruppe konnte gezeigt werden, dass ein hoher Laktatgehalt in Primärtumoren signifikant mit einem gesteigerten Metastasierungsverhalten und einer schlechteren Patientenprognose verknüpft ist. Ein wichtiges Verfahren zur Bestimmung des Metabolitstatus in kryokonservierten Tumorschnitten ist die induzierte, metabolische Biolumineszenz. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein neues, digitales Kamerasystem für Biolumineszenzmessungen etabliert. Außerdem wurde der für die Laktat- und Glukosemessungen benötigte Enzymmix optimiert, so dass eine bessere Lichtausbeute und eine Kosteneinsparung von etwa 50% erzielt werden konnte. Durch die Einführung von Kontrollmessungen und die Verwendung eines neu entwickelten ImageJ-PlugIns für eine halbautomatisierte Auswertung, konnte ein zuverlässiges Messsystem etabliert werden, das Ergebnisse mit einer verbesserten Reproduzierbarkeit liefert. rnDieses neue Messsytem wurde in einer Studie an zehn humanen xenotransplantierten Plattenepithelkarzinomen des Kopf-Hals-Bereiches erfolgreich eingesetzt. Es konnte gezeigt werden, dass eine signifikante, positive Korrelation zwischen dem Laktatgehalt in soliden Primärtumoren und der Resistenz gegenüber einer fraktionierten Strahlentherapie besteht. rnIn einer weiterführenden Studie wurde im gleichen Xenograftmodell der Einfluss einer fraktionierten Strahlentherapie auf den Tumorstoffwechsel untersucht. Der Vergleich von zwei humanen Plattenepithelkarzinomlinien des Kopf-Hals-Bereichs im Verlauf einer fraktionierten Strahlentherapie zeigt deutliche Unterschiede zwischen strahlenresistenten und strahlensensiblen Tumoren. In der strahlenempfindlichen Tumorlinie UT-SCC 14 treten nach Bestrahlung mit drei Fraktionen in der Expression glykolyse-assoziierter Gene und nach zehn Fraktionen im ATP- und Laktatgehalt signifikante Veränderungen auf. Im Gegensatz dazu wird bei der strahlenresistenten Linie UT-SCC 5 lediglich eine Absenkung des Laktatgehaltes nach zehn Fraktionen beobachtet, nicht jedoch des ATP-Gehalts. Die mRNA-Expression wird in UT-SCC 5 nicht durch eine fraktionierte Bestrahlung verändert. Diese Ergebnisse liefern erste Hinweise, dass das mRNA-Expressionslevel und der Metabolitgehalt frühe Marker für das Ansprechen auf eine Strahlentherapie sein können.rn

Individual plasmonic nanogaps : controlled assembly and detailed investigation

Diese Arbeit befasst sich mit den optischen Resonanzen metallischer Nanopartikel im Abstand weniger Nanometer von einer metallischen Grenzfläche. Die elektromagnetische Wechselwirkung dieser „Kugel-vor-Fläche“ Geometrie ruft interessante optische Phänomene hervor. Sie erzeugt eine spezielle elektromagnetische Eigenmode, auch Spaltmode genannt, die im Wesentlichen auf den Nanospalt zwi-schen Kugel und Oberfläche lokalisiert ist. In der quasistatischen Näherung hängt die Resonanzposition nur vom Material, der Umgebung, dem Film-Kugel Abstand und dem Kugelradius selbst ab. Theoretische Berechnungen sagen für diese Region unter Resonanzbedingungen eine große Verstärkung des elektro-magnetischen Feldes voraus. rnUm die optischen Eigenschaften dieser Systeme zu untersuchen, wurde ein effizienter plasmonenver-mittelnder Dunkelfeldmodus für die konfokale Rastermikroskopie durch dünne Metallfilme entwickelt, der die Verstärkung durch Oberflächenplasmonen sowohl im Anregungs- als auch Emissionsprozess ausnutzt. Dadurch sind hochwertige Dunkelfeldaufnahmen durch die Metallfilme der Kugel-vor-Fläche Systeme garantiert, und die Spektroskopie einzelner Resonatoren wird erleichtert. Die optischen Untersuchungen werden durch eine Kombination von Rasterkraft- und Rasterelektronenmikroskopie vervollständigt, so dass die Form und Größe der untersuchten Resonatoren in allen drei Dimensionen bestimmt und mit den optischen Resonanzen korreliert werden können. Die Leistungsfähigkeit des neu entwickelten Modus wird für ein Referenzsystem aus Polystyrol-Kugeln auf einem Goldfilm demonstriert. Hierbei zeigen Partikel gleicher Größe auch die erwartete identische Resonanz.rnFür ein aus Gold bestehendes Kugel-vor-Fläche System, bei dem der Spalt durch eine selbstorganisierte Monolage von 2-Aminoethanthiol erzeugt wird, werden die Resonanzen von Goldpartikeln, die durch Reduktion mit Chlorgoldsäure erzeugt wurden, mit denen von idealen Goldkugeln verglichen. Diese ent-stehen aus den herkömmlichen Goldpartikeln durch zusätzliche Bestrahlung mit einem Pikosekunden Nd:Yag Laser. Bei den unbestrahlten Partikeln mit ihrer Unzahl an verschiedenen Formen zeigen nur ein Drittel der untersuchten Resonatoren ein Verhalten, das von der Theorie vorhergesagt wird, ohne das dies mit ihrer Form oder Größe korrelieren würde. Im Fall der bestrahlten Goldkugeln tritt eine spürbare Verbesserung ein, bei dem alle Resonatoren mit den theoretischen Rechnungen übereinstimmen. Eine Änderung der Oberflächenrauheit des Films zeigt hingegen keinen Einfluß auf die Resonanzen. Obwohl durch die Kombination von Goldkugeln und sehr glatten Metallfilmen eine sehr definierte Probengeometrie geschaffen wurde, sind die experimentell bestimmten Linienbreiten der Resonanzen immer noch wesentlich größer als die berechneten. Die Streuung der Daten, selbst für diese Proben, deutet auf weitere Faktoren hin, die die Spaltmoden beeinflußen, wie z.B. die genaue Form des Spalts. rnDie mit den Nanospalten verbundenen hohen Feldverstärkungen werden untersucht, indem ein mit Farbstoff beladenes Polyphenylen-Dendrimer in den Spalt eines aus Silber bestehenden Kugel-vor-Fläche Systems gebracht wird. Das Dendrimer in der Schale besteht lediglich aus Phenyl-Phenyl Bindungen und garantiert durch die damit einhergende Starrheit des Moleküls eine überragende Formstabiliät, ohne gleichzeitig optisch aktiv zu sein. Die 16 Dithiolan Endgruppen sorgen gleichzeitig für die notwendige Affinität zum Silber. Dadurch kann der im Inneren befindliche Farbstoff mit einer Präzision von wenigen Nanometern im Spalt zwischen den Metallstrukturen platziert werden. Der gewählte Perylen Farbstoff zeichnet sich wiederum durch hohe Photostabilität und Fluoreszenz-Quantenausbeute aus. Für alle untersuchten Partikel wird ein starkes Fluoreszenzsignal gefunden, das mindestens 1000-mal stärker ist, als das des mit Farbstoff überzogenen Metallfilms. Das Profil des Fluoreszenz-Anregungsspektrums variiert zwischen den Partikeln und zeigt im Vergleich zum freien Farbstoff eine zusätzliche Emission bei höheren Frequenzen, was in der Literatur als „hot luminescence“ bezeichnet wird. Bei der Untersuchung des Streuverhaltens der Resonatoren können wieder zwei unterschiedliche Arten von Resonatoren un-terschieden werden. Es gibt zunächst die Fälle, die bis auf die beschriebene Linienverbreiterung mit einer idealen Kugel-vor-Fläche Geometrie übereinstimmen und dann andere, die davon stark abweichen. Die Veränderungen der Fluoreszenz-Anregungsspektren für den gebundenen Farbstoffs weisen auf physikalische Mechanismen hin, die bei diesen kleinen Metall/Farbstoff Abständen eine Rolle spielen und die über eine einfache wellenlängenabhängige Verstärkung hinausgehen.

Ionoluminescence induced by swift heavy ions in silica and quartz: a comparative analysis

Ionoluminescence (IL) of the two SiO2 phases, amorphous silica and crystalline quartz, has been comparatively investigated in this work, in order to learn about the structural defects generated by means of ion irradiation and the role of crystalline order on the damage processes. Irradiations have been performed with Cl at 10 MeV and Br at 15 MeV, corresponding to the electronic stopping regime (i.e., where the electronic stopping power Se is dominant) and well above the amorphization threshold. The light-emission kinetics for the two main emission bands, located at 1.9 eV (652 nm) and 2.7 eV (459 nm), has been measured under the same ion irradiation conditions as a function of fluence for both, silica and quartz. The role of electronic stopping power has been also investigated and discussed within current views for electronic damage. Our experiments provide a rich phenomenological background that should help to elucidate the mechanisms responsible for light emission and defect creation.

Top-Hat HELLISH-VCSOA for optical amplification and wavelength conversion for 0.85 to 1.3ìm operation

The Top-Hat hot electron light emission and lasing in semiconductor heterostructure (HELLISH)-vertical cavity semiconductor optical amplifier (VCSOA) is a modified version of a HELLISH-VCSOA device. It has a shorter p-channel and longer n-channel. The device studied in this work consists of a simple GaAs p-i-n junction, containing 11 Ga0.35In0.65 N0.02As0.08/GaAs multiple quantum wells in its intrinsic region; the active region is enclosed between six pairs of GaAs/AlAs top distributed Bragg reflector (DBR) mirrors and 20.5 pairs of AlAs/GaAs bottom DBR mirrors. The operation of the device is based on longitudinal current transport parallel to the layers of the GaAs p-n junction. The device is characterised through I-V-L and by spectral photoluminescence, electroluminescence and electro-photoluminescence measurements. An amplification of about 25 dB is observed at applied voltages of around V = 88 V.

Artificial auroral effects from a bare conducting tether

An electrically floating metallic bare tether in a low Earth orbit would be highly negative with respect to the ambient plasma over most of its length, and would be bombarded by ambient ions.This would liberates secondary electrons which after acceleration through the same voltage, would form a magnetically guided two-sided planar e beam,and result in auroral effects(ionization and light emission)upon impacto on the atmospheric E layer, at about 120-140 km altitude.This papere examines in a preliminary way the feasibility of using this effecet as an uppeart atmospheric probe. Ionization rate can reach up to 10 3 cm 3 S -1 if a tape, instead of a wire, is used as tether. Contrary to standard e beams,the beam from the tether is free of spacecrafct charging and plasma interaction problems and its energy flux varies across the crosss ection,w hich is quite large;this would make possible continuous observation from the satellite, with high resolution both spectral and vertical, of the induced optical emissions. Ground observation might be possible at latitudes around 40ø , for night, magnetically quiet conditions.

An extended electron beam for auroral studies

An electrically floating metallic bare tether in a low Earth orbit would be highly negative with respect to the ambient plasma over most of its length, and would be bombarded by ambient ions. This would liberate secondary electrons, which, after acceleration through the same voltage, would form a magnetically guided two-sided planar e-beam. Upon impact on the atmospheric E-layer, at about 120-140 Km altitude auroral effects (ionization and light emission) can be expected. This paper examines in a preliminary way the feasibility of using this effect as an upper atmospheric probe. It is concluded that significant perturbations can be produced along the illuminated planar sheet of the atmosphere, with ionization rates of several thousand cm-3 sec1. Observation of the induced optical emission is made difficult by the narrowness and high moving speed of the illuminated zone, but it is shown that vertical resolution of single spectral lines is possible, as is wider spectral coverage with no vertical resolution.

Advances on MBE selective area growth of III-nitride nanostructures: from nanoLEDs to pseudo substrates

The aim of this work is to provide an overview on the recent advances in the selective area growth (SAG) of (In)GaN nanostructures by plasma assisted molecular beam epitaxy, focusing on their potential as building blocks for next generation LEDs. The first three sections deal with the basic growth mechanisms of GaN SAG and the emission control in the entire ultraviolet to infrared range, including approaches for white light emission, using InGaN disks and thick segments on axial nanocolumns. SAG of axial nanostructures is eveloped on both GaN/sapphire templates and GaN-buffered Si(111). As an alternative to axial nanocolumns, section 4 reports on the growth and characterization of InGaN/GaN core-shell structures on an ordered array of top-down patterned GaN microrods. Finally, section 5 reports on the SAG of GaN, with and without InGaN insertion, on semi-polar (11-22) and non-polar (11-20) templates. Upon SAG the high defect density present in the templates is strongly reduced as indicated by a dramatic improvement of the optical properties. In the case of SAG on nonpolar (11-22) templates, the formation of nanostructures with a low aspect ratio took place allowing for the fabrication of high-quality, non-polar GaN pseudo-templates by coalescence of these nanostructures.