Estudo do transporte eletrônico em nanoestruturas baseadas em carotenoides e tétrades com fulereno C60

Neste Trabalho é apresentado um estudo teórico da estrutura eletrônica de uma molécula de fulereno C60 com junções em quatro terminais baseados em grupos doadores de elétron – etratiofulvaleno (TTF) – e grupos aceitadores de elétrons – fenilpropanodinila (FPP) e dispositivos moleculares baseados em derivados dos Carotenoides. O mecanismo de transporte investigado para os derivados dos Carotenoides foram utilizados para o melhor entendimento das curvas de Fowler- Nordheim (FN) e Millikan-Lauritsen (ML) para os sistemas baseados em fulereno C60. Em todos os casos foi possível confirmar que a análise empírica de Millikan-Lauritsen (ML) também é suficiente para descrever em todos os aspectos a espectroscopia de voltagem de transição (TVS). Para estudar os sistemas, foram feitas otimizações de geometria sistematicamente e observado uma transferência eletrônica calculada por métodos derivados de Hartree-Fock e Teoria do Funcional Densidade (DFT). Os resultados apresentados mostram um estudo detalhado do rearranjo de carga molecular para a estrutura, que sob a ação de um campo elétrico externo apontou que o transporte de carga está diretamente ligado ao tipo de junção que esse sistema é submetido de forma que a voltagem aplicada é intensa o bastante para criar um potencial de saturação nos sistemas em estudo: fulereno C60 com três terminais de tetratiofulvaleno e um terminal de fenil-propanodinila (C60-(TTF)₃-FPP); fulereno C60 com quatros terminais de fenil-propanodinila (C60-(FPP)₄). Os resultados mostram que se tem um retificador molecular que pode trabalhar corretamente como um retificador macroscópico.

Interação da cianotoxina microcistina e o nanomaterial de carbono fulereno (C60) em brânquias do peixe Cyprinus carpio (Teleostei: Cyprinidae) sob incidência de radiação UVA

A produção mundial de nanomateriais tem aumentado nos últimos anos, em função de suas variadas aplicações tecnológicas e, como consequência do seu crescente uso e demanda, poderão existir riscos ambientais sendo a água o ambiente onde muitas destas substâncias podem exercer efeitos deletérios. Um dos nanomaterias de carbono mais utilizados é o fulereno, um composto orgânico lipofílico que pode se comportar como carreador de moléculas tóxicas, potencializando a entrada de contaminantes ambientais em órgãos específicos, fenômeno conhecido como “cavalo de Troia”. As microcistinas (MC) são cianotoxinas produzidas por cianobactérias durante episódios de floração, afetando aos organismos aquáticos e ao ser humano. Diversos estudos demonstram que organismos expostos tanto às MCs quanto ao fulereno podem causar produção excessiva de espécies ativas de oxigênio e alterar os níveis de antioxidantes. Além disso, outro fator que pode vir a intensificar o potencial tóxico de ambos é a incidência de radiação UVA. Sendo assim, procurou-se avaliar os efeitos em parâmetros de estresse oxidativo da co-exposição ex vivo da cianotoxina microcistina-LR (MC-LR) e o nanomaterial de carbono fulereno em brânquias do peixe Cyprinus carpio sob incidência de radiação UVA. Os resultados mostraram que: (a) houve uma perda da capacidade antioxidante no tratamento com MC-LR (baixa concentração) quando coexposta com fulereno no UVA em relação com o tratamento realizado sem co-exposição com fulereno; (b) o fulereno no UV diminuiu a atividade da enzima glutationa-Stransferase (GST) quando comparado com o controle no UV; (c) a MC-LR (alta concentração) co-exposta com fulereno foi capaz de diminuir as concentrações do antioxidante glutationa (GSH) quando comparado com o mesmo tratamento tanto no UVA quanto no escuro sem a co-exposição ao fulereno; (d) o tratamento MC-LR (baixa concentração) com UVA aumentou o dano oxidativo lipídico quando comparado com o controle UVA; (e) o fulereno não causou uma maior bioacumulação da microcistina no tecido. Sendo assim, pode-se concluir que o fulereno não apresentou o potencial de carregador de moléculas nessas concentrações de microcistina, porém, a co-exposição dos compostos diminuem tanto capacidade antioxidante total, como a concentração da GSH, podendo gerar problemas a longo prazo na detoxificação da toxina.

Efeitos tóxicos induzidos pelos nanomateriais Fulereno (C60) e Nanoprata no Poliqueto Laeonereis Acuta (Nereididae) e nas comunidades bacterianas que habitam sua superfície corporal

O fulereno (C60) pertence a uma família de nanomateriais (NM) constituída exclusivamente de átomos de carbono, sendo encontrado na forma de suspensão na água (nC60). A nanoprata (nAg) possui um excepcional e amplo espectro bactericida e um custo de fabricação relativamente baixo. No entanto, pouco se sabe a respeito dos eventuais efeitos tóxicos induzidos por estes NM em organismos estuarinos. O poliqueto Laeonereis acuta tem o muco colonizado por comunidades bacterianas. Há registros de que L. acuta apresenta um gradiente corporal para concentração de EAO e capacidade antioxidante total. Neste estudo, os poliquetos foram expostos in vivo durante 24 horas ao nC60 e à nAg, separadamente. Após isso, as unidades formadoras de colônias (UFC) bacterianas foram contadas e pesadas, além de serem realizadas diversas medições bioquímicas nos poliquetos e nas bactérias. Os números de UFC bacterianas expostas ao nC60 foi menor na concentração de 0.01mg/L e os números de UFC bacterianas expostas à nAg foram similares aos dados de biomassa, diminuindo na maior concentração (1.0 mg/L) (p<0.05). A capacidade antioxidante contra radicais peroxil em homogeneizados bacterianos expostos ao nC60 foi menor na concentração de 0.1mg/L quando comparado ao controle (p<0.05). A região anterior apresentou menor capacidade antioxidante (p<0.05) nos poliquetos expostos a 1.0 mg/L, quando comparado ao controle. Os poliquetos expostos à nAg apresentaram menor capacidade antioxidante na região posterior na concentração de 1.0 mg/L quando comparado ao controle (p<0.05). O conteúdo de peróxidos lipídicos (TBARS) foi reduzido na região anterior dos poliquetos expostos nas duas menores concentrações ( 0.01 e 0.1 mg/L) de nC60 (p<0.05). Na região corporal posterior, somente os organismos expostos a maior concentração de nC60 (1.0 mg/L) mostraram aumento na concentração de TBARS quando comparado ao grupo controle (p<0.05). A atividade da enzima glutationa-Stransferase (GST) foi aumentada (p<0.05) na região média e posterior dos poliquetos expostos a 0.1 mg/L de nC60. Como conclusões pode se dizer que os dois NM induziram efeitos tóxicos ainda numa situação (escuridão) onde o fulereno não é fotoexcitado. O aumento na produção e comercialização de produtos com NM levanta a questão dos riscos ambientais associados ao desenvolvimento da nanotecnologia.

Influência dos ácidos graxos do tipo ômega-3 ou ômega-6 e o nanomaterial de carbono fulereno (C60) no estado antioxidante em suspensões celulares de cérebro de Cyprinus carpio (Pisces, Cyprinidae)

Os nanomateriais de carbono como o fulereno (C60) apresenta comportamentos bioquímicos distintos, podendo atuar como antioxidante ou pró-oxidante em diferentes sistemas biológicos. Outra evidência ao C60 refere-se a sua característica lipofilica, na qual oferece ação mais direta a diferentes tipos de membranas celulares. Do mesmo modo ácidos graxos poliinsaturados (AGPs) como o ômega-3 (DHA) e o ômega-6 (LA) são importantes para funções celulares da membrana, sendo considerados antioxidantes clássicos. Dessa forma este estudo avaliou em suspensões celulares de cérebro da carpa (Cyprinus carpio, Cyprinidae), o efeito de C60 após um pré-tratamento com DHA ou LA. Para tal avaliação os ensaios consistiram em um pré-tratamento com AGPs (48h) e após exposição a C60 (2h). Como resultados observamos que a viabilidade celular e a capacidade antioxidante total não apresentaram diferença (p> 0.05) entre todos os grupos. Em relação a valores de espécies ativas de oxigênio e dano lipídico foi observado redução nos seus valores nos grupos expostos ao C60 pré – tratados com AGPs (p<0.05). Em termos de cisteína, ocorre uma redução da sua concentração em todos os grupos expostos ao C60. Porém para glutationa a exposição ao C60 provoca um aumento de sua concentração nos grupo controle (sem AGPs) e no grupo pré – tratado com DHA. Dessa forma consideramos que o pré – tratamento com AGPs é benéfico às células, uma vez que um aumento nos níveis de glutationa e uma diminuição na concentração de espécies ativas de oxigênio e peroxidação lipídica foram observados nos grupos expostos ao C60. Sendo assim um bom estado nutritivo em termos da concentração de AGPs foi considerado benéfico na exposição ao fulereno.

Otimização e validação de um método para o preparo de suspensões e determinação de fulereno n-C60 em matriz aquosa

Com o aumento da produção do fulereno C60 e sua aplicação comercial é previsível que este composto acabe sendo liberado no ambiente, tornando-se um contaminante. Em razão das suas características físico-químicas e sua capacidade de formar agregados (n-C60) quando em contato com a água, o C60 pode se tornar um carreador de outros contaminantes (como metais e compostos orgânicos), facilitando a sua entrada nos organismos. Neste sentido, a sua toxicidade (tanto de forma isolada como em associação com outros contaminantes) vem sendo avaliada. Sendo assim, a fim de viabilizar os estudos com C60, uma metodologia para preparo de suspensões aquosas foi validada, sendo quantificada por CLAE/UV-Vis. As suspensões foram preparadas sem a adição de solvente de duas formas distintas, com aquecimento (50ºC) e à temperatura ambiente (≈20 ºC), onde se mantiveram sob agitação constante e exposição à luz artificial por até 2 meses. A cada 15 dias a suspensão foi quantificada. Além disso, três métodos distintos de extração e pré-concentração (extração líquido-líquido (ELL), extração em fase sólida (EFS) e micro-extração dispersiva líquido-líquido (MEDLL)) foram validados e comparados quanto a sua eficiência. Coeficientes de correlação ≥ 0,99 foram obtidos para as curvas de calibração. Os LDM e LQM foram de 0,08 e 0,3 ng mL-1 para EFS e ELL, considerando o fator de concentração de 500 vezes, e de 0,8 e 3,0 ng mL-1 para a MEDLL, considerando o fator de concentração de 50 vezes, respectivamente. A precisão (intermediária e repetitividade) variou entre 0,46 e 4,03 (%RSDpi) e entre 0,69 e 3,59 (%RSDr), enquanto que a exatidão ficou entre 72,3 e 85,6% para ELL, 86,1 e 115,5% para a EFS e 87,9 e 111,4% para MEDLL. Com base nestes parâmetros relativos a análise de suspensões aquosas de C60, a EFS foi considerada o método mais eficiente. O aquecimento se mostrou relevante no tamanho dos agregados, que foram significativamente maiores na suspensão sem aquecimento, porém o tempo de preparo da suspensão não influenciou na concentração final da suspensão. Portanto, recomenda-se o preparo das suspensões aquosas de C60 sem aquecimento por um período de agitação de 30-45 dias.

Effects of mixture of nanoparticles under different salinity in the clams Ruditapes philippinarum and Ruditapes decussatus

Dissertação de mestrado, Biologia Marinha, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidadde do Algarve, 2015

Síntese de um novo polímero conjugado e reticulável e sua aplicação em células fotovoltaicas

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Química e Biológica

Estudo dos processos de geração e transferência de cargas em corantes cianinas

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

Synthesis and properties of fullerene C60 and C70 spin probes containing isoindoline nitroxides

Three fullerene isoindoline nitroxides N-methyl-3,4-fulleropyrrolidine-2-spiro-5′- (1′,1′,3′,3′-tetramethylisoindolin-2′-yloxyl), (C60-(TMIO)m, and C70-(TMIO)n) were synthesized by the covalent bonding of 5-formyl-1,1,3,3-tetramethyl isoindolin-2-yloxyl to the fullerenes C60 and C70. Significantly, the X-ray photoelectron spectra indicated the characteristic N 1s signals of NO. at 402 eV. The atomic force microscope morphologies showed that the average particle sizes of C60-(TMIO)m and C70-(TMIO)n were 38 and 15 nm. The electrochemical experiments indicated that fullerene bound isoindoline nitroxides retained similar electrochemical properties and redox reaction mechanisms as the parent nitroxides. The electron paramagnetic resonance spectra of the fullerene isoindoline nitroxides all exhibited the hyperfine splittings and characteristic spectra of tetramethyl isoindoline nitroxides, with typical nitroxide g-values and nitrogen isotropic hyperfine coupling constants. Therefore, these fullerene isoindoline nitroxides may be considered as potential candidates for novel biological spin probes using electron paramagnetic resonance spectroscopy.

Nano-confined synthesis of fullerene mesoporous carbon (C60-FMC) with bimodal pores: XRD, TEM, structural properties, NMR, and protein immobilization

Nanoconfined synthesized crystalline fullerene mesoporous carbon (C60-FMC) with bimodal pore architectures of 4.95 nm and 10-15 nm pore sizes characterized by XRD, TEM, nitrogen adsorption/ desorption isotherm and solid-state NMR, and the material was used for protein immobilization. The solid-state 13C NMR spectrum of C60-FMC along with XRD, BET and TEM confirms the formation of fullerene mesoporous carbon structure C60-FMC. The immobilization of albumin (from bovine serum, BSA) protein biomolecule in a buffer solution at pH 4.7 was used to determine the adsorption properties of the C60-FMC material and its structural changes investigated by FT-IR. We demonstrated that the C60-FMC with high surface area and pore volumes have excellent adsorption capacity towards BSA protein molecule. Protein adsorption experiments clearly showed that the C60-FMC with bimodal pore architectures (4.95 nm and 10-15 nm) are suitable material to be used for protein adsorption

Interaction of nitrogen with fullerenes: nitrogen derivatives of C60 and C70

On the basis of N(1s) core-level spectroscopic studies, it is found that nitrogen interacts with multimolecular films of C60. More interestingly, mass spectrometric studies show that contact-arc vaporization of graphite in a partial atmosphere of N2 or NH3 yields nitrogenous products tentatively assigned to species such as C70N2, C59N6, C59N4, and C59N2 involving addition of or substitution by nitrogen along with the species due to C2 and C4 losses.

A comparative study of the interaction of nickel clusters with buckminsterfullerene, C60, and graphite

Interaction of nickel deposited on multilayer films of C60 has been investigated in comparison with that on amorphized graphite by employing photoemission spectroscopy. It is shown that unlike with graphite, Ni interacts strongly with C60 causing large changes in C(1s) and C(2p) binding energies. The increase in the Ni(2p) binding energy at small Ni coverages is also far greater on c60 than on graphite.

Addition of amines and halogens to fullerenes C60 and C70

In solution phase, aliphatic amines add on to fullerenes; vapourization of graphite in presence of methylamine gives nitrogeneous C60 derivatives. Reactions of C60 with SbCl5 and liquid Br2 yield halogen adducts.

Dynamics of charge transfer in the excited amine complexes of the fullerenes C60 and C70.: A picosecond laser flash photolysis study

In benzene solution, C60 and C70 interact weakly in the ground state with amines having favourable oxidation potentials. Picosecond time-resolved absorption measurements show that on photoexcilation, the weak complexes undergo charge separation to produce ion pairs which in turn undergo fast geminate recombination either to produce the triplet state of the fullerenes or give back the ground slate of the complex, depending on the oxidation potential of the amine. Free-ion yield is generally negligible.

Electron Donor-Acceptor Complexes of the Fullerenes C60 and C70 with Amines

Based on electronic absorption spectroscopy, C60 is found to form complexes with aromatic amines with an enthalpy of association in the range 9-16 kJ mol-1. Interaction of C70 with the amines is negligible. Cyclic voltammetric measurements confirm these observations.