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Ce projet de thèse explore les paramètres régissant l’incorporation de nanoparticules métalliques à l’intérieur d’une couche ultramince de copolymère à bloc. Les composites sont mis en forme à l’interface air/eau à l’aide d’une cuve de Langmuir, puis transférés sur substrat solide à l’aide de la technique de Langmuir-Blodgett. Cette méthode permet d’obtenir une couche pseudo-monomoléculaire nano-structurée. Le comportement du copolymère seul à l’interface air-eau est d’abord étudié en fonction de différents paramètres tels que la température de la sous-phase, la masse molaire du copolymère, la vitesse de compression de la couche, etc… Deux types de nanoparticules métalliques sont utilisés afin de former les composites : celles étant décorées de polystyrène comportant un groupement thiol en bout de chaîne et celles étant décorées de courts thioalcanes. Pour chacun des deux cas la morphologie du nanocomposite est systématiquement étudiée en fonction de la taille des cœurs d’or et de la longueur des ligands organiques greffés à leur surface. Il est démontré que ces paramètres affectent la morphologie de la matrice ainsi que la distribution des nanoparticules. Quatre morphologies principales sont observées : particules disposées de manière disparate et brisant la morphologie de la matrice, particules agrégées sous forme d’îlots sans égards à la structure de la matrice, particules dispersées l’intérieur des domaines hydrophobes du copolymère et particules ségrégées à l’interface triple entre les deux blocs et l’air formant des anneaux de nanoparticules. Diverses expériences permettant de mieux caractériser ces systèmes ainsi que des preuves de concept permettant de valider les modèles débattus dans la thèse sont aussi présentées. Les systèmes sont principalement caractérisés par microscopie électronique en transmission et microscopie à force atomique.

Quitosana é um polissacarídeo usado em diversas aplicações biológicas, por exemplo, em liberação controlada de drogas, transfecção, aceleração da cicatrização de feridas e como agente bactericida, entre outras. Em todas essas aplicações, o polímero interage com tecidos e células. Entretanto, embora sua ação seja comprovada, os mecanismos de ação e a interação do polímero com células e biomembranas no nível molecular ainda não são conhecidos. Nesta tese de doutorado, filmes de Langmuir e Langmuir-Blodgett (LB) de lipídios foram usados como modelos de membrana celular para estudar em nanoescala a interação e os efeitos causados pela quitosana. Primeiramente, observou-se que a quitosana, um polieletrólito solúvel em pH ácidos, possui atividade superficial induzida na presença de um filme interfacial de lipídio, demonstrando que o polímero possui interação favorável com membranas. Após adsorver sobre as monocamadas, a quitosana expande as mesmas, o que ocorre apenas até uma determinada concentração de polímero, denominada concentração de saturação. A magnitude dessa expansão é menor para filmes compactos, o que sugere que a quitosana é parcialmente expulsa da interface, localizando-se na subsuperfície. Isso foi comprovado com o uso de filmes LB, que mostraram que filmes mistos com quitosana têm rugosidade cerca de 10 vezes a de filmes puros de ácido dimiristoil fosfatídico (DMPA). Foi possível confirmar que a quitosana penetra na monocamada, formando agregados com até 150 nm de altura. Além disso, a maior orientação das moléculas de fosfolipídios, sugerida por isotermas de potencial de superfície (V-A) para filmes de Langmuir, também foi comprovada para os filmes LB por medidas de espectroscopia de geração de soma de freqüências (SFG). Filmes mistos de DMPA e colesterol também foram estudados, sendo que o colesterol provoca condensação nos filmes de DMPA a baixas pressões, mas expande as monocamadas em altos estágios de compactação. Quando a quitosana interage com os filmes mistos, ela provoca a mesma expansão para todas as monocamadas independentemente da proporção de colesterol na mistura. Embora esse comportamento possa sugerir um papel inerte do colesterol, ele é explicado pela modulação da penetração da quitosana nos filmes pelo colesterol. Isso ocorre porque há um número fixo de pontos de interações eletrostáticas entre os grupos NH3+ da quitosana e PO2- do DMPA, o que foi comprovado por medidas de espectroscopia de reflexão-absorção na região do infravermelho com modulação da polarização (PM-IRRAS). Com esta técnica para filmes de Langmuir, e espectroscopia SFG para filmes LB, pôde ser traçado um panorama dos efeitos da inserção de colesterol na membrana de DMPA, seguido da interação da quitosana com a membrana mista. A adição do colesterol ao filme de fosfolipídio acarreta em diminuição da ordem das cadeias de DMPA, detectado por variações nas bandas de s(CH2) e ass(PO2-) do fosfolipídio no espectro de PM-IRRAS, e pela razão s(CH3)/s(CH2) nos espectros de SFG. Por outro lado, a interação da quitosana com esse filme misto causa recuperação da orientação das caudas polares do fosfolipídio, verificada pela análise das mesmas bandas de PM-IRRAS e pela razão s(CH3)/s(CH2), que diminui de 6,62 para 4,58 com a adição de colesterol, mas volta a 5,97 após a interação com o polímero. De forma geral, a ação da quitosana sobre biomembranas é governada principalmente por interações eletrostáticas com lipídios carregados negativamente, na superfície externa das mesmas. Dentre os principais efeitos causados pelo polímero, destaca-se a diminuição da elasticidade da membrana e o aumento da orientação das moléculas de lipídio, que podem ter importantes implicações biológicas. A observação de uma concentração de saturação dos efeitos, na maioria dos casos, sugere que a dosagem e a estrutura química da quitosana devem ser bem controladas para alcançar o efeito biológico desejado. / Chitosan is a polyssaccharide with many biological applications, as in drug delivery, transfection, wound healing and as bactericidal agent, for instance. In all these applications the polymer interacts with tissues and cells. The efficacy of chitosan has been proven, but the mechanisms of action and the interactions with cells and biomembranes are still unknown. In this thesis, Langmuir and Langmuir-Blodgett (LB) films made of lipids were employed as cell membrane models, in order to investigate the interactions and modulations caused by chitosan at the molecular level. Firstly, the soluble polyelectrolyte chitosan was found to induce surface activity when a lipid monolayer is at the air/water interface, demonstrating that the interaction of chitosan with membranes is favorable. Upon chitosan adsorption, the monolayers were increasingly expanded with increasing chitosan concentration in the subphase up to a saturation concentration. The extension of this expansion was lower for highly packed films, suggesting that chitosan was partially expelled from the interface after the compression, being located at the sub-monolayer region. This was confirmed by the 10-fold increase in film roughness observed for the areas without aggregates in LB films. Also, we could observe aggregates as high as 150 nm on the film surface, thus confirming chitosan penetration in the dimyristoyl phosphatidic acid (DMPA) monolayer. Mixed DMPA-cholesterol Langmuir monolayers were also produced, with cholesterol inducing condensation of the DMPA films at low pressures, and film expansion at high pressures. Regardless of the cholesterol proportion in the film, chitosan always induced the same degree of expansion on the DMPA mixed monolayers as for a neat DMPA monolayer. Although this behaviour may suggest an inert role for cholesterol, it can only be explained if the sterol is assumed to regulate the extension of chitosan penetration into the monolayer. This occurs because there is a fixed number of sites for electrostatic interactions between NH3+ groups from chitosan and PO2- from DMPA, probed by infrared reflection-absorption spectroscopy (PM-IRRAS) measurements. Indeed, with PM-IRRAS measurements for Langmuir monolayers and sum-frequency generation spectroscopy (SFG) measurements for LB films, we could establish an overview of the effects from cholesterol on DMPA films upon interaction with chitosan. The addition of cholesterol to the DMPA monolayer caused a decrease in the chain order, which was detected by changes in the s(CH2) and ass(PO2-) bands from the phospholipid in the PM-IRRAS spectrum, and by the s(CH3)/s(CH2) intensity ratio in SFG measurements. On the other hand, the interaction of chitosan with these mixed monolayers restored chain order, as observed from the analysis of PM-IRRAS bands and the s(CH3)/s(CH2) in SFG. The latter dropped from 6.62 to 4.58 with cholesterol addition, but further increased to 5.97 with the chitosan interaction. Overall, the chitosan action on biomembranes is mainly governed by electrostatic interactions with negatively charged lipids at the external leaflet of the membrane. The main effects from chitosan to the membrane models are the decrease in membrane elasticity and the increase in molecular ordering, which can lead to important biological implications. Moreover, the existence of the so-called concentration of saturation for most systems suggests that the dosage and chemical structure of chitosan must be well controlled to obtain the desired biological effect.

Foram investigadas as propriedades de formação de filmes de Langmuir e as propriedades ópticas e elétricas de filmes mistos de Langmuir-Blodgeti (LB) preparados com os polímeros HPDR13, MMA-DR13 e IPDI-DR19CI com adição de estearato de cádmio (CdSt). Para caracterizar os polímeros foram usadas as técnicas de calorimetria diferencial de varredura, espectroscopia ultravioleta-visível (W-Vis) e difração de raios X. As medidas de isotermas de pressão e de potencial de superfície com os filmes Langmuir mostraram que ocorre agregação molecular associada a interações dipolares. Medidas de absorção no W-Vis mostraram que os agregados dipolares formados são do tipo-J. As investigações dos sistemas poliméricos mostraram que o sinal da birrefringência fotoinduzida pode depender do número de camadas LB, potência da luz de excitação e temperatura. Funções com duas exponenciais e de Kohlrausch-Williams-Watts foram usadas de forma sistemática para analisar as curvas de crescimento e decaimento do sinal de birrefringência. As dependências das constantes de tempo das funções citadas também foram analisadas em função da temperatura. Observou-se que os filmes de IPDI-DR19CI/CdSt apresentam os resultados mais regulares e mais reprodutíveis para a birrefringência fotoinduzida. Isso foi atribuído a maior homogeneidade desse tipo de filme devida a menor agregação dipolar. Experimentos realizados em baixa temperatura com o polímero MMA-DRI 13 mostraram que o sinal máximo da birrefringência fotoinduzida aumenta até 120 K e diminui acima desse valor. 0s resultados abaixo de 120 K foram analisados a luz da teoria do volume livre local e dos mecanismos de fotoisomerização e difusão rotacional térmica As medidas elétricas com os filmes LB mostraram que todos os filmes poliméricos apresentam um r e m e de condução ôhmico em baixos campos elétricos e um outro regime não ôhmico atribuído a injeção de portadores no volume do material. Concluiu-se das medidas elétrica que o CdSt determina as propriedades de condução dos filmes LB mistos / The formation of Langmuir films and the optical and electrical properties of mixed Langmuir-Blodgett (LB) films were studied. Films were prepared using cadmium stearate (CdSt) and the polymers HPDR13, MMA-DR13 and IPDI-DR19CI. These polymers were characterized with differential scanning calorimetry, visible-ultraviolet spectroscopy (UVVis) and X-ray- diffraction. Surface pressure and surface potential isotherms of the Langmuir films indicated the presence of molecular aggregation due to dipolar interactions. UV-Vis spectroscopy suggested J-type aggregation of dipoles. Measurements on mixed LB film showed that the photoinduced birefringence depends on the number of LB layers, the power of excitation light and on the temper-re. A double exponential function and the Kohlrausch-Williams-Watts function were used for analyzing the experimental curves of growth and decay of the birefringence signal. The dependence of time constants of such functions on the temperature was also analyzed. Mixed LB films of IPDI-DR19CI/CdSt presented the most reproducible results of photoinduced birefringence, which was attributed to the better homogeneity of this type film probably due to the low dipolar aggregation. Experiments carried out with the polymer MMA-DRI3 at low temperatures revealed that the maximum of birefringence increases up to 120 K and then decreases for higher temperatures. Results under 120 K were analyzed using the free local volume theory and included photoisomerization and thermal rotational diffusion processes. Electrical measurements of LB films showed that all LB films present an ohmic conduction regime at low electric fields and a non-ohmic regime attributed to charge carrier injection into the film bulk. It is concluded that CdSt determines the conduction properties of mixed LB films

Azopolímeros apresentam propriedades de fotoisomerização, úteis para confecção de memórias ópticas, que dependem da arquitetura molecular do azopolímero e do filme formado a partir dele. Neste trabalho foram sintetizados polímeros com arquitetura molecular controlada, usando os azomonômeros [4-(N-etil-N-2-(metacriloxietil)) amino-2\'-cloro-4\'-nitroazobenzeno] (DR13MA) e [4-(N-etil-N-2-(metacriloxietil)) aminoazobenzeno] (MAEAMA). Para a síntese de homopolímeros e copolímeros em bloco foram utilizados dois métodos: NMRP - polimerização radicalar mediada por nitróxidos e ATRP - polimerização radicalar por transferência de átomo. Foram produzidos copolímeros dibloco, com um dos blocos contendo azocorantes, pela reação do monômero DR13MA com macroiniciadores poliestireno (PS) no método NMRP, e poli(metacrilato de metila) (PMMA) via ATRP. Homopolímeros de ambos os azomonômeros foram sintetizados por ATRP, e assim como os copolímeros em bloco mostraram cadeias com baixa polidispersividade. Complementando o trabalho de síntese, foram estudadas as propriedades dos materiais na interface ar-água, utilizando filmes de Langmuir, e procedeu-se a transferência dos mesmos para substratos sólidos formando filmes Langmuir-Blodgett (LB). Nos filmes de Langmuir foi observada a conformação e as interações (agregação) das moléculas dos materiais, destacadamente, no caso do homopolímero HPMAEA, foi observado um patamar próximo a 8 mN/m na isoterma de pressão de superfície, indicando haver reorganização do material no filme. Os filmes LB serviram como objeto de estudo das propriedades ópticas dos compostos, e no caso do homopolímero HPDR13 sintetizado via ATRP, pela primeira vez foi possível a realização de medidas em filmes puros do material. Medidas de armazenamento óptico foram realizadas para comprovar a aplicabilidade dos materiais em memórias ópticas. No caso do terpolímero PS-b-[MMA-co-DR13] sintetizado por NMRP, os resultados de armazenamento foram semelhantes aos obtidos com blendas. Para o homopolímero HPMAEA, uma grande influência do tipo de filme empregado (cast ou LB) foi observada no tempo de escrita das memórias, com o tempo para o filme LB sendo 26 vezes menor. Copolímeros em bloco PMMA-b-DR13 podem ser vantajosos por aliarem as propriedades ópticas do homopolímero HPDR13 à maior estabilidade térmica e mecânica do PMMA. / Azopolymers display photoisomerization properties, which can be exploited in optical memories, and depend strongly on the molecular architecture of the polymer chain and kind of film employed. In this work, azopolymers with controlled molecular architecture were synthesized using the azomonomers [4-(N-ethyl-N-2(methacryloxyethyl))amino-2\'-chloro-4\'-nitroazobenzene](DR13MA)and[4-(N-ethyl-N-2-(methacryloxyethyl))aminoazobenzene] (MAEAMA). Two methods were used to synthesize homopolymers and block-copolymers: NMRP - Nitroxide-mediated radical polymerization and ATRP - Atom transfer radical polymerization. Diblock-copolymers were produced, with one block composed by azodyes units, by reacting the monomer DR13MA with a polystyrene (PS) macroinitiator via NMRP, or with poly(methyl methacrylate) (PMMA) macroinitiator via ATRP. Homopolymers of both azomonomers were synthesized by ATRP, and - analogously to the blockcopolymers - exhibited controlled structure with a small polydispersity. The synthesized polymers were then used in the formation of Langmuir films at the air-water interface, which could be transferred onto solid substrates forming Langmuir-Blodgett (LB) films. In Langmuir films, an investigation was made of the conformation and interactions (aggregation) of the film-forming molecules. Interestingly, a plateau was observed at 8 mN/m in the surface pressure isotherm for the HPMAEA homopolymer, pointing to a reorganization of the polymer during compression. For HPDR13 produced by ATRP, it was possible to deposit LB films with no need to use surfactants, unlike the case of HPDR13 synthesized by conventional methods. Optical storage measurements were performed to demonstrate the applicability of the azo-containing materials in optical memories. For the terpolymer PS-b-[MMA-co-DR13] made by NMRP, the storage results were similar to those obtained with blends. In the case of the homopolymer HPMAEA, a large influence of the kind of film used (cast or LB) was observed in the writing time of the memories, with the writing time for the LB film being 26 times faster. PMMA-b-DR13 block-copolymers may be advantageous in combining the optical properties of the homopolymer HPDR13 with the thermal and mechanical stability of PMMA.

A birrefringência fotoinduzida e a formação de grades de relevo vêm sendo extensivamente investigadas em filmes de azopolímeros, obtidos por diversas técnicas de fabricação. Embora para azopolímeros amorfos já haja modelos bem estabelecidos tanto para explicar a dinâmica de fotoindução da birrefringência quanto para o transporte de massa que leva à formação de grades de relevo, o mesmo não ocorre para os azopolímeros líquido-cristalinos. Numa tentativa de contribuir para dirimir dúvidas da literatura, nesta dissertação foi sintetizado um azopolímero com diferentes massas molares, depois empregado em medidas de armazenamento óptico e fotoinscrição de grades de relevo. A síntese dos polímeros foi feita a partir do 4,4-difenilmetano-diisocianato (MDI) e de um azomonômero, sintetizado em três etapas: síntese do azocorante, incorporação do segmento flexível e funcionalização do monômero. Os materiais foram caracterizados por espectroscopia ultravioleta-visível (UV-Vis), espectroscopia infravermelha (FTIR) e ressonância magnética nuclear de hidrogênio (1H-RMN). A massa molecular dos polímeros (Mn e Mw) foi determinada por cromatografia de exclusão de tamanha (HPSEC). Através de calorimetria diferencial exploratória (DSC), microscopia óptica polarizada e difração de raios X foram comprovadas as propriedades líquido-cristalinas do azomonômero e dos polímeros. A transição da fase anisotrópica para a isotrópica ocorreu em aproximadamente 79oC no monômero e 84oC para os polímeros. Filmes de Langmuir estáveis foram obtidos para os polímeros na interface ar-água, propiciando a transferência para substratos sólidos na forma de filmes Langmuir-Blodgett (LB). Esses filmes foram usados para armazenamento óptico, sendo que a birrefringência fotoinduzida foi mais alta do que em filmes cast, provavelmente devido à melhor organização do filme LB. Grades de relevo foram inscritas nos dois tipos de filme usando um laser de baixa intensidade, ao contrário do que encontra na literatura, em que grades só são formadas se lasers de altas intensidades são empregados. Embora a amplitude das grades seja pequena e o processo de fotoinscrição ainda precise ser otimizado, este resultado abre novas perspectivas de emprego de azopolímeros líquido-cristalinos. / Photoinduced birefringence and surface-relief gratings (SRGs) have been extensively investigated in azopolymer films obtained with various film-fabrication methods. Even though well-established models exist for amorphous azopolymers which explain the dynamics of photoinduced birefringence and mass transport leading to SRGs, the same is not true for liquid-crystalline azopolymers. In an attempt to try and resolve controversies in the literature, in this work we synthesized an azopolymer with two different molar masses, which were then employed in optical storage and photoinscription of SRGs. The synthesis was performed with 4,4-diphenylmethane-diisocyanate (MDI) and an azomonomer obtained in a 3-step procedure: synthesis of the azodye, incorporation of the flexible segment and functionalization of the monomer. The materials were characterized by ultraviolet-visible spectroscopy (UV-Vis), infrared spectroscopy (FTIR) and proton nuclear magnetic resonance (1H-NMR). The molar mass of the polymers was determined by high performance size exclusion chromatography (HPSEC). The liquid-crystalline properties of the azomonomer and azopolymers were confirmed via differential scanning calorimetry (DSC), polarized optical microscopy and X-ray diffraction, with a isotropic-liquid crystal phase transition occurring at ca 79oC and 84oC for the monomer and polymers, respectively. Stable Langmuir films made with the azopolymers could be formed at the air-water interface, which were transferred onto solid substrates in the form of Langmuir-Blodgett (LB) films. These LB films could be used in optical storage experiments, with the photoinduced birefringence being higher than in cast films of the same azopolymers, probably due to the better organization of the nanostructured LB films. SRGs could be photoinscribed on both types of film with a low-intensity laser beam, in contrast to the reports in the literature, according to which SRGs can only be inscribed on liquid-crystalline azopolymer samples if high laser intensities are used. Though the SRG amplitude was small and the photoinscription process still needs to be optimized, this finding may open the way for a host of new applications of liquid-crystalline azopolymers.

Muitas aplicações biológicas da quitosana dependem de sua interação com membranas celulares, cujo mecanismo não é conhecido em nível molecular. Nesta tese, empregam-se filmes de Langmuir dos fosfolipídios dipalmitoil fosfatidil colina (DPPC), dipalmitoil fosfatidil glicerol (DPPG) e ácido dimiristoil fosfatídico (DMPA) para mimetizar a membrana, e é avaliada a influência dos grupos hidroxila e amino de quitosana nas propriedades dos filmes. Para tanto, O-acilquitosanas foram produzidas por meio de reação de acilação, gerando os derivados 3,6 - O,O\'- dietanoilquitosana (DEQUI) e 3,6 - O,O\'- dipropanoilquitosana (DPPQUI) solúveis em solução aquosa ácida, e 3,6 - O,O\'- dimiristoilquitosana (DMQUI) e 3,6 - O,O\'- dipalmitoilquitosana (DPQUI), solúveis em clorofórmio. DEQUI e DPPQUI afetam mais fortemente as isotermas de pressão de superfície e elasticidade dos filmes do que quitosana, sendo os efeitos de DPPQUI (mais hidrofóbico) maiores do que para DEQUI. Isso indica que ligações hidrogênio envolvendo as hidroxilas da quitosana não são essenciais na interação. Espectros no infravermelho com modulação de polarização (PM-IRRAS) confirmaram interações hidrofóbicas, com penetração dos derivados entre as moléculas de fosfolipídio. DEQUI causa mais ordenamento das cadeias do fosfolipídio, enquanto o efeito de DPPQUI é oposto. DMQUI e DPQUI formam filmes de Langmuir altamente compactados com agregação de moléculas, inferida das isotermas de pressão e potencial de superfície. Os resultados sobre a influência dos grupos amino foram inconclusivos, pois o comportamento atrativo entre os materiais pode ser devido tanto à existência de grupos com cargas opostas, quanto interações hidrofóbicas. Quitosanas com diferentes massas moleculares (alta - QAMM e baixa - QBMM) foram utilizadas para obter informações sobre a orientação dos grupos químicos da quitosana e fosfolipídios e conformação do polímero em solução. Espectros PM-IRRAS indicam maior efeito de QBMM em monocamadas de DPPG, provocando diminuição na intensidade e deslocamento para maiores números de onda das bandas de CH, inversão na orientação do grupo P=O do DPPG e maior intensidade da banda amida II, sugerindo maior densidade desses grupos na interface. Os espectros de geração de soma de frequência (SFG) mostraram diminuição na ordenação/compactação das caudas de DPPG, aumento do espaçamento entre as moléculas e de defeitos gauche. Conclui-se que derivados O-acilados de quitosana têm maior efeito sobre modelos de membrana, principalmente devido às forças hidrofóbicas, sendo mais adequados em aplicações biológicas que dependam dessa interação. Também favorece a interação com a membrana a atração eletrostática, com efeitos mais relevantes para quitosanas de menores massas moleculares. / Many biological applications of chitosan depend on its interaction with cell membranes, whose mechanism at the molecular level is not known. In this thesis, Langmuir films from the phospholipids dipalmitoyl phosphatidyl choline (DPPC), dipalmitoyl phosphatidyl glycerol (DPPG) and dimyristoyl phosphatidic acid (DMPA) were used to mimic the cell membrane, and effects from the hydroxyl and amine groups in chitosan on the film properties were evaluated. For this, O-acylchitosans were produced by acylation reaction, resulting in the derivatives 3,6 - O,O\' - diacetylchitosan (DECT) and 3,6 - O,O\'- dipropionylchitosan (DPPCT), which are soluble in acidic aqueous solution, and 3,6 - O,O\'- dimyristoylchitosan (DMCT) and 3,6 - O,O\'- dipalmitoylchitosan (DPCT), soluble in chloroform. DECT and DPPCT affect the surface pressure and elasticity of the films more strongly than chitosan, especially DPPCT that is more hydrophobic. This indicates that hydrogen bonds involving the hydroxyl groups from chitosan are not essential for the interaction. Polarization-modulated infrared reflection absorption (PM-IRRAS) spectra confirmed hydrophobic interactions with penetration of derivatives between the phospholipid molecules. DECT induces ordering in the chains, while the opposite occurs for DPPCT. DMCT and DPCT form highly compressed films with aggregation, as shown by surface pressure and surface potential isotherms. The results on the importance of amino groups were inconclusive because the attractive behavior between materials may be due to either the oppositely charged groups or hydrophobic interactions. Chitosans with different molecular weights (high - CHMW and low - CLMW) were used to obtain information about the chitosan and phospholipids chemical groups orientation and polymer conformation in solution. PM-IRRAS spectra indicate greater effect from QBMM on DPPG monolayers, causing a decrease in intensity and shift to higher wavenumbers of the CH bands, inversion in the orientation of the P=O group from DPPG and greater intensity of the amide II band, suggesting greater density of these groups at the interface. The sum-frequency generation (SFG) spectra showed a decrease in ordering/packing of the DPPG chains, increased spacing between molecules and gauche defects. Overall, the O-acyl derivatives of chitosan have greater effect on cell membrane models, owing to hydrophobic forces, being therefore more suitable for biological applications that depend on this interaction. Also important for the interaction is the electrostatic attraction, with more relevant effects observed with low-molecular weight chitosans.

O crescente número de bactérias resistentes é devido principalmente ao número limitado de modos de ação dos antibióticos, contra os quais bactérias criam mecanismo de resistência. Há, portanto, necessidade de terapias com espectro de ação mais amplo, atingindo diferentes alvos moleculares. A inativação fotodinâmica (IFD) pode ser uma dessas terapias, pois baseia-se na geração de espécies reativas que atacam diversas moléculas, e não um alvo específico. Fotossensibilizadores (FSs) absorvem luz em comprimento de onda específico e a energia absorvida pode ser transferida a um oxigênio molecular, gerando espécies reativas de oxigênio (EROs). Tais espécies são altamente citotóxicas e produzem reações de oxidação que levam à morte celular. Um dos alvos das EROs são fosfolipídios insaturados das membranas biológicas. O objetivo desta dissertação é investigar a interação dos FSs curcumina e azul de metileno com fosfolipídios e o efeito da foto-ativação desses FSs em um mimético de membrana bacteriana. Para tanto, foram usados filmes de Langmuir do extrato lipídico de Escherichia coli e dos lipídios sintéticos isolados DOPE, POPG e cardiolipina. As isotermas de pressão com o extrato de E coli indicam interação entre os FSs e os lipídios do filme, aumentando a área ocupada. A irradiação do filme na presença de curcumina aumenta sua estabilidade, o que sugere formação de hidroperóxidos de lipídio, mais hidrofílicos, pela ação do oxigênio singleto. Nos filmes dos lipídios isolados só a curcumina é incorporada, havendo aumento na área ocupada pelo filme, e redução no potencial de superfície. Nenhum efeito decorrente da irradiação desses filmes foi detectado. Um filme Langmuir-Blodgett (LB) de extrato de E. coli com curcumina foi submetido a quatro ciclos de fotoclareamento seguido de recuperação da fluorescência visualizados num microscópio confocal. A intensidade da fluorescência aumentou após o primeiro ciclo, indicativo de mudança conformacional para alocar maior quantidade de curcumina, o que corrobora a hipótese da formação de hidroperóxidos. / The growing number of resistant bacteria is mainly due to the limited number of modes of action of antibiotics, against which bacteria create resistance. There is, therefore, a need for therapies with broader action spectrum, reaching different molecular targets. Photodynamic inactivation (PDI) may be one of these therapies, because it is based on the generation of reactive species that attack several molecules, not a specific target. Photosensitizers (FSs) absorb light at a specific wavelength and the absorbed energy can be transferred to a molecular oxygen, generating reactive oxygen species (ROS). Such species are highly cytotoxic and produce oxidation reactions that lead to cell death. One of the targets of ROS are unsaturated phospholipids from biological membranes. The objective of this dissertation is to investigate the interaction of the FSs curcumin and methylene blue with phospholipids and the effect of photoactivation of these FSs on a bacterial membrane mimetic. For this purpose, Langmuir films of the lipid extract of Escherichia coli and the synthetic lipids DOPE, POPG and cardiolipin were used. The surface pressure isotherms with the E. coli extract indicate interaction between the FSs and the lipids of the film, increasing the occupied area. The irradiation of the film in the presence of curcumin increases its stability, which suggests the formation of more hydrophilic lipid hydroperoxides by the action of singlet oxygen. In the synthetic lipid films only curcumin is incorporated, with increase in the area occupied by the film, and reduction in surface potential. No effect from irradiation of these films was detected. A Langmuir-Blodgett (LB) film of E. coli extract with curcumin was submitted to four cycles of photobleaching followed by fluorescence recovery visualized in a confocal microscope. The intensity of the fluorescence increased after the first cycle, indicative of conformational change to allocate a larger amount of curcumin, which corroborates the hypothesis of hydroperoxide formation.

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A técnica de Langmuir - Blodgett é o método mais promissor para a produção de filmes bidimensionais organizados de tensoativos, polímeros e nanopartículas (NPs), porque proporciona um bom controle da espessura e a homogeneidade da monocamada e de multicamadas. Esse trabalho visa sintetizar nanopartículas de Ag na interface ar-água utilizando filmes de Langmuir-Blodgett de surfactantes como suportes. A síntese das NPs de Ag na interface ar/água foi realizada de acordo com a metodologia de Khomutov e colaboradores. Foi possível sintetizar as NPs de Ag através do espalhamento da mistura das soluções de sulfadiazina de prata e ácido esteárico com razão molar de 1:1. As imagens de microscopia eletrônica de varredura de alta resolução mostram que a ausência de ácido esteárico melhorou a organização das NPs durante a síntese na interface ar/água. A composição química das NPs de prata foi determinada através da espectroscopia de energia dispersiva de raios X acoplada ao microscópio eletrônico operando no modo de varredura. Um estudo comparativo foi feito preparando-se filmes de NPs de Ag. As nanopartículas de Ag recobertas com dodecil sulfato de sódio foram sintetizadas de acordo com o método descrito por Song. As nanopartículas de Ag recobertas com polietilenoglicol (MM ≈ 3400 g.mol-1) e com ácido oléico/oleilamina foram sintetizadas pelo método poliol. Os difratogramas de raios X confirmaram a composição e a fase obtida em cada amostra. Foi estudada a composição do recobrimento das NPs através da espectroscopia na região do infravermelho e quantificado através das análises termogravimétricas. A preparação dos filmes LB de todas as amostras foi feita de acordo com o método descrito por Shin. Através das imagens de microscopia eletrônica de varredura de alta resolução observa-se que somente os filmes LB das nanopartículas de Ag recobertas com ácido oléico e oleilamina apresentam uma organização a longo alcance. Durante a formação dos filmes das amostras recobertas com SDS e com PEG3400 as nanopartículas agregaram prejudicando a organização do sistema. Esse processo de agregação pode ser atribuído a falta de surfactante na superfície das NPs ou ao excesso de polímero que aprisiona as nanopartículas no meio de suas cadeias carbônicas interferindo na organização de NPs. / Self-assembly is one of the most powerful and versatile tools for structuring nanoparticles in two or three dimensions. The Langmuir–Blodgett (LB) technique is the most promising method for production of organized surfactants, polymers, and nanoparticles (NPs) two-dimensional films, because it provides good control of the thickness and homogeneity of the mono and multilayer. This paper aims to synthesize silver nanoparticles in the air-water interface using surfactants Langmuir-Blodgett films such as “templates”. The synthesis of Ag NPs in the air / water interface was performed according the Khomutov methodology [1] it was possible to synthesize Ag NPs by spreading the mixture of silver sulfadiazine solutions and stearic acid molar ratio 1: 1. Field emission gun scanning electron microscope (FEG-SEM) images show that the absence of stearic acid improved the arrangement of NPs during synthesis in the air / water interface. The chemical composition of silver NPs was determined by energy dispersive X-ray spectroscopy attached to the electron microscope operating in scan mode. A comparative study was made preparing Ag NPs films. The Ag nanoparticles coated with sodium dodecyl sulfate were synthesized according to the method described by Song. The Ag nanoparticles coated with polyethylene glycol (MW ≈ 3400 g / mol) and oleic acid / oleylamine was synthesized by the polyol method. The X-ray diffraction confirmed the composition and phase obtained in each sample. It studied the composition of the coating of NPs through spectroscopy in the infrared region and quantified through thermogravimetric analysis. The preparation of LB films of a silver nanoparticles covered with oleic acid and olelamine (Ag@AO/OL) was done according to the methodology described by Shin et al. The images obtained by electron microscopy high resolution scan can be observed that only the LB films of Ag nanoparticles coated with oleic acid and oleylamine have an organization-reaching. During the formation of the films of the other samples the aggregated nanoparticles damaging the system organization. This aggregation process may be attributed to the lack of surfactant on the surface of the NPs or excess polymer which entraps the nanoparticles in the middle of their carbon chains interfering with NPs organization. / CNPq: 139251/2013-8

Foram investigadas as propriedades de formação de filmes de Langmuir e as propriedades ópticas e elétricas de filmes mistos de Langmuir-Blodgeti (LB) preparados com os polímeros HPDR13, MMA-DR13 e IPDI-DR19CI com adição de estearato de cádmio (CdSt). Para caracterizar os polímeros foram usadas as técnicas de calorimetria diferencial de varredura, espectroscopia ultravioleta-visível (W-Vis) e difração de raios X. As medidas de isotermas de pressão e de potencial de superfície com os filmes Langmuir mostraram que ocorre agregação molecular associada a interações dipolares. Medidas de absorção no W-Vis mostraram que os agregados dipolares formados são do tipo-J. As investigações dos sistemas poliméricos mostraram que o sinal da birrefringência fotoinduzida pode depender do número de camadas LB, potência da luz de excitação e temperatura. Funções com duas exponenciais e de Kohlrausch-Williams-Watts foram usadas de forma sistemática para analisar as curvas de crescimento e decaimento do sinal de birrefringência. As dependências das constantes de tempo das funções citadas também foram analisadas em função da temperatura. Observou-se que os filmes de IPDI-DR19CI/CdSt apresentam os resultados mais regulares e mais reprodutíveis para a birrefringência fotoinduzida. Isso foi atribuído a maior homogeneidade desse tipo de filme devida a menor agregação dipolar. Experimentos realizados em baixa temperatura com o polímero MMA-DRI 13 mostraram que o sinal máximo da birrefringência fotoinduzida aumenta até 120 K e diminui acima desse valor. 0s resultados abaixo de 120 K foram analisados a luz da teoria do volume livre local e dos mecanismos de fotoisomerização e difusão rotacional térmica As medidas elétricas com os filmes LB mostraram que todos os filmes poliméricos apresentam um r e m e de condução ôhmico em baixos campos elétricos e um outro regime não ôhmico atribuído a injeção de portadores no volume do material. Concluiu-se das medidas elétrica que o CdSt determina as propriedades de condução dos filmes LB mistos / The formation of Langmuir films and the optical and electrical properties of mixed Langmuir-Blodgett (LB) films were studied. Films were prepared using cadmium stearate (CdSt) and the polymers HPDR13, MMA-DR13 and IPDI-DR19CI. These polymers were characterized with differential scanning calorimetry, visible-ultraviolet spectroscopy (UVVis) and X-ray- diffraction. Surface pressure and surface potential isotherms of the Langmuir films indicated the presence of molecular aggregation due to dipolar interactions. UV-Vis spectroscopy suggested J-type aggregation of dipoles. Measurements on mixed LB film showed that the photoinduced birefringence depends on the number of LB layers, the power of excitation light and on the temper-re. A double exponential function and the Kohlrausch-Williams-Watts function were used for analyzing the experimental curves of growth and decay of the birefringence signal. The dependence of time constants of such functions on the temperature was also analyzed. Mixed LB films of IPDI-DR19CI/CdSt presented the most reproducible results of photoinduced birefringence, which was attributed to the better homogeneity of this type film probably due to the low dipolar aggregation. Experiments carried out with the polymer MMA-DRI3 at low temperatures revealed that the maximum of birefringence increases up to 120 K and then decreases for higher temperatures. Results under 120 K were analyzed using the free local volume theory and included photoisomerization and thermal rotational diffusion processes. Electrical measurements of LB films showed that all LB films present an ohmic conduction regime at low electric fields and a non-ohmic regime attributed to charge carrier injection into the film bulk. It is concluded that CdSt determines the conduction properties of mixed LB films