[pt] Os nanomateriais à base de TiO2 sensíveis à luz visível estão entre as alternativas mais promissoras para aplicações fotocatalíticas, como remediação ambiental. Os complexos de transferência de carga (CTCs) entre nano-TiO2 e ligantes bidentados, uma alternativa, têm sido amplamente estudados. No entanto, a eficiência da fotodegradação e o papel das espécies oxidantes reativas (ROS) não são totalmente compreendidos. Além disso, o desenvolvimento de CTCs baseados em TiO2 modificado com ácido malônico (MoA) ainda não foi investigado, até onde é sabido. Neste estudo, CTCs de TiO2-Acetilacetona (ACAC) e TiO2-MoA com alta área superficial foram sintetizados via sol-gel. Ambos os CTCs à base de TiO2preparados foram submetidos a testes de fotodegradação de tetraciclina e clorofenolcom e sem sequestrantes de ROS sob luz visível de baixa potência (26 W). Os CTCs TiO2-MoA foram totalmente caracterizadas por análises de DRX, MS-TGA, FTIR, adsorção-dessorção de N2, DRS, PL, EPR e XPS. A síntese sol-gel e o processo de calcinação adotado produziram CTCs de anatásio fortemente ligados (ligação covalente) com acetilacetona e ácido malônico, capazes de absorver ao longo do espectro visível quando calcinados a 300 graus C (TiO2-A300) e 270 graus C (TiO2-MoA270). Ambos os CTCs calcinados apresentam um único elétron preso na vacância de oxigênio (SETOV / centro de cores F+). Os CTCs TiO2-MoA-270 apresentaram áreas superficiais (>306 m2.g-1), volumes de mesoporos (>0,339 mL.g-1) e atividadefotocatalítica extremamente elevados, degradando aproximadamente 100 por cento de TC após 6 h. Os CTCs TiO2-MoA-270 e TiO2-A300 são uma fonte eficiente de geração de radicais *O2- e ineficientes geradores de radicais OH*. Os resultados desta pesquisa podem ser aplicados à síntese, via sol-gel, de outros CTCs, como os ácidos dicarboxílicos, e explorados em estudos posteriores sobre purificação do ar e produção de hidrogênio. / [en] Visible light-sensitive TiO2-based nanomaterials are among the most promising alternatives for photocatalytic applications, such as environmental remediation. The charge transfer complexes (CTCs) between nano-TiO2 and bidentate ligands, an alternative, have been widely studied. However, the photodegradation efficiency and role of reactive oxidizing species (ROS) are not fully understood. In addition, the development of CTCs based on TiO2 modified with malonic acid (MoA) have not yet been investigated, as far as the authors know. In this study, TiO2-Acetylacetone (ACAC) and TiO2-MoA CTCs with high surface area were synthesized via sol-gel route. Both as-prepared TiO2-based CTCs were subjected to tetracycline and chlorophenol photocatalytic degradation tests with and without ROS scavengers under low-power visible light (26 W). The TiO2-MoA CTCs were fully characterized by XRPD, MS-TGA, FTIR, N2 adsorption-desorption, DRS, PL, EPR and XPS analysis. The sol-gel synthesis and the calcination process adopted produced CTCs of nano-TiO2 anatase strongly bond (covalent bond) with acetylacetone and malonic acid, capable of absorbing along the visible spectrum when calcined at 300 degrees C (TiO2-ACAC-300) and 270 degrees C (TiO2- MoA-270). Both calcined CTCs present single electron trapped in oxygen vacancy (SETOV / F +color center). The TiO2-MoA-270 CTCs showed very high surface areas (>306 m2.g-1), mesopore volumes (>0.339 mL.g-1) and the highest photocatalytic activity, degrading approximately 100 percent of the TC after 6 h. The TiO2-MoA-270 and TiO2-A300 CTCs were an efficient source of *O2- radicals and inefficient generation of OH* radicals. The findings of this research can be applied to the synthesis, via sol-gel, of other CTCs, such as dicarboxylic acids, and explored in further studies on air purification and hydrogen production.

[pt] Este trabalho pode ser dividido em três etapas principais: síntese das nanopartículas, deposição de filmes finos e litografia por feixe de elétrons. As nanopartículas magnéticas foram sintetizadas pelo método de co-precipitação a partir de sulfato de ferro II (FeSO4), cloreto férrico (FeCl3) e hidróxido de amônia (NH4OH) à temperatura ambiente. Para prevenir a formação de agregados, foi adicionado nitrato de sódio (NaNO3) em pequenas quantidades, que se mostrou bastante eficiente. Em seguida foram produzidos filmes de magnetita utilizando o sistema de pulverização catódica usando fonte de radiofrequência (sputtering RF). Os alvos foram produzidos por compactação das nanopartículas de magnetita produzidas anteriormente. Os filmes finos foram depositados em substrato de silício. A formação de magnetita durante a deposição foi confirmada por difração de raios-x e magnetômetro de amostra vibrante. Uma vez controlados os parâmetros de deposição, foram produzidos arranjos de magnetita. A litografia por feixe de elétrons foi produzida em substrato de silício recoberto com máscara de PMMA (polimetilmetacrilato) de 250 nm de espessura. Foram produzidos arranjos periódicos de formas básicas a modo de testar a técnica de litografia: quadrados de 1 μm e círculos de 1 μm, 500 nm e 250 nm de diâmetro formados de um filme de magnetita de 80 nm de espessura. A espessura do filme, forma, tamanho e separação das figuras que compõem os padrões litografados influenciam na facilidade com que será retirada a mascara de PMMA. / [en] This work can be divided into three main steps: synthesis of nanoparticles, thin film deposition and electron beam lithography. The magnetic nanoparticles were synthesized by co-precipitation method from iron II sulfate (FeSO4), ferric chloride (FeCl3) and ammonium hydroxide (NH4OH) at room temperature. A small amount of sodium nitrate (NaNO3) was added to avoid the cluster formation, which was very efficient. Then the magnetite thin films were produced using the sputtering RF (radio frequency source) system. The targets were produced by compression of magnetite nanoparticles previously produced in the first step. The thin films were deposited on a silicon substrate. The formation of the magnetite after the deposition was confirmed by x-ray diffraction and vibrating sample magnetometer. The arrays of magnetite were made once the deposition parameters were controlled. The electron beam lithography has been produced on silicon substrate covered of PMMA (polymethylmethacrylate) resist 250 nm thick. Were produced periodic arrays of basic forms a way to test the technique of lithography, a square micron circles 1 μm, 500 nm and 250 nm in diameter formed of a magnetite film 80 nm thick. The film thickness, shape, size and separation of the figures which comprise standards lithographed can influence the ease with which the mask is withdrawn from PMMA.

[pt] A pandemia da COVID-19 instaurou inúmeras pesquisas sobre a doença, a qual foi atribuída à tempestade de citocinas. Embora, as vacinas sejam eficazes para combater a disseminação da COVID-19 e, recentemente, tenha sido aprovado pela ANVISA (Agência Nacional de Vigilância Sanitária) o fármaco antiviral Paxlovid (Trade Mark), no tratamento da COVID-19, estudos sobre formas de tratamento ainda são necessários. Dentre as novas estratégias terapêuticas, a utilização de nanopartículas de ouro (AuNPs) tem se destacado devido o potencial efeito antiinflamatório. O objetivo deste trabalho foi estudar as eventuais propriedades antiinflamatórias das AuNPs, sintetizadas por ablação a laser pulsado (PLA) em água, em macrófagos RAW 264.7. Ademais, o presente trabalho visou investigar a possível ligação entre o efeito imunomodulador das nanopartículas e os produtos secundários obtidos através da reação de redução da CO2 (CO2RR) ativada por PLA em água. Nesse sentido, foram analisados a proliferação, a citotoxicidade, os níveis das espécies reativas de oxigênio (EROs) e das espécies reativas de nitrogênio (ERNs) nos macrófagos RAW 264.7 submetidas ao tratamento com as AuNPs e expostas ao lipopolissacarídeo (LPS), o qual foi utilizado como agente precursor do processo inflamatório. Em conclusão, os resultados apontaram que AuNPs na concentração de 10 (micro)g/mL não tiveram caráter citotóxico e diminuíram as EROs e ERNs. As AuNPs demonstraram promissora atividade antiinflamatórias com reduzidos valores de citotoxicidade, o que aponta para uma futura aplicação clínica. / [en] With the advent of the COVID-19 pandemic, numerous studies on the disease were initiated, a disease originated from a cytokine storm. Although vaccines are effective in combating the spread of COVID-19 and, more recently, the antiviral drug Paxlovid (Trade Mark) has been approved by ANVISA (Brazilian Health Regulatory Agency) for the treatment of COVID-19, studies on forms of treatment are still needed. Among the new therapeutic strategies, the use of gold nanoparticles (AuNPs) has been in the spotlight due to their potential antiinflammatory effect. This work aims to study the potential anti-inflammatory properties of AuNPs, synthesized by pulsed laser ablation (PLA) in water, in RAW 264.7 macrophages. Furthermore, the present work aimed to investigate the possible connection between the immunomodulatory effect of the nanoparticles and the secondary products obtained through the CO2 reduction reaction (CO2RR) activated by PLA in water. In this sense, we analyzed the proliferation, cytotoxicity, levels of reactive oxygen species (ROS) and reactive nitrogen species (RNS) in RAW 264.7 macrophages subjected to treatment with AuNPs and exposed to lipopolysaccharide (LPS), which was used as a precursor agent of the inflammatory process. In conclusion, the results showed that the AuNPs at a concentration of 10 (micro)g/mL did not have a cytotoxic character and reduced ROS and RNS. AuNPs demonstrated promising anti-inflammatory activity with reduced cytotoxicity values, which points to future clinical applications.

[pt] Sensores baseados na espectroscopia de ressonância de plásmons de superfície (SPR) são dispositivos fotônicos amplamente usados para a detecção ultra sensível de gases e analitos (bio) químicos sem marcadores. O mecanismo de sensoriamento baseia-se na sensitividade do campo eletromagnético evanescente associado aos Polaritons de Plásmon de Superfície (SPP) propagando-se na interface metal-dielétrica, o qual age como uma eficiente nanosonda no meio exterior. Mesmo com resultados excelentes em aplicações de sensoriamento em tempo real, a espectroscopia SPR encontra severas limitações nas caracterizações elipsométricas de filmes finos com espessuras maiores que alguns nm. As limitações são principalmente associadas a instabilidade no longo prazo das propriedades físico-químicas das interfaces metal-dielétricas dos dispositivos SPR, a qual prejudica a acurácia na determinação simultânea da espessura e do índice de refração dos filmes finos que estão sendo investigados. Por estas razões, a primeira parte da tese é dedicada ao estudo da degradação e do processo de estabilização das interfaces metal-dielétricas de diferentes plataformas de sensoriamento SPR, tanto no ar como em ambiente aquoso. As plataformas de sensoriamento foram monitoradas por espectroscopia SPR e microscopia de força atômica (AFM). Diferentes configurações de interfaces metal-dielétricas foram analisadas, tanto em termos de camadas de adesão, tipo de metal que suporta a onda de plasma, e supercamadas, com o objetivo de otimizar a estabilidade e a sensitividade de plataformas SPR monomodais e multimodais. As melhores performances foram obtidas quando uma interface metal-dielétrica com baixo amortecimento eletromagnético é criada através da deposição de uma monocamada adesiva de (3-Mercaptopropyl) trimethoxysilane (MPTS), e quando uma monocamada de grafeno (SLG) é transferida como supercamada na cima de um filme fino metálico de ouro. O estudo do processo de estabilização das plataformas SPR foi a base para o desenvolvimento da segunda parte da tese, onde nós mostramos as potencialidades da espectroscopia SPR na configuração Kretschmann para a acurada caracterização elipsométrica de três classes de materiais deferentes: nanopartículas de ouro (AuNPs), filmes finos de materiais orgânicos luminescentes, e grafeno. Para determinar simultaneamente a espessura e o índice de refração dos filmes finos, foram adoptados os métodos das duas cores e/ou dois modos, esse último realizado através do uso de guias de onda carregadas por dielétricos (DLWGs) com interfaces simétricas do tipo Au/MPTS/SiO2. Por fim, estas três classes de materiais foram usadas no desenvolvimento de novos sensores ópticos SPR de interesse biológico e ambiental. A prova de conceito de um dosímetro de raios UVA baseado em espectroscopia SPR é demonstrado através do monitoramento das modificações da espessura e índice de refração induzidas pela radiação em filmes finos de tris (8-hydroxyquinoline) (Alq3) e tris (dibenzoylmethane) mono (1,10-phenanthroline) europium (III) (Eu (dbm)3Phen). AuNPs com um diâmetro nominal de 15nm estabilizadas por citrato de sódio, foram usadas para demonstrar o princípio de funcionamento de medidores de tamanho de partículas e contadores superficiais de AuNPs baseados na espectroscopia SPR de duas cores. Neste último caso, nós mostramos experimentalmente que as DLWG podem ser usadas como acurados nanocontadores para densidades superficiais entre 20 e 200 NP/um2, com importantes resultados para a metrologia óptica e a emergente espectroscopia SPR amplificada por nanopartículas (PA-SPR). Por último, mostramos o utilizo da interface Au/SLG para a detecção ultra-sensível de íons de metais pesados de interesse ambiental, com um limite de detecção (LoD) sem precedentes da ordem de uma parte por bilhão (ppb). Os resultados experimentais suportam as previsões teóricas sobre a afinidade de sítios particulares do grafeno infinito para íons de metais pesados, e a possibilidade de aumentar a sensibilidade dos dispositivos SPR através da transferência de elétrons assistida por plásmons entre o filme de metal e o SLG. / [en] Surface Plasmon Resonance (SPR) Spectroscopy based sensors have emerged as a versatile and widely used optical tool for the label free ultrasensitive detection of gas and (bio) chemical analytes. The sensing mechanism is relying on the sensitivity of the evanescent field of the Surface Plasmon Polariton (SPP) wave propagating at metal dielectric interface, which acts as an efficient optical nanoprobe in the external medium. Despite the excellent results in the real-time sensing applications, SPR Spectroscopy has found limited applications in the accurate ellipsometric characterization of thin films with thickness higher than a few nm. The limitations are mainly associated with the long-time instability of the metal-dielectric interfaces of the SPR devices, which deteriorates the accuracy in the simultaneous determination of thickness and refractive index of the thin films under investigation. For these reasons, the first part of the dissertation is dedicated to the study of the degradation and stabilization process of the metal-organic interfaces of different SPR sensing platforms, in both air and water environment. The sensing platforms were monitored by SPR spectroscopy and atomic force microscopy (AFM). Different metal-dielectric interfaces configurations were analyzed, in terms of both adhesion layers, type of metal supporting the plasma wave and super-layers, with the aim to optimize the stability and the sensitivity of both monomodal and multimodal SPR platforms. The best performances were obtained when a low damping metal-dielectric interface is created through the self-assembling of a monolayer of (3-Mercaptopropyl) trimethoxysilane (MPTS), and a single layer graphene (SLG) is transferred as a super-layer on the gold (Au) thin film. The study of the process of stabilization of the SPR platforms was the base for the development of the second part of the dissertation, where we demonstrate the potentialities of the SPR spectroscopy in the Kreschtmann configuration for the accurate ellipsometric characterization of a class of three different materials: gold nanoparticles (AuNPs), organic luminescent materials, and graphene. To obtain the simultaneous determination of both the thickness and refractive index of the thin films, a two-color and/or two-mode approach was adopted, the latter performed by the use of dielectric loaded waveguides (DLWG) with symmetric Au/MPTS/SiO2 interfaces. Finally, the three class of materials have been used for the development of novel SPR optical sensors with environmental or biological interest. The proof of principle of an SPR based UVA dosimeter is demonstrated via the monitoring of the radiation induced modifications of the thickness and refractive index of luminescent thin film of tris(8-hydroxxyquinoline) (Alq3) and tris(dibenzoylmethnae) mono(1,10-phenanthroline) europium (III) (Eu(dbm)3Phen). Sodium Citrate stabilized AuNPs with a nominal diameter of about 15 nm were used to show the principle work of a two-color SPR spectroscopy nanosizer and nanocounter. In the latter case, we demonstrate experimentally that DLWGs can be used as accurate nanocounters in the range of surface density between 20 and 200 NP/um2, with results important for both optical metrology and the emerging particle amplified PA-SPR spectroscopy. Finally, we show the use of the Au/SLG interface for the ultrasensitive detection of heavy metal ions of environmental interest, with an unprecedented limit of detection (LoD) of the order of part per billion (ppb). The experimental results support the theoretical predictions about the affinity of particular sites of the infinite graphene to heavy metal ions, and the possibility to enhance the sensitivity of SPR devices by the plasmon assisted electron transfer between the metal film and the SLG.