Dans cette thèse, nous décrivons sommairement les techniques utilisées qui sont l’imagerie parrésonance plasmon de surface (SPRi) et la diffusion Raman exaltée de surface (SERS). Le butprincipal du projet Piranex dans lequel la thèse s’inscrit consiste au développement d’une biopucenanostructurée bimodale permettant le couplage des deux techniques SPRi et SERS. Cettebiopuce est constituée d’un film d’or par-dessus lequel nous avons déposé un réseau carré denanocylindres en or. Un ensemble d’études ont été effectuées pour caractériser ses propriétésplasmoniques du biocapteur afin d’en optimiser le signal SERS. Nous avons ainsi constaté quel’émission du signal était fortement anisotrope, dus à l’excitation du Mode de Bragg et que lechamp proche était principalement exalté sur les bords de la nanostructure. Les propriétés furentégalement comparées avec celles de réseaux identiques déposés directement sur un substrat diélectrique.Par la suite un ensemble d’études plasmoniques et SERS ont été effectuées pourl’aluminium, autre matériaux plasmonique d’intérêt. Enfin, un protocole de détection par SERSde l’ochratoxine basé sur un aptamère fut développé et a permis la détection de l’ochratoxine dès10 pM, bien en dessous de la limite autorisée par les organismes de régulation en agroalimentaire. / In this thesis, we briefly describe the techniques used, which are surface plasmon resonanceimaging (SPRi) and surface enhanced Raman scattering (SERS). The main goal of the Piranexproject in which the thesis is based is the development of a bimodal nanostructured biochipallowing the coupling of the two techniques SPRi and SERS. This bio-chip consists of a goldfilm over which we have deposited a square array of gold nanocylinders. A set of studies hasbeen carried out to characterize plasmonic properties of the biosensor in order to optimize theSERS signal. We have thus found that the emission of the signal was strongly anisotropic, due tothe excitation of the Bragg Mode and that the near field was mainly enhanced on the edges of thenanostructure. The properties were also compared with those of identical gratings depositeddirectly on a dielectric substrate. Subsequently a set of plasmonic and SERS studies were carriedout for aluminum, other plasmonic materials of interest. Finally, a detection protocol by SERS ofochratoxin based on an aptamer was developed and allowed the detection of ochratoxin with adetection threshold of 10 pM, well below the limit allowed by food regulatory agencies

Tumores de mama podem ser categorizados pela expressão de diferentes receptores, como por exemplo o HER-2 (receptor de fator de crescimento epidérmico 2), sendo amplamente estudada a utilização do fármaco inibidor do receptor da tirosina–quinase, ditosilato de lapatinib. Nesse sentido, o trabalho está centrado no desenvolvimento farmacotécnico e caracterização físico-química de nanocápsulas multiparede revestidas com polissorbato 80 e fosfatidilcolina (LIPOID S75®), seguidas de revestimento com quitosana, contendo ditosilato de lapatinib (25μg/mL e 50μg/mL). Estudos físico-químicos da fase orgânica e das nanocápsulas contendo LIPOID S75®, em diferentes concentrações, foram desenvolvidos através de medidas de viscosidade, tensão superficial e analise de calorimetria exploratória diferencial, correlacionando com o tamanho de partícula e interação da fosfatidilcolina no sistema. A partir disso, escolheu-se a maior concentração de LIPOID S75® testada, para desenvolver as nanocápsulas multiparede complexadas com metal e fenilalanina contendo ditosilato de lapatinib (Lap25-P5-Q-Fe-Phe; Lap50-P5-Q-Fe-Phe; Lap25-P5-Q-Zn-Phe; Lap50-P5-Q-Zn-Phe). As formulações contendo fármaco apresentaram distribuição unimodal de partículas na faixa nanométrica, (111 - 172 nm) e baixo índice de polidispersão. A faixa de potencial zeta obtida (+16 - +22 mV) indicou o revestimento da partícula pela quitosana. O ditosilato de lapatinib foi quantificado por cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC). A fase móvel do método consistiu em acetonitrila:acetato de amônio 0,02M (70:30), vazão de 1,0 mL/min com detecção em 260 nm. As suspensões contendo 25 μg/mL e 50 μg/mL de fármaco apresentaram teor entre 93% e 91%, respectivamente. A eficiência de encapsulação (EE%) foi acima de 90%. O conjunto destes estudos demonstra que nanocápsulas desenvolvidas são potenciais candidatas para ensaios biológicos in vitro. / Breast tumors may be categorized by the expression of different receptors such as HER-2 (growth factor epidermal receptor 2), The use of the inhibitor drug receptor tyrosine-kinase lapatinib ditosylate (Tyverb®, GlaxoSmithKline) has been widely studied. In this sense, the work is focused on pharmaceutics development and physicochemical characterization of multiwall nanocapsules coated with polysorbate 80 and phosphatidylcholine (Lipoid S75®), followed by coating with chitosan containing lapatinib ditosylate (25 μ/mL and 50 μg/mL). Physicochemical studies of the organic phase and nanocapsules containing Lipoid S75® at different concentrations were developed by viscosity, surface tension analysis and differential scanning calorimetry, correlated with the particle size and interaction of phosphatidylcholine in the system From this, we have chosen the highest concentration of lipoid S75® tested to develop complexed nanocapsules multiparede with metal and phenylalanine containing lapatinib ditosylate (Lap25-P5-Phe-Phe-Q; Lap50-P5-Q -Fc-Phe; Lap25-P5-O-Zn-Phe; Lap50-P5-Zn-O-Phe). Formulations containing lapatinib ditosylate showed unimodal distribution of particles in the nanometer range (111-172 nm) and low polydispersity index. The obtained zeta potential range (+16 - +22 mV) indicated by the chitosan particle coating. The lapatinib ditosylate was quantified by high-performance liquid chromatography (HPLC). The mobile phase consisted method in acetonitrile: 0.02M ammonium acetate (70:30), flow 1.0 mLmin-1 with detection at 260 nm. The suspensions containing 25 ugmL-1 and 50 ugmL-1 showed drug content of between 93% and 91%, respectively. The encapsulation efficiency (EE%) was above 90%. Together these studies demonstrate that the nanocapsules are potential candidates for in vitro biological assays.

Esta tese apresenta um estudo original das propriedades estruturais e eletrônicas dos nanotubos de carbono de parede simples (NTCPS) por meio de complexos de titânio e a possibilidade de adsorção e redução do cromo hexavalente Cr (VI) utilizando a teoria da densidade funcional. Cr (VI) é um dos principais poluentes ambientais, sua remoção apresenta várias dificuldades, e resulta em poluição ambiental, causando problemas de saúde. A adsorção de Cr (VI) foi investigada a partir das moléculas de cromato e dicromato no semicondutor NTCPS funcionalizado com complexos de TiO2, TiO4H4 e Ti2O6H4. Os resultados sugerem que os NTCPS funcionalizados são grandes candidatos à adsorção de Cr (VI). Além disso, as estruturas de banda eletrônica mudaram na região próxima à energia de Fermi das bandas de valência e de condução para os NTCPS pristino e funcionalizados com sistemas de cromo. Após adsorção de Cr (VI) nos sistemas, observa-se a formação de moléculas com menor toxicidade e atividade carcinogênica o que não ocorreu sem a presença dos nanotubos. / This thesis presents an original study of the structural and electronic properties of doped single-walled carbon nanotubes (SWCNT) through titanium complexes and the possibility of adsorption and reduction of hexavalent chromium Cr(VI) using density functional theory. Cr(VI) is one of the major environment pollutants, its removal presents several difficulties, and it results in industrial pollution, causing health problems. The adsorption of Cr(VI) was investigated from the chromate and dichromate molecules in semiconductor SWCNT functionalized with TiO2, TiO4H4 and Ti2O6H4 complexes. The results suggest that the functionalized SWCNT are great candidates to adsorb Cr(VI). In addition, the electronic band structures changed in the region near the Fermi energy of the valence and conduction bands for the pristine and functionalized SWCNT with chromium systems. After adsorption of Cr(VI) in the systems, the formation of molecules with less toxicity and carcinogenic activity is observed, which did not occur without the presence of the nanotubes.nanotubes.

Esta pesquisa tem como objeto de estudo a refuncionalização do espaço urbano através dos princípios que compõem a cidade criativa, tomando como ponto de partida o 4º Distrito de Porto Alegre – RS. O surgimento de grupos ligados à economia criativa, à economia do conhecimento e à economia da experiência promove uma transformação das funções urbanas, dialogando com a preservação das formas urbanas e do patrimônio histórico cultural. O 4º Distrito, região subutilizada na zona periférica do centro da cidade desde o processo de desconcentração industrial, é escolhido por esses profissionais em função dos baixos valores de troca do solo. A área ressurge como espaço central nas discussões sobre planejamento urbano a partir da possibilidade de retomada do seu crescimento econômico. Nesse âmbito, a pesquisa tem como objetivo compreender a ocorrência do processo de substituição de funções ligadas à indústria pela economia criativa, identificar qual a percepção dos grupos locais acerca da região e analisar como opera o planejamento estratégico nesse contexto Através de estudos relacionados à refuncionalização de áreas degradadas após a transição para a economia pós-fordista, e de entrevistas com empreendedores da economia criativa e moradores do 4º Distrito, se buscou compreender o caso da região como um fragmento de uma ordem mais ampla de revalorização do solo urbano nas áreas centrais. Com a ampliação de setores da economia ligados à informação e à cultura, considerados produtos centrais na primeira fase do Século XXI, promove-se a valorização de um fragmento histórico esquecido da cidade de Porto Alegre. A pesquisa aponta o pioneirismo da cidade criativa em um momento inicial do processo de refuncionalização da região. Posteriormente a essa dinâmica, o planejamento estratégico e as parcerias público-privadas se apresentam como caminhos para a revalorização do solo urbano. / This research's object of study is the re-functionalization of the urban space through the principles that make up the creative city, taking as a starting point the 4th District of Porto Alegre - RS. The emergence of groups linked to creative economy, knowledge economy and experience economy promotes a transformation of the urban functions, dialoguing with the preservation of urban forms and cultural-historical heritage. The 4th District, underutilized region in the peripheral zone of the city center since the process of industrial deconcentration, is chosen by these professionals due to the low soil exchange values. The area reappears as a central space in the discussions about urban planning based on the possibility of resuming its economic growth. In this scope, the research aims to understand the occurrence of the process of substitution of functions linked to the industry by creative economy, to identify the perception of local groups about the region and to analyze how the strategic planning operates in this context. Through studies related to the re-functionalization of degraded areas after the transition to post-Fordist economy, and through interviews with entrepreneurs of the creative economy and residents of the 4th District, an attempt was made to understand this case as a fragment of a broader revaluation order of urban land in central areas. With the expansion of sectors of the economy linked to information and culture, considered to be central products in the first phase of the XXI Century, it is promoted the valuation of a forgotten historical fragment of the city of Porto Alegre. The research points to the pioneering of the creative city in an initial moment of the process of re-functionalization of the region. Subsequent to this dynamic, strategic planning and public-private partnerships are presented as ways to revalue urban land.

Depuis plusieurs décennies, les polyesters aliphatiques (polycaprolactone (PCL), polylactide (PLA), polyglycolide (PGA)) et leurs copolymères ont été retenus pour des applications médicales grâce à leur biodégradabilité et leur biocompatibilité. Parmi leurs applications médicales, on s’intéresse ici à la délivrance des médicaments par des copolymères amphiphiles et à l’ingénierie tissulaire. Les polyesters aliphatiques souffrent cependant d’une hydrophobie importante et de l’absence de groupes fonctionnels. Pour pallier ces problèmes, plusieurs stratégies demodifications chimiques ont été proposées dans la littérature parmi lesquelles on cite : l’hydrolyse, la modification par plasma, la post-polymérisation alcyne azoture et la modification photochimique thiol-yne. Ces modifications servent à introduire des polymères hydrophiles (ex. le polyéthylène glycol) ou des groupes fonctionnels qui peuvent améliorer la biocompatibilité de polyesters. Dans ce manuscrit, on s’intéresse à la modification de la PCL et du PLA par voie photochimique thiol-yne qui présente l’avantage d’être rapide, versatile, applicable en solution comme en surface et de ne pas nécessiter l’utilisation d’un catalyseur métallique qui peut être nocif pour les applications médicales. Dans une première partie, la modification de la PCL a été faite en solution et des copolymères amphiphiles PCL-g-PEG ont été synthétisés. La stratégie de greffage « grafting to » en deux étapes a été choisie en partant de polymères commerciaux. Une optimisation des conditions de modification par voie anionique de PCL, suivi d’une photoaddition thiol-yne, nous a permis d’obtenir des copolymères avec des balances hydrophiles/hydrophobes contrôlées. L’impact de l’hydrophilie des copolymères sur la formation de nanoobjets, leurs concentrations d’aggrégation critique et leurs tailles a été étudié. L’encapsulation de curcumine comme agent anticancéreux et la cytotoxicité des nanovecteurs envers des cellules cancéreuses ont été vérifiées. Dans un second temps, ces copolymères ont été décorés par un peptide de ciblage et un peptide clivable enzymatiquement en vue de leur utilisation dans des traitements anticancéreux. L’effet biologique de ces copolymères encapsulant des principes actifs est vérifié in vitro sur des cellules cibles exprimant plus ou moins d’intégrines ou de métalloprotéases. Dans une seconde partie, des fibres PLA ont été modifiées en surface par des nanoparticules inorganiques afin de générer des hybrides covalents d’intérêts pour des applications en ingénierie tissulaire. De manière analogue aux modifications en solution, ces hybrides ont été obtenus en deux étapes par modification par voie anionique de nanofibres de PLA, suivi par un greffage covalent de nanoparticules d’oxyde de fer en suivant une stratégie photochimique thiol-yne. / For decades, aliphatic polyesters (polycaprolactone (PCL), polylactide (PLA), polyglycolide (PGA)) and their copolymers have been selected for medical applications because of their biodegradability and their biocompatibility. Among their medical applications, we are interested in drug delivery system based on amphiphilic copolymers and tissue engineering. However, aliphatic polyesters suffer from significant hydrophobicity and the absence of functional groups. To overcome these drawbacks, several strategies ofchemical modifications have been reported in literature among which we present: hydrolysis, plasma modification, post polymerization modification by copper catalyzed azide alkyne cycloaddition and thiol-yne post polymerization modification. These modifications have been used to introduce hydrophilic polymers (eg. polyethylene glycol) or functional groups on the polyester chains that can enhance the biodegradability of polyesters. In this manuscript, we are interested in modifying PCL and PLA chains by thiol-yne photochemical route. This method is rapid, versatile, applicable in solution as well as on surface and it does not require the use of a metallic catalyst which can be harmful for medical applications. First, PCL modification was done in solution and amphiphilic copolymers PCL-g-PEG were synthesized. The strategy “grafting to” in two steps has been selected starting from commercial polymers. Conditions optimization of anionic activation, followed by thiol-yne photoaddition, allowed us to obtain copolymers with controlled ratios hydrophilic/hydrophobic. The impact of copolymers hydrophilicity on nanoobjets formulation, critical micelle concentration and sizes was studied. Curcumin encapsulation as an anticancer agent and nanocarriers cytotoxicity towards cancer cells were verified. In addition, these copolymers were then decorated with a targeting peptide and an enzymatically cleavable peptide in the aim of using them in cancer treatment. The biological effect of anticancer loaded copolymer was verified in vitro on target cells expressing more or less integrins or metalloproteases. Second, PLA fibers were modified with inorganic nanoparticles and generate covalent hybrids for purposes in tissue engineering of neuronal cells. Analogously to the solution modification, these hybrids were obtained in two steps by anionic activation of PLA fibers, followed by covalent grafting of iron oxide nanoparticles according to a thiol-yne photochemical strategy.

Estudo anterior de nosso grupo demonstrou que superfície de titânio (Ti) com nanotopografia obtida por condicionamento com H2SO4/H2O2 e funcionalizada com GDF-5 por simples adsorção promove o aumento da mineralização de culturas primárias de células osteogênicas. O presente estudo teve como objetivos avaliar: 1) os efeitos da pós-adsorção de proteínas principais do plasma- albumina, fibrinogênio e fibronectina, em superfícies de Ti controle e com nanotopografia, funcionalizadas com GDF-5 a 200 ng/mL por simples adsorção, sobre a formação de matriz mineralizada in vitro; 2) parâmetros moleculares e fenotípicos característicos da aquisição do fenótipo osteogênico in vitro sobre superfícies de Ti funcionalizadas com GDF-5 por simples adsorção ou por filmes LbL; 3) parâmetros de formação óssea adjacente a implantes de Ti com nanotopografia funcionalizada com GDF-5 pelos dois métodos, em modelo de tíbia de coelhos. Os resultados mostraram que a pós-adsorção de proteínas plasmáticas não afetou o potencial osteogênico in vitro, com exceção para o efeito inibidor da albumina, quando pós-adsorvida isoladamente. Tanto a superfície de Ti como o método de funcionalização de GDF-5 afetaram, quantitativamente, as formações de matriz mineralizada, com a maior diferenciação osteogênica para Ti com nanotopografia funcionalizada com GDF-5 por simples adsorção e a menor, para os filmes LbL, independentemente das superfícies sobre as quais eles eram montados. A atividade de ALP foi maior em culturas sobre nanotopografia de Ti, incluindo aquelas funcionalizadas com GDF-5, cujos valores, no entanto, não corresponderam, necessariamente, à maior atividade osteogênica. Apesar disso, todos os grupos exibiram expressão de marcadores de diferenciação osteoblástica, com sobre-expressão de osteopontina e osteocalcina para culturas sobre LbL. As análises microtomográfica, histológica e histomorfométrica não revelaram diferenças qualitativas e quantitativas in vivo entre nanotopografias de Ti funcionalizadas ou não com GDF-5, ainda que uma tendência à maior formação óssea tenha sido observada para as superfícies funcionalizadas e, entre essas, para os filmes LbL. Considerados conjuntamente, os resultados do presente estudo contribuem para o melhor entendimento das respostas de osteoblastos e do tecido ósseo quando se propõe a estratégia de funcionalização de superfícies de Ti com GDF-5 visando à otimização da osseointegração. / It has been demonstrated that a nanostructured titanium (Ti) surface obtained by treatment with H2SO4/H2O2 and functionalized with GDF-5 by simple adsorption promotes the enhancement of mineralized matrix formation in osteogenic cell cultures. This study aimed to evaluate: 1) the effects of post-adsorption of major plasma proteins, i.e. albumin, fibrinogen and fibronectin, on control and nanostructured Ti surfaces, functionalized with 200 ng/mL GDF-5 by simple adsorption, on mineralized matrix formation by calvarial osteogenic cell cultures; 2) molecular and phenotypic parameters characteristics of the acquisition of the osteogenic phenotype in vitro on Ti surfaces functionalized with GDF-5 by either simple adsorption or layer by layer (LbL) films; 3) parameters of bone formation adjacent to Ti implants with a nanostructured surface functionalized with GDF-5 by the two methods described in item 2, in a rabbit tibia model. The results showed that the post-adsorption of plasma proteins did not affect the osteogenic potential of cultures, except for the inhibitory effect of albumin when post-adsorbed alone. Either the Ti surface topography or the method for GDF-5 functionalization quantitatively affected mineralized matrix formation, with the higher osteogenic differentiation for nanostructured Ti functionalized with GDF-5 by simple adsorption and the lower one for LbL films, irrespective of the Ti surface topography on which they were mounted. ALP activity was higher for cultures grown on nanostructured Ti, including those functionalized with GDF-5, whose values, however, did not necessarily correspond to the higher osteogenic activity. Despite that, all groups expressed osteoblast differentiation markers, with a remarkable increase in osteopontin and osteocalcin mRNA levels for cultures grown on LbL films. The microtomographic, histologic and histomorphometric analyses revealed no qualitative or quantitative differences in vivo among the nanostructured Ti implants, yet a tendency for enhanced bone formation was observed for the functionalized surfaces and, between them, for the LbL films. Taken together, the results of the present in vitro and in vivo studies contribute to a better understanding of osteoblast and bone tissue responses to the functionalization of Ti surfaces with GDF-5 aiming to optimize osseointegration.

Made available in DSpace on 2018-06-27T18:56:39Z (GMT). No. of bitstreams: 3 Ivi Lara.pdf: 2225740 bytes, checksum: 7987b7b16ad759ad1c13cf82cc2ba0ae (MD5) Ivi Lara.pdf.txt: 179428 bytes, checksum: 7367389b56d0393e07698631b3f3e926 (MD5) Ivi Lara.pdf.jpg: 3328 bytes, checksum: adc571d951701abcdea7d0b3762d108a (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This dissertation studied the interaction of carboxyl groups -COOH with (8,0) and (16,0) single wall carbon nanotubes, both semiconductors, by ab initio calculation based on the formalism of the Density Functional Theory using the SIESTA code, in which were adopted localized bases to the electronic wave functions description and Troullier- Martins pseudopotentials for describing the interaction between valence electrons and core electrons. As the -COOH group is taken as default when the purpose of the carbon nanotubes functionalization is to make them hydrophilic, this interaction was studied by different positions of the carboxyl on the nanotubes walls with different concentrations of those seeking to verify the influence of these parameters in the electronic character of the carbon nanotubes. By analyzing the energetic, structural and electronic properties of all patterns, it is observed that the carboxyl groups interact with the nanotubes through covalent bonds (binding energies between −3.39 and −0.73 eV , with the smallest for the case of carboxyl confined within the nanotube), nanotubes (16,0) are more flexible than the (8,0) (when connected to the same number of carboxyl groups), and a behavior, very interesting, is presented when the concentration of carboxylation is varied: the character of the system can be modulated from a semiconductor to semiconductor with a halffilled level over the Fermi level (methalic character tendency). It is still studied in this work, the dynamics of water molecules around pure and carboxylated carbon nanotubes, obtained from ab initio calculations, through classic molecular dynamics simulations, using empirical parameters with the GROMACS program. The structural analysis of water around the tubes indicated the already expected hydrophobic character of the pure nanotubes and the hydrophilic character of the carboxylated nanotubes with which the water molecules interactions are greater with its walls, a fact confirmed by energy analysis, which shows a higher interaction energy in this system. This work has, in addition to contributing to the understanding and analysis of related experimental results, pointing out also the possibility to modulate the electronic behavior of these systems at the nanoscale. / Nesta dissertação é estudada a interação de grupos carboxila (-COOH) com nanotubos de carbono de paredes simples dos tipos (8,0) e (16,0), ambos semicondutores, através de cálculos ab initio baseados no formalismo da Teoria do Funcional da Densidade. Foi utilizado o programa SIESTA, no qual foram adotadas bases localizadas para a descrição das funções de onda eletrônicas, bem como pseudopotenciais de Troullier-Martins para a descrição da interação entre os elétrons de valência e o caroço atômico. Como o grupo -COOH é usado como grupo padrão quando o objetivo da funcionalização ao dos NTCs é torná-los hidrofílicos, esta interação foi estudada através de diferentes posições das carboxilas nas paredes dos nanotubos, com diferentes concentrações destas, buscando verificar a influência destes parâmetros no caráter eletrônico dos NTCs. Analisando as propriedades energéticas, estruturais e eletrônicas de todas as configurações estudadas, observa-se que as carboxilas interagem com os nanotubos através de ligações covalentes (energias de ligação entre −3, 39 e −0, 73 eV , sendo a menor para o caso da carboxila confinada no interior do nanotubo), os nanotubos (16,0) se mostram mais flexíveis que os (8,0) (quando ligados ao mesmo número de carboxilas) e, um comportamento, bastante interessante, se apresenta quando a concentração da carboxilação é variada: o caráter do sistema pode ser modulado de semicondutor para semicondutor com gap semipreenchido (tendência a caráter metálico). É, estudada ainda, neste trabalho, a dinâmica das moléculas de água em torno de nanotubos puros e carboxilados, obtidos a partir dos calculos ab initio, através de simulações de dinâmica molecular clássica, utilizando parâmetros empíricos com o programa GROMACS. A análise estrutural da água em torno dos nanotubos indicou o já esperado caráter hidrofóbico dos NTCs puros, bem como o caráter hidrofílico do nanotubo carboxilado, com o qual as moléculas de água passam a ter uma maior interação com suas paredes, fato este confirmado através da análise energética, que mostra uma maior energia de interação nesse sistema. Este trabalho vem, além de contribuir na compreensão e análise dos referentes resultados experimentais, apontar, ainda, a possibilidade de modular o comportamento eletrônico desses sistemas na nanoescala.

Orientador: Monica Alonso Cotta / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-06T19:04:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Moreau_AlbertoLuisDario_M.pdf: 5884680 bytes, checksum: 286ffec6c18e2e2bd91cb558260527eb (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Este trabalho teve como objetivo implementar a técnica de espectroscopia de força no Microscópio de Força Atômica (AFM) existente no LPD/IFGW/UNICAMP e aplicá-la ao estudo de pontas e amostras funcionalizadas com tiol (mercaptoundecanoic acid). Em particular, foi necessária uma caracterização minuciosa da ponta de AFM, utilizando imagens de microscopia eletrônica. Avaliamos a metalização da ponta com Au (necessária para a funcionalização), o raio da extremidade da ponta e as formas de aproximação da mesma em relação à amostra. Um estudo da constante de mola da alavanca onde se localiza a ponta foi realizado para obtermos valores das forças absolutas medidas. As medidas de força foram realizadas em atmosfera de N2 para evitarmos forças capilares embora também tenhamos realizado algumas medidas em meio ambiente. Variamos a técnica utilizada para a metalização da ponta (sputtering e deposição térmica), a concentração da solução tiol/etanol e os tempos de funcionalização das pontas e amostras. As medidas de força de adesão do tiol nos mostraram que a rugosidade da amostra interfere significativamente na área de contato entre ponta e amostra e conseqüentemente na dispersão nas forças. Apesar disso, nossos resultados forneceram valores de força de adesão e energia livre com a mesma ordem de grandeza que a literatura na área. Em paralelo, foram realizados testes de resistência e durabilidade com pontas de nanotubos de carbono, em colaboração com o Dr. Daniel Ugarte, além de imagens de AFM de amostras de DNA plasmídico, um possível candidato para futuros trabalhos com pontas funcionalizadas / Abstract: In this work we have implemented the force spectroscopy technique using the Atomic Force Microscopy (AFM) equipment at the LPD/IFGW/UNICAMP; this technique was applied to the study of functionalized tips and samples with thiol (mercaptoundecanoic acid). In particular, a detailed characterization of AFM tips with Electron Microscopy was carried out. We have studied the tip metalization with Au (necessary for functionalization), the tip radius and the several modes of tip-sample approximation. We have also studied models for the cantilever spring constant in order to evaluate the absolute force values. The force measurements were carried out in N2 atmosphere to prevent capillary forces, though we also carried out some measurements in laboratory atmosphere. Tip metalization techniques (sputtering and thermal deposition), the thiol/ethanol solution concentration and the functionalization times of tip and samples were varied in this work. The sample roughness can interfere in the contact area between tip and sample, and, thus on the thiol adhesion force measurements ¿ particularly on force values dispersion. In spite of that, our measurements provided values for the thiol adhesion forces and free energies in the same order of magnitude of the literature in the area. Parallel to this work, we have carried out resistance and durability tests with carbon nanotubes tips, in collaboration with Prof. Daniel Ugarte, as well as AFM images of plasmid DNA samples, a likely candidate for future work using funcionalized tips / Mestrado / Física / Mestre em Física

Modificações bioquímicas de topografias complexas de Ti permitem o desenvolvimento de novas superfícies de implantes funcionalizadas com moléculas bioativas, visando a promover a osteogênese de contato e a osseointegração. O objetivo do presente estudo foi avaliar o desenvolvimento do fenótipo osteogênico in vitro sobre diferentes nanotopografias de titânio (Ti) funcionalizadas com o fator de crescimento GDF-5. Células osteogênicas derivadas de calvária de ratos recém-nascidos foram plaqueadas e cultivadas por até 14 dias sobre superfícies de discos de Ti: 1) Controle (usinada e polida); 2) 30′ (com nanotopografia de nanoporos menores, obtida por condicionamento em solução de H2SO4/H2O2 por 30 min); 3) 30′+GDF-5 (nanotopografia de 30′, pré-adsorvida com GDF-5 a 200 ng/mL); 4) 4h (com nanotopografia de nanoporos maiores, obtida por condicionamento em H2SO4/H2O2 por 4 h); 5) 4h+GDF-5 (nanotopografia de 4h, pré-adsorvida com GDF-5 a 200 ng/mL). A adsorção de GDF-5 foi realizada a 4 ºC por 12 h no dia anterior ao plaqueamento das células. Os resultados mostraram que não houve diferenças estatisticamente significantes entre os grupos para a viabilidade celular em 1, 3 e 7 dias. Em 3 dias, as células estavam aderidas e espraiadas sobre todas as superfícies e acúmulos extracelulares extensos de OPN foram encontrados apenas sobre superfícies com nanotopografia de 4h e de 30′+GDF-5. A expressão de RNAm para RUNX2 e ALP foi maior em 7 dias se comparada a 10 dias, sendo os menores valores encontrados para o grupo 4h+GDF-5. A expressão de OPN aumentou de 7 para 10 dias, exceto para 30′+GDF-5, que se manteve inalterada. Enquanto que os níveis de RNAm para BSP aumentaram de 7 para 10 dias no Controle, redução significativa foi observada para os demais grupos, exceto para 30′, em que se manteve constante. Culturas crescidas sobre nanotopografias funcionalizadas com GDF-5 exibiram os maiores valores de atividade de ALP em 10 dias e de áreas de matriz mineralizada/acúmulos de cálcio em 14 dias. Em conclusão, a funcionalização de nanotopografias de Ti com GDF-5 pode acelerar e/ou aumentar a expressão do fenótipo osteogênico in vitro. / Surface functionalization of metallic surfaces with bioactive molecules has been developed aiming to promote specific cellular responses at the biomaterial-tissue interface. The present study evaluated the development of the osteogenic phenotype in vitro on titanium (Ti) surface nanotopographies functionalized with growth and differentiation factor-5 (GDF-5). Osteogenic cells were obtained by enzymatic digestion of newborn rat calvarial bone and grown for periods of up to 14 days on the following Ti disc surfaces: 1) Machined; 2) 30′ Nanotopography created by a mixture of H2SO4/H2O2 for 30 min; 3) 30′+GDF-5 Nanotopography created by a mixture of H2SO4/H2O2 for 30 min and then adsorbed with 200 ng/mL GDF-5 (overnight at 4 °C); 4) 4h Nanotopography created by a mixture of H2SO4/H2O2 for 4 h; 5) 4h+GDF-5 Nanotopography created by a mixture of H2SO4/H2O2 for 4 h and then adsorbed with 200 ng/mL GDF-5 (overnight at 4 °C). At 4 h, nanotopographies adsorbed with GDF-5 exhibited a significantly lower proportion of spread cells. At days 1, 3 and 7 no major differences in terms of cell viability were detected among groups. At day 3, epifluorescence revealed large extracellular OPN accumulation only for 30′+GDF-5, 4h and 4h+GDF-5. Real time PCR analysis showed for GDF-5 groups: i) lower mRNA levels for RUNX2, ALP e BSP at day 10; ii) higher RUNX2 and ALP expression at day 7 compared with day 10, with the lowest levels for 4h+GDF-5; iii) increased OPN levels from day 7 to day 10, except for 30′+GDF-5, which remained unaltered. Cultures grown on nanotopographies adsorbed with GDF-5 exhibited significantly higher values for ALP activity at 10 days and enhanced mineralized matrix formation at day 14. In conclusion, surface functionalization of Ti nanotopographies with GDF-5 can accelerate and/or increase the expression of the osteogenic phenotype in vitro.

Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-09-27T11:09:10Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Ionara Pereira da Silva Sousa - 2017.pdf: 5120392 bytes, checksum: 786f15ae0e6cf83fa9560a114e84f6a2 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-09-27T11:09:36Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Ionara Pereira da Silva Sousa - 2017.pdf: 5120392 bytes, checksum: 786f15ae0e6cf83fa9560a114e84f6a2 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-27T11:09:36Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Ionara Pereira da Silva Sousa - 2017.pdf: 5120392 bytes, checksum: 786f15ae0e6cf83fa9560a114e84f6a2 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017-09-15 / The basic science on cements and concretes has incorporated research related to the understanding of the effects of the addition of nanosilica, and more recently functionalized nanosilicas, on the properties of cement pastes, mortars and concretes. In this context, the aim of this work was to prepare amino-functionalized nanosilicas from a commercial nanosilica (NS), provided as an aqueous colloidal suspension, by employing 3-aminopropiltrietoxissilano (APTS) as reactant, and to evaluate the characteristics of the samples. The functionalization reactions were performed in a biphasic system composed of dichloromethane and water, and employing different APTS/NS molar ratios. The materials were obtained as aqueous suspensions and their characteristics were evaluated at pH 4, 7 e 10. The functionalization of NS was evidenced by the presence of infrared bands associated to the aminopropyl group. Bands associated to silanol (-SiOH) and alcoxide (Si-OCH2CH3) groups were observed indicating that the hydrolysis and condensation reactions were not complete. The 29Si NMR signals of Si-C bonds confirmed the functionalization. The thermogravimetric curves indicated an increase of the amount of aminopropyl groups incorporated on NS as the APTS/NS ratio increased. Transmission electron microscopy images showed an increase in the mean particle sizes after functionalization. The aqueous suspended nanoparticles showed a positive zeta potential at pH 4 (+23 to +27 mV) and at pH 7 (+14 to +29 mV), indicating the presence of protonated amine groups. The zeta potential at pH 10 was weakly negative (-0.10 to -7,6 mV) for the samples prepared from the lower APTS/NS molar ratios (7.1 and 14.2 x 10-2), and still positive (+11 and +15 mV) for those prepared from the higher molar ratios (28.5 and 42.7 x 10-2), suggesting the existence of a higher amount of superficial amino groups within the latter. The mean hydrodynamic radius of the functionalized particles were greater (22 a 281 nm) than that of the NS (12 nm) at all pH values, with superior values for suspended particles at pH 10, particularly for samples prepared from the lower APTS/NS ratios. The amount of aggregates of bigger size (~100 to 2000 nm) was greater for samples prepared from the lower APTS/NS ratios. These variable characteristics are interesting for comparative studies involving the effects of the addition of these suspensions in cement pastes over the microstructure and properties of the resulting materials. / A ciência básica na área de cimentos e concretos tem incorporado pesquisas relacionadas ao entendimento dos efeitos da adição de nanossílica e, mais recentemente, de nanossílica funcionalizada nas propriedades de pastas de cimento, argamassas e concretos. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi preparar nanossílicas funcionalizadas com grupos amina a partir de uma nanossílica comercial (NS), fornecida como uma suspensão coloidal aquosa, empregando-se o reagente 3-aminopropiltrietoxissilano (APTS) e avaliar as características das amostras obtidas. As reações de funcionalização foram realizadas em um sistema reacional bifásico constituído de diclorometano e água, empregando-se diferentes razões molares APTS/NS. Os materiais foram obtidos como suspensões aquosas, cujas características foram avaliadas em pH 4, 7 e 10. A funcionalização da NS foi evidenciada pela presença das bandas relativas ao grupo aminopropil nos espectros de infravermelho, onde também foram observadas bandas dos grupos silanol (-SiOH) e alcóxido (Si-OCH2CH3), indicando que as reações de hidrólise e condensação não foram completas. Os sinais nos espectros de RMN de 29Si característicos de ligações Si-C confirmaram a funcionalização. As curvas termogravimétricas indicaram que houve aumento no teor de grupos aminopropil incorporados à NS com o aumento da razão APTS/NS empregada. As imagens de microscopia eletrônica de transmissão mostraram um aumento do tamanho médio das partículas após a funcionalização. As nanopartículas funcionalizadas em suspensão aquosa apresentaram potencial zeta positivo em pH 4 (+23 a +27 mV) e em pH 7 (+14 a +29 mV), indicando a presença de grupos amina protonados. Já em pH 10, o potencial zeta foi fracamente negativo (-0,10 a -7,6 mV) para amostras preparadas com menor razão APTS/NS (7,1 e 14,2 x 10-2), e positivos (+11 e +15 mV) para aquelas preparadas com razão molar maior (28,5 e 42,7 x 10-2), sugerindo um maior teor de grupos amina superficiais nestas últimas. Os raios hidrodinâmicos médios das partículas funcionalizadas foram maiores (22 a 281 nm) do que o da NS (12 nm) para todos os valores de pH, com valores maiores para partículas suspensas em pH 10. O teor de agregados de maior tamanho (~100 a 2000 nm) foi maior para as amostras preparadas com menor razão APTS/NS. Essas características variadas são interessantes para estudos comparativos dos efeitos de adição dessas suspensões em pastas de cimento, sobre a microestrutura e propriedades dos materiais resultantes.