Síntese e fotosensibilização de nanotubos de titanatos

Nesta tese é descrita a preparação de nanotubos de titanatos (TNT) via síntese hidrotérmica alcalina, usando uma nova metodologia que evita a utilização de TiO2 cristalino como precursor. Foi estudada a influência da substituição sódio/protão na estrutura, morfologia e propriedades ópticas dos materiais preparados. Os resultados mostraram que a substituição Na+ → H+ resulta numa redução na distância intercamadas dos TNTs, tendo sido medidos valores entre 1.13±0.03 nm e 0.70±0.02 nm para aquele parâmetro. O comportamento óptico dos TNTs foi estudado na região UV-vis, estimando-se um hiato óptico de energia 3.27±0.03 eV para a amostra com maior teor de sódio enquanto que para a amostra protonada foi determinado um valor de 2.81±0.02 eV. Estes valores mostram que a troca iónica Na+ → H+ teve influência no desvio da banda de absorção dos TNTs para a região do visível próximo. A actividade fotocatalítica dos TNTs na degradação do corante rodamina 6G (R6G) foi posteriormente estudada. Verificou-se que, apesar de a amostra com maior teor de sódio ter sido a que exibiu maior capacidade para adsorver o R6G, foi a amostra protonada que apresentou a actividade catalítica mais elevada na fotodegradação deste corante. Numa segunda fase, e com o objectivo de preparar novos materiais nanoestruturados fotosensíveis, procedeu-se à decoração dos TNTs protonados com semicondutores (SC) nanocristalinos usando um método novo. Para o efeito os TNTs foram decorados com nanocristalites de ZnS, CdS e Bi2S3. Foi estudada a influência do tipo de semicondutor na estrutura, morfologia e propriedades ópticas dos SC/TNTs obtidos. Verificou-se que, para qualquer dos semicondutores usados no processo de decoração, a estrutura dos TNTs é preservada e não ocorre segregação do SC. Verificou-se ainda que a morfologia dos nanocompósitos preparados depende fortemente da natureza do semicondutor. No que respeita ao comportamento óptico destes materiais, foram determinados hiatos ópticos de energia 3.67±0.03 eV, 2.47±0.03 eV e 1.35±0.01 eV para as amostras ZnS/TNT, CdS/TNT e Bi2S3/TNT, respectivamente. Estes resultados mostram que através do processo de decoração de TNTs com semicondutores podem ser preparados materiais nanocompósitos inovadores, com propriedades ópticas novas e/ou pré-definidas numa gama alargada do espectro electromagnético.

Influence of the Sodium/Proton replacement on the structural, morphological and photocatalytic properties of titanate nanotubes

Titanate nanotubes (TNT) with different sodium contents have been synthesised using a hydrothermal approach and a swift and highly controllable post-washing processes. The influence of the sodium/proton replacement on the structural and morphological characteristics of the prepared materials was analysed. Different optical behaviour was observed depending on the Na+/H+ samples’ content. A band gap energy of 3.27±0.03 eV was estimated for the material with higher sodium content while a value of 2.81±0.02 eV was inferred for the most protonated material, which therefore exhibits an absorption edge in the near visible region. The point of zero charge of the materials was determined and the influence of the sodium content on the adsorption of both cationic and anionic organic dyes was studied. The photocatalytic performance of the TNT samples was evaluated in the rhodamine 6G degradation process. Best photodegradation results were obtained when using the most protonated material as catalyst, although this material has shown the lowest R6G adsorption capability.

Synthesis of titanate nanostructures using amorphous precursor material and their adsorption/photocatalytic properties

This article reports on a new and swift hydrothermal chemical route to prepare titanate nanostructures (TNS) avoiding the use of crystalline TiO2 as starting material. The synthesis approach uses a commercial solution of TiCl3 as titanium source to prepare an amorphous precursor, circumventing the use of hazardous chemical compounds. The influence of the reaction temperature and dwell autoclave time on the structure and morphology of the synthesised materials was studied. Homogeneous titanate nanotubes with a high length/diameter aspect ratio were synthesised at 160 degrees C and 24 h. A band gap of 3.06 +/- 0.03 eV was determined for the TNS samples prepared in these experimental conditions. This value is red shifted by 0.14 eV compared to the band gap value usually reported for the TiO2 anatase. Moreover, such samples show better adsorption capacity and photocatalytic performance on the dye rhodamine 6G (R6G) photodegradation process than TiO2 nanoparticles. A 98% reduction of the R6G concentration was achieved after 45 min of irradiation of a 10 ppm dye aqueous solution and 1 g L-1 of TNS catalyst.

Overcoming the heterologous bias: an in vivo functional analysis of multidrug efflux transporter, CgCdr1p in matched pair clinical isolates of Candida glabrata.

We have taken advantage of the natural milieu of matched pair of azole sensitive (AS) and azole resistant (AR) clinical isolates of Candida glabrata for expressing its major ABC multidrug transporter, CgCdr1p for structure and functional analysis. This was accomplished by tagging a green fluorescent protein (GFP) downstream of ORF of CgCDR1 and integrating the resultant fusion protein at its native chromosomal locus in AS and AR backgrounds. The characterization confirmed that in comparison to AS isolate, CgCdr1p-GFP was over-expressed in AR isolates due to its hyperactive native promoter and the GFP tag did not affect its functionality in either construct. We observed that in addition to Rhodamine 6 G (R6G) and Fluconazole (FLC), a recently identified fluorescent substrate of multidrug transporters Nile Red (NR) could also be expelled by CgCdr1p. Competition assays with these substrates revealed the presence of overlapping multiple drug binding sites in CgCdr1p. Point mutations employing site directed mutagenesis confirmed that the role played by unique amino acid residues critical to ATP catalysis and localization of ABC drug transporter proteins are well conserved in C. glabrata as in other yeasts. This study demonstrates a first in vivo novel system where over-expression of GFP tagged MDR transporter protein can be driven by its own hyperactive promoter of AR isolates. Taken together, this in vivo system can be exploited for the structure and functional analysis of CgCdr1p and similar proteins wherein the artefactual concerns encountered in using heterologous systems are totally excluded.

Electrochemical Control of the Time-Dependent Intensity Fluctuations in Surface-Enhanced Raman Scattering (SERS)

Time-dependent fluctuations in surface-enhanced Raman scattering (SERS) intensities were recorded from a roughened silver electrode immersed in diluted solutions of rhodamine 6G (R6G) and congo red (CR). These fluctuations were attributed to a small number of SERS-active molecules probing regions of extremely high electromagnetic field (hot spots) at the nanostructured surface. The time-dependent distribution of SERS intensities followed a tailed statistics at certain applied potentials, which has been linked to single-molecule dynamics. The shape of the distribution was reversibly tuned by the applied voltage. Mixtures of both dyes, R6G and CR, at low concentrations were also investigated. Since R6G is a cationic dye and CR is an anionic dye, the statistics of the SERS intensity distribution of either dye in a mixture were independently controlled by adjusting the applied potential. The potential-controlled distribution of SERS intensities was interpreted by considering the modulation of the surface coverage of the adsorbed dye by the interfacial electric field. This interpretation was supported by a two-dimensional Monte Carlo simulation that took into account the time evolution of the surface configuration of the adsorbed species and their probability to populate a hypothetical hot spot. The potential-controlled SERS dynamics reported here is a first step toward the spectroelectrochemical investigation of redox processes at the single-molecule level by SERS.

Nanofabrication of Surface-Enhanced Raman Scattering Device by an Integrated Block-Copolymer and Nanoimprint Lithography Method

The integration of block-copolymers and nanoimprint lithography presents a novel and cost-effective approach to achieving nanoscale patterning capabilities. The authors demonstrate the fabrication of a surface-enhanced Raman scattering device using templates created by the block-copolymers nanoimprint lithography integrated method.

Développement d’une lentille cornéenne médicamentée

L’utilisation de lentilles cornéennes peut servir à améliorer le profil d’administration d’un principe actif dans les yeux. Avec une efficacité d’administration de 5% par l’utilisation de gouttes, on comprend rapidement que l’administration oculaire doit être améliorée. Cette faible administration a donné naissance à plusieurs tentatives visant à fabriquer des lentilles cornéennes médicamentées. Cependant, à cause de multiples raisons, aucune de ces tentatives n’a actuellement été mise sur le marché. Nous proposons dans cette étude, une possible amélioration des systèmes établis par le développement d’une lentille cornéenne à base de 2-(hydroxyéthyle)méthacrylate (HEMA), dans laquelle des microgels, à base de poly N-isopropylacrylamide (pNIPAM) thermosensible encapsulant un principe actif, seront incorporé. Nous avons donc débuté par développer une méthode analytique sensible par HPCL-MS/MS capable de quantifier plusieurs molécules à la fois. La méthode résultante a été validée selon les différents critères de la FDA et l’ICH en démontrant des limites de quantifications et de détections suffisamment basses, autant dans des fluides simulés que dans les tissus d’yeux de lapins. La méthode a été validée pour sept médicaments ophtalmiques : Pilocarpine, lidocaïne, proparacaïne, atropine, acétonide de triamcinolone, timolol et prednisolone. Nous avons ensuite fait la synthèse des microgels chargés négativement à base de NIPAM et d’acide méthacrylique (MAA). Nous avons encapsulé une molécule modèle dans des particules ayant une taille entre 200 et 600 nm dépendant de la composition ainsi qu’un potentiel zêta variant en fonction de la température. L’encapsulation de la rhodamine 6G (R6G) dans les microgels a été possible jusqu’à un chargement (DL%) de 38%. L’utilisation des isothermes de Langmuir a permis de montrer que l’encapsulation était principalement le résultat d’interactions électrostatiques entre les MAA et la R6G. Des cinétiques de libérations ont été effectuées à partir d’hydrogels d’acrylamide chargés en microgels encapsulant la R6G. Il a été trouvé que la libération des hydrogels chargés en microgels s’effectuait majoritairement selon l’affinité au microgel et sur une période d’environ 4-24 heures. La libération à partir de ces systèmes a été comparée à des formules d’hydrogels contenant des liposomes ou des nanogels de chitosan. Ces trois derniers (liposomes, microgels et nanogels) ont présenté des résultats prometteurs pour différentes applications avec différents profils de libérations. Enfin, nous avons transposé le modèle développé avec les gels d’acrylamide pour fabriquer des lentilles de contact de 260 à 340 µm d’épaisseur à base de pHEMA contenant les microgels avec une molécule encapsulée devant être administrée dans les yeux. Nous avons modifié la composition de l’hydrogel en incorporant un polymère linéaire, la polyvinylpyrrolidone (PVP). L’obtention d’hydrogels partiellement interpénétrés améliore la rétention d’eau dans les lentilles cornéennes. L’encapsulation dans les microgels chargés négativement a donné de meilleurs rendements avec la lidocaïne et cette dernière a été libérée de la lentille de pHEMA en totalité en approximativement 2 heures qu’elle soit ou non encapsulée dans des microgels. Ainsi dans cette étude pilote, l’impact des microgels n’a pas pu être déterminé et, de ce fait, nécessitera des études approfondies sur la structure et les propriétés de la lentille qui a été développée. En utilisant des modèles de libération plus représentatifs de la physiologie de l’œil, nous pourrions conclure avec plus de certitude concernant l’efficacité d’un tel système d’administration et s’il est possible de l’optimiser.

Absorption and fluorescence spectroscopy of rhodamine 6G in titanium dioxide nanocomposites

A comparison has been made between the spectroscopic properties of the laser dye rhodamine 6G (R6G) in mesostructured titanium dioxide (TiO2) and in ethanol. Steady-state excitation and emission techniques have been used to probe the dye-matrix interactions. We show that the TiO2-nanocomposite studied is a good host for R6G, as it allows high dye concentrations, while keeping dye molecules isolated, and preventing aggregation. Our findings have important implications in the context of solid state dye-lasers and microphotonic device applications. (C) 2003 Elsevier B.V. All rights reserved.

Développement d’une lentille cornéenne médicamentée

L’utilisation de lentilles cornéennes peut servir à améliorer le profil d’administration d’un principe actif dans les yeux. Avec une efficacité d’administration de 5% par l’utilisation de gouttes, on comprend rapidement que l’administration oculaire doit être améliorée. Cette faible administration a donné naissance à plusieurs tentatives visant à fabriquer des lentilles cornéennes médicamentées. Cependant, à cause de multiples raisons, aucune de ces tentatives n’a actuellement été mise sur le marché. Nous proposons dans cette étude, une possible amélioration des systèmes établis par le développement d’une lentille cornéenne à base de 2-(hydroxyéthyle)méthacrylate (HEMA), dans laquelle des microgels, à base de poly N-isopropylacrylamide (pNIPAM) thermosensible encapsulant un principe actif, seront incorporé. Nous avons donc débuté par développer une méthode analytique sensible par HPCL-MS/MS capable de quantifier plusieurs molécules à la fois. La méthode résultante a été validée selon les différents critères de la FDA et l’ICH en démontrant des limites de quantifications et de détections suffisamment basses, autant dans des fluides simulés que dans les tissus d’yeux de lapins. La méthode a été validée pour sept médicaments ophtalmiques : Pilocarpine, lidocaïne, proparacaïne, atropine, acétonide de triamcinolone, timolol et prednisolone. Nous avons ensuite fait la synthèse des microgels chargés négativement à base de NIPAM et d’acide méthacrylique (MAA). Nous avons encapsulé une molécule modèle dans des particules ayant une taille entre 200 et 600 nm dépendant de la composition ainsi qu’un potentiel zêta variant en fonction de la température. L’encapsulation de la rhodamine 6G (R6G) dans les microgels a été possible jusqu’à un chargement (DL%) de 38%. L’utilisation des isothermes de Langmuir a permis de montrer que l’encapsulation était principalement le résultat d’interactions électrostatiques entre les MAA et la R6G. Des cinétiques de libérations ont été effectuées à partir d’hydrogels d’acrylamide chargés en microgels encapsulant la R6G. Il a été trouvé que la libération des hydrogels chargés en microgels s’effectuait majoritairement selon l’affinité au microgel et sur une période d’environ 4-24 heures. La libération à partir de ces systèmes a été comparée à des formules d’hydrogels contenant des liposomes ou des nanogels de chitosan. Ces trois derniers (liposomes, microgels et nanogels) ont présenté des résultats prometteurs pour différentes applications avec différents profils de libérations. Enfin, nous avons transposé le modèle développé avec les gels d’acrylamide pour fabriquer des lentilles de contact de 260 à 340 µm d’épaisseur à base de pHEMA contenant les microgels avec une molécule encapsulée devant être administrée dans les yeux. Nous avons modifié la composition de l’hydrogel en incorporant un polymère linéaire, la polyvinylpyrrolidone (PVP). L’obtention d’hydrogels partiellement interpénétrés améliore la rétention d’eau dans les lentilles cornéennes. L’encapsulation dans les microgels chargés négativement a donné de meilleurs rendements avec la lidocaïne et cette dernière a été libérée de la lentille de pHEMA en totalité en approximativement 2 heures qu’elle soit ou non encapsulée dans des microgels. Ainsi dans cette étude pilote, l’impact des microgels n’a pas pu être déterminé et, de ce fait, nécessitera des études approfondies sur la structure et les propriétés de la lentille qui a été développée. En utilisant des modèles de libération plus représentatifs de la physiologie de l’œil, nous pourrions conclure avec plus de certitude concernant l’efficacité d’un tel système d’administration et s’il est possible de l’optimiser.