Neste trabalho, filmes híbridos produzidos pela técnica da automontagem eletrostática camada-por-camada foram preparados usando-se Polioxometalatos do tipo Keggin, ácido fosfotúngstico (HPW) e o complexo monolacunar K(TPA)4[PW11O39Mn(OH2)] alternados via um polímero catiônico, poli(cloreto de alilamônio) (PAH). O filme que continha uma pré-camada de adsorção de PDMS, juntamente com 5 bicamadas de PAH e HPW apresentou um melhor comportamento eletroquímico em filmes formados sobre óxido de índio e estanho (ITO). Em função disso, este filme foi caracterizado através de Espectroscopias de Absorção na região do Ultra-Violeta Visível (UV-vis), de Absorção-Reflexão na Região do Infra-vermelho (FT-IRRAS) e de Ressonância de Plásmons de Superfície (SPR). Foi constatado por FT-IRRAS que parte da camada de PDMS está se difundindo para a superfície quando as bicamadas de PAH e HPW vão sendo preparadas. Imagens de Microscopia Eletrônica de Varredura com Emissão de Campo (MEV-EC) confirmam esta hipótese. Espectroscopia de SPR indicou que tanto a adsorção de PAH quanto a de HPW ocorrem em tempos curtos. Experimentos de Voltametria Cíclica com [Fe(CN)6]3-mostraram que este filme é poroso. Resultados de Espectroscopia de Fotoelétrons Excitados por Raios X (XPS) comprovaram que PDMS protege o substrato contra corrosão. Esse mesmo filme pôde ser utilizado numa aplicação de caráter ambiental. Ele foi capaz de detectar melamina e atrazina em concentrações 4.10-8 mol.L-1 e 1.10-6 mol.L-1 respectivamente. Filmes contendo 5 bicamadas de PAH e K(TPA)4[PW11O39Mn(OH2)] mostraram comportamentos similares referentes à queda da eletroatividade para arquiteturas iniciadas com PAH e PDMS. O filme com 5 bicamadas de PAH e K(TPA)4[PW11O39Mn(OH2)] iniciado com PAH não mostrou comportamento eletrocatalítico para a oxidação de triazinas. / In this work, self-assembled hybrid layer-by-layer films were prepared using Keggin type polyoxometalates, phosphotungstic acid (HPW) and the monolacunary complex K(TPA)4[PW11O39Mn(OH2)] alternated by a cationic polymer, poly(allylamine hydrochloride) (PAH). The film containing 5 bilayers of PAH and HPW deposited on a PDMS cushion exhibited better electrochemical behavior onto indium tin oxide (ITO) electrodes. So, this film was characterized by UV-vis spectroscopy, Fourier transformed infrared reflection adsorption spectroscopy (FT-IRRAS) and Surface Plasmon Resonance Spectroscopy (SPR). FT-IRRAS results showed that PDMS is going to the top of the bilayers of PAH and HPW when the film is prepared. Images of the Scanning Electronic Microscopy with field emission guns (FEG-SEM) confirm this fact. SPR spectroscopy results showed adsorption times of PAH and HPW short. Cyclic Voltammetry experiments with [Fe(CN)6]3- for the film confirm that it is porous. X-Ray Photoelectron spectroscopy (XPS) proved that in this film PDMS is present and it is responsible by protection against corrosion of substrate. This film can be used for environmental application. It was able to detect melamine and atrazine in concentrations of 4.10-8 and 1.10-6 mol.L-1 respectively. Films containing 5 bilayers of PAH and K(TPA)4[PW11O39Mn(OH2)] exhibited similar electrochemical behaviors for the decrease in the electroactivity for cushions of PAH and PDMS. The film with 5 bilayers of PAH and K(TPA)4[PW11O39Mn(OH2)] with PAH cushion does not exhibited electrocatalytic behavior for oxidation of triazines.

Neste trabalho, filmes híbridos produzidos pela técnica da automontagem eletrostática camada-por-camada foram preparados usando-se Polioxometalatos do tipo Keggin, ácido fosfotúngstico (HPW) e o complexo monolacunar K(TPA)4[PW11O39Mn(OH2)] alternados via um polímero catiônico, poli(cloreto de alilamônio) (PAH). O filme que continha uma pré-camada de adsorção de PDMS, juntamente com 5 bicamadas de PAH e HPW apresentou um melhor comportamento eletroquímico em filmes formados sobre óxido de índio e estanho (ITO). Em função disso, este filme foi caracterizado através de Espectroscopias de Absorção na região do Ultra-Violeta Visível (UV-vis), de Absorção-Reflexão na Região do Infra-vermelho (FT-IRRAS) e de Ressonância de Plásmons de Superfície (SPR). Foi constatado por FT-IRRAS que parte da camada de PDMS está se difundindo para a superfície quando as bicamadas de PAH e HPW vão sendo preparadas. Imagens de Microscopia Eletrônica de Varredura com Emissão de Campo (MEV-EC) confirmam esta hipótese. Espectroscopia de SPR indicou que tanto a adsorção de PAH quanto a de HPW ocorrem em tempos curtos. Experimentos de Voltametria Cíclica com [Fe(CN)6]3-mostraram que este filme é poroso. Resultados de Espectroscopia de Fotoelétrons Excitados por Raios X (XPS) comprovaram que PDMS protege o substrato contra corrosão. Esse mesmo filme pôde ser utilizado numa aplicação de caráter ambiental. Ele foi capaz de detectar melamina e atrazina em concentrações 4.10-8 mol.L-1 e 1.10-6 mol.L-1 respectivamente. Filmes contendo 5 bicamadas de PAH e K(TPA)4[PW11O39Mn(OH2)] mostraram comportamentos similares referentes à queda da eletroatividade para arquiteturas iniciadas com PAH e PDMS. O filme com 5 bicamadas de PAH e K(TPA)4[PW11O39Mn(OH2)] iniciado com PAH não mostrou comportamento eletrocatalítico para a oxidação de triazinas. / In this work, self-assembled hybrid layer-by-layer films were prepared using Keggin type polyoxometalates, phosphotungstic acid (HPW) and the monolacunary complex K(TPA)4[PW11O39Mn(OH2)] alternated by a cationic polymer, poly(allylamine hydrochloride) (PAH). The film containing 5 bilayers of PAH and HPW deposited on a PDMS cushion exhibited better electrochemical behavior onto indium tin oxide (ITO) electrodes. So, this film was characterized by UV-vis spectroscopy, Fourier transformed infrared reflection adsorption spectroscopy (FT-IRRAS) and Surface Plasmon Resonance Spectroscopy (SPR). FT-IRRAS results showed that PDMS is going to the top of the bilayers of PAH and HPW when the film is prepared. Images of the Scanning Electronic Microscopy with field emission guns (FEG-SEM) confirm this fact. SPR spectroscopy results showed adsorption times of PAH and HPW short. Cyclic Voltammetry experiments with [Fe(CN)6]3- for the film confirm that it is porous. X-Ray Photoelectron spectroscopy (XPS) proved that in this film PDMS is present and it is responsible by protection against corrosion of substrate. This film can be used for environmental application. It was able to detect melamine and atrazine in concentrations of 4.10-8 and 1.10-6 mol.L-1 respectively. Films containing 5 bilayers of PAH and K(TPA)4[PW11O39Mn(OH2)] exhibited similar electrochemical behaviors for the decrease in the electroactivity for cushions of PAH and PDMS. The film with 5 bilayers of PAH and K(TPA)4[PW11O39Mn(OH2)] with PAH cushion does not exhibited electrocatalytic behavior for oxidation of triazines.

Neste trabalho exploramos o uso de diferentes técnicas de microestruturação de materiais poliméricos a laser, visando a obteção de superfícies que podem ser aplicadas tanto no desenvolvimento de dispositivos fotônicos quanto de materiais biomédicos. Primeiramente, estudamos a influência da energia de pulso e velocidade de translação sobre as microestruturas produzidas na superfície de filmes de poli(2-metóxi-5-(2-etil-hexiloxi)-1,4-fenileno vinileno) (MEH-PPV). Observamos que a rugosidade da superfície microestruturada aumentou significativamente com o aumento da energia de pulso e velocidade de translação. Além disso, determinamos o limiar de energia para remoção de material, distinguindo o intervalo de energia para a remoção do polímero daquele que causa somente alterações morfológicas. Uma vez que as condições de microestruturação com pulsos laser de femtossegundos foram determinadas, aplicamos tal abordagem para fabricar um dispositivo eletroluminescente microestruturado, sem danificar o polímero e a camada de óxido de índio-estanho, utilizada como contato. Em uma segunda vertente do trabalho, estudamos a influência da energia do pulso ultracurto sobre as propriedades físico-químicas de filmes de quitosana. Neste caso, determinamos o limiar de energia para que ocorra mudança estrutural e remoção de material polimérico. Com isso, produzimos microestruturas com características mais hidrofílicas, além de superfícies com diferentes estruturações superficiais, que foram utilizadas para investigar seu potencial no estudo da formação de biofilme de Staphylococcus aureus. Neste caso, produzimos microestruturas com dimensões de 500 μm2 e diferentes periodicidades (variando de 4 a 12 μm) na superfície de filmes de quitosana e polimetilmetacrilato (PMMA). Com essas microestruturas, observamos distintos comportamentos para a formação de biofilme; no caso do PMMA, não houve distinção de desenvolvimento; quanto às amostras de quitosana, observamos uma preferência das bactérias por superfícies mais rugosas e regiões de bordas das microestruturas. Por fim, em uma terceira vertente do trabalho, utilizamos o método de estruturação direta por interferência para fabricar microestruturas periódicas em membranas de poliuretano, usando pulsos de nanossegundos. Com esse método, produzimos microestruturas de alta qualidade na superfície de membranas de poliuretano, com diferentes periodicidades (variando de 500 nm até 5 μm). Essa microestruturação permitiu a obtenção de amostras com comportamento de molhamento anisotrópico. De maneira geral, os resultados aqui apresentados, além de demonstrar a potencialidade das técnicas de microfabricação a laser, fornecem importantes informações sobre os parâmetros ótimos para microfabricação em filmes poliméricos, visando aplicações tanto em dispositivos fotônicos e optoeletrônicos quanto em biomateriais. / In this work we explored the use of laser micromachining methods to structure polymeric materials, aiming to obtain surfaces that can be applied in the development of photonic devices as well as biomedical materials. Firstly, we investigated the influence of pulse energy and translation speed on microstructures fabricated on the surface of poly[2-methoxy-5- (2\'-ethylhexyloxy)-p-phenylenevinylene] (MEH-PPV) films. We observed that the roughness of the microstructured surface significantly increased with the pulse energy and translation speed. Besides, we determined the energy threshold for material removal, distinguishing the energy range for polymer removal from that causing only structural changes. Once the proper laser micromachining conditions were determined, we were able to apply such approach to fabricate a functional microstructured electroluminescent device, without disrupting the indium tin oxide layer used as the contact for the devices. In the second part of the work, we studied the influence of femtosecond pulses on the structuring process of chitosan films. In this case, we determined the threshold energy that leads to structural change and material removal. We have been able to produced microstructures with hydrophilic characteristics, in addition to surfaces with different structuring that were used to study the formation of Staphylococcus aureus biofilm. For such purpose we produced microstructured areas of 500 μm2 and different periods (ranging from 4 to 12 μm) on the surface of chitosan and poly(methyl methacrylate)(PMMA) films. With these microstructures we observed different behaviors in the biofilm formation; in the case of PMMA, there was not distinction of development; concerning the chitosan samples we observed preferential bacterial growth on the rougher regions of the microstructures. Lastly, in a third part of the study, we used the method of direct laser interference patterning to fabricate periodic microstructures on polyurethane membranes, using nanosecond pulses. With this method, we produced high quality microstructures on the surface of polyurethane with different periodicity (from 500 nm to 5.0 μm). This approach allowed obtaining samples with anisotropic wetting behavior. In general, the results presented here, in addition to demonstrating the potential of the laser micromachining methods to structure polymeric samples, provides important information about the optimal parameters to micromachining of polymer films, aiming at applications in photonic devices, optoelectronics and biomaterials.

Neste trabalho exploramos o uso de diferentes técnicas de microestruturação de materiais poliméricos a laser, visando a obteção de superfícies que podem ser aplicadas tanto no desenvolvimento de dispositivos fotônicos quanto de materiais biomédicos. Primeiramente, estudamos a influência da energia de pulso e velocidade de translação sobre as microestruturas produzidas na superfície de filmes de poli(2-metóxi-5-(2-etil-hexiloxi)-1,4-fenileno vinileno) (MEH-PPV). Observamos que a rugosidade da superfície microestruturada aumentou significativamente com o aumento da energia de pulso e velocidade de translação. Além disso, determinamos o limiar de energia para remoção de material, distinguindo o intervalo de energia para a remoção do polímero daquele que causa somente alterações morfológicas. Uma vez que as condições de microestruturação com pulsos laser de femtossegundos foram determinadas, aplicamos tal abordagem para fabricar um dispositivo eletroluminescente microestruturado, sem danificar o polímero e a camada de óxido de índio-estanho, utilizada como contato. Em uma segunda vertente do trabalho, estudamos a influência da energia do pulso ultracurto sobre as propriedades físico-químicas de filmes de quitosana. Neste caso, determinamos o limiar de energia para que ocorra mudança estrutural e remoção de material polimérico. Com isso, produzimos microestruturas com características mais hidrofílicas, além de superfícies com diferentes estruturações superficiais, que foram utilizadas para investigar seu potencial no estudo da formação de biofilme de Staphylococcus aureus. Neste caso, produzimos microestruturas com dimensões de 500 μm2 e diferentes periodicidades (variando de 4 a 12 μm) na superfície de filmes de quitosana e polimetilmetacrilato (PMMA). Com essas microestruturas, observamos distintos comportamentos para a formação de biofilme; no caso do PMMA, não houve distinção de desenvolvimento; quanto às amostras de quitosana, observamos uma preferência das bactérias por superfícies mais rugosas e regiões de bordas das microestruturas. Por fim, em uma terceira vertente do trabalho, utilizamos o método de estruturação direta por interferência para fabricar microestruturas periódicas em membranas de poliuretano, usando pulsos de nanossegundos. Com esse método, produzimos microestruturas de alta qualidade na superfície de membranas de poliuretano, com diferentes periodicidades (variando de 500 nm até 5 μm). Essa microestruturação permitiu a obtenção de amostras com comportamento de molhamento anisotrópico. De maneira geral, os resultados aqui apresentados, além de demonstrar a potencialidade das técnicas de microfabricação a laser, fornecem importantes informações sobre os parâmetros ótimos para microfabricação em filmes poliméricos, visando aplicações tanto em dispositivos fotônicos e optoeletrônicos quanto em biomateriais. / In this work we explored the use of laser micromachining methods to structure polymeric materials, aiming to obtain surfaces that can be applied in the development of photonic devices as well as biomedical materials. Firstly, we investigated the influence of pulse energy and translation speed on microstructures fabricated on the surface of poly[2-methoxy-5- (2\'-ethylhexyloxy)-p-phenylenevinylene] (MEH-PPV) films. We observed that the roughness of the microstructured surface significantly increased with the pulse energy and translation speed. Besides, we determined the energy threshold for material removal, distinguishing the energy range for polymer removal from that causing only structural changes. Once the proper laser micromachining conditions were determined, we were able to apply such approach to fabricate a functional microstructured electroluminescent device, without disrupting the indium tin oxide layer used as the contact for the devices. In the second part of the work, we studied the influence of femtosecond pulses on the structuring process of chitosan films. In this case, we determined the threshold energy that leads to structural change and material removal. We have been able to produced microstructures with hydrophilic characteristics, in addition to surfaces with different structuring that were used to study the formation of Staphylococcus aureus biofilm. For such purpose we produced microstructured areas of 500 μm2 and different periods (ranging from 4 to 12 μm) on the surface of chitosan and poly(methyl methacrylate)(PMMA) films. With these microstructures we observed different behaviors in the biofilm formation; in the case of PMMA, there was not distinction of development; concerning the chitosan samples we observed preferential bacterial growth on the rougher regions of the microstructures. Lastly, in a third part of the study, we used the method of direct laser interference patterning to fabricate periodic microstructures on polyurethane membranes, using nanosecond pulses. With this method, we produced high quality microstructures on the surface of polyurethane with different periodicity (from 500 nm to 5.0 μm). This approach allowed obtaining samples with anisotropic wetting behavior. In general, the results presented here, in addition to demonstrating the potential of the laser micromachining methods to structure polymeric samples, provides important information about the optimal parameters to micromachining of polymer films, aiming at applications in photonic devices, optoelectronics and biomaterials.

O projeto de novos materiais para aplicações tecnológicas em biomateriais e bioengenharia é altamente dependente de como as células aderem à superfície de um material. A adesão e crescimento em biomateriais depende de propriedades do substrato, tais como molhabilidade da superfície, a topografia e a composição química de superfície. O objetivo deste estudo foi investigar as interações de diversos materiais com culturas celulares de células epitelial CHO (Ovário de Hamster Chinês). Os materiais utilizados foram SU-8 2005 (elétron-resiste, Microchem), PDMS (Poli (dimetil siloxano), Down Corning), DLC (Diamond-like Carbon) e vidro foi utilizado como referência. Superfícies de vidro, SU-8, PDMS e DLC lisas (planas) e isentas de modificação ou tratamento específico foram avaliadas quanto ao cultivo de células CHO. Valores médios dos fatores de forma (Ff) de 450 células foram calculados para cada uma das culturas realizadas sobre os 4 substratos. Foram obtidos Ff próximos a 0,52 para o vidro, o SU-8 liso e o DLC, demonstrando um bom espraiamento das células nessas superfícies. A superfície de PDMS apresentou valor unitário para o fator de forma (Ff), que está relacionado a um baixo espraiamento das células. A energia de superfície (ES) obtida para o PDMS é compatível com o resultado de fator de forma (Ff), uma vez que o menor valor para ES é coerente com a baixa adesão celular, o que gerou células com elevado fator de forma (Ff). O SU-8 foi modificado por implantação iônica com uma dose de 1,2x1016 átomos/cm2 e a energia de implantação foi de 8 keV, como referência foi utilizada uma superfície lisa de SU-8 sem implantação. Os resultados mostraram que o número de células vivas por unidade de área foi superior na superfície de SU-8 com prata implantada, mostrando o bom desempenho da cultura nesse substrato. As superfícies de DLC modificadas por tratamento com plasma de oxigênio (DLC-O) e com plasma de hexafluoreto de enxofre (DLC-F) foram utilizadas para cultura celular, os resultados de três experimentos independentes de contagem de número de núcleos (marcados com DAPI) por unidade de área confirmaram os resultados obtidos através do teste de viabilidade (marcados com trypan blue). A superfície de DLC-O, apresentou um maior número de núcleos por unidade de área, quando comparado à superfície DLC-F, da mesma forma que nos resultados obtidos pelo teste de viabilidade. As energias de superfície para as amostras de DLC-F e DLC-O indicaram que a superfície DLC-O é mais hidrofílica do que a superfície DLC-F, que está coerente com o que é conhecido da literatura e com os resultados obtidos em nosso trabalho. Cultura de células CHO foram realizadas em superfícies litografadas com estruturas hexagonais periódicas com o parâmetro 2R (diâmetro do círculo inscrito) sendo 12 µm, 30 µm, 80 µm, 280 µm, 560 µm e também em SU-8 liso. Estas superfícies foram caracterizadas por microscopia óptica de fluorescência com relação ao número de núcleos (marcados com o fluoróforo DAPI) por unidade de área, isto é, núcleos/mm2. Obteve-se histogramas com o número médio de núcleos por mm2 em três experimentos independentes, onde o número núcleos/mm2 foi consideravelmente maior para 80 µm. As superfícies contendo cavidades periódicas de 12 µm e 30 µm apresentaram dificuldade para as células CHO aderirem à superfície. Em uma outra etapa realizou-se culturas celulares em triplicata dos substratos com as superfícies 12 µm, 80 µm, 280 µm, 560 µm e também em SU-8 liso. As células em cada uma das superfícies foram analisadas por microscopia óptica (MO) para avaliação da viabilidade celular, utilizando marcador trypan blue. Obteve-se histogramas com os valores médios para o número de células vivas/mm2 para as culturas celulares que corrobora os resultados obtidos no histograma da cultura celular que tiveram os núcleos marcados pelo fluoróforo DAPI. Assim, fica confirmado o melhor desempenho da cultura celular no substrato 80 µm que apresentou o maior número de células vivas/mm2 As micrografias obtidas através de marcação por DAPI foram analisadas através da função de correlação com intuito de se entender como as células estavam organizadas. Isso foi feito para cada uma das superfícies litografadas, 12 µm, 30 µm, 80 µm, 280 µm, 560 µm e também em SU-8 liso. As superfícies dos substratos 80 µm apresentaram os menores valores de distâncias para primeiros e segundos vizinhos, ou seja, as células estão mais próximas umas das outras. As demais superfícies tendem a separar mais as células. Obteve-se também os valores de raio de aglomerado (rc), distância entre os aglomerados (dc) e o número de primeiros vizinhos (Np) através do ajuste da função de correlação. A análise de correlação mostrou com clareza o que não era evidenciado apenas visualizando-se as imagens. Ela mostra que as células, mesmo em SU-8 liso tem a forte tendência de formar aglomerados de células com raio de aproximadamente 45 µm. No caso de substratos lisos, células CHO apresentaram a melhor adesão na superfície do SU-8, seguido do DLC, enquanto que o PDMS foi a pior situação, devido à baixa molhabilidade do material. No caso de superfícies com microestrutura, SU-8 contendo microcavidades hexagonais de 12 e 30 µm mostraram ser as situações mais adversas para o crescimento de células CHO, provavelmente por causa da topografia das cavidades serem de menor tamanho quando comparadas ao tamanho das células CHO. Em vez disso, SU-8, contendo microcavidades hexagonais de 80 µm foi a superfície mais favorável para o crescimento de células CHO. / The design of new materials for technological applications in biomaterials and bioengineering is highly dependent on how the cells adhere to the material surface. The cells adhesion and growth on biomaterials depends on substrate properties such as surface wettability, topography and the chemical composition. The aim of this study was to investigate the interactions of various materials with cell cultures of epithelial cells CHO (Chinese Hamster Ovary). The materials used were SU-8 2005 (electron resists, Microchem), PDMS (poly (dimethyl siloxane), Dow Corning), DLC (Diamond-like Carbon) and glass was used as reference. Unmodified and flat surfaces of glass, SU-8, PDMS and DLC were evaluated for the culture of CHO cells. Form factor (Ff) values were calculated as average of 450 cells for each of the cultures performed on the four substrates. Ff close to 0.52 was obtained for flat surfaces of glass, SU-8 and DLC, showing a good cell spreading on these surfaces. The surface of PDMS presented a form factor (Ff) near unity, which is related to low spreading cell. The surface energy (ES) obtained for the PDMS is coherent with the Ff result, since the smallest value of ES is consistent with the low cell adhesion, which resulted in cells with a high Ff. The SU-8 was modified by ion implantation using a dose of 1.2x1016 atoms/cm2 and an implantation energy of 8 keV, unmodified flat SU-8 was used as a reference. The cell culture results showed that the number of live cells per unit area was greater in the SU-8 surface implanted with silver, showing a good performance in the culture substrate. The DLC surfaces modified by plasma treatment with oxygen (DLC-O) and sulfur hexafluoride (DLC-F) were used for cell culture. The results of three independent experiments, counting the number of nuclei (marked with DAPI) per unit area, confirmed the results obtained by the viability test (marked with trypan-blue). The surface of the DLC-O had higher number of nuclei per unit area when compared to the surface of the DLC-F, similarly to the results obtained for the viability test. The surface energies of the DLC-F and DLC-O samples indicated that the DLC-O surface is more hydrophilic than the DLC-F surface, which is consistent with results obtained with our work and with the literature. CHO cell culture were performed on surfaces with periodic hexagonal structures with the diameter of inscribed circle (2R) given by 12 µm, 30 µm, 80 µm, 280 µm, 560 µm and also on flat SU-8. These surfaces were characterized by fluorescence optical microscopy with respect to the number of nuclei (marked with fluorophore DAPI) per unit area, i.e. nuclei/mm2. Histograms were obtained for the average number of nuclei per mm2 in three independent experiments, where the substrate with periodic hexagonal structures with 2R = 80 µm presented considerably higher nuclei/mm2. Surfaces containing periodic cavities of 2R =12 µm and 30 µm were adverse for CHO cells adhesion. In another approach, cell culture were analyzed by light microscopy (LM) for evaluation of cell viability using trypan-blue marker. This was carried out in triplicate cell culture on substrates with surfaces 12 µm, 80 µm, 280 µm, 560 µm and also on flat SU-8. Histograms were generated for average number of living cells/mm2 for each substrate, which corroborates with the results obtained for the cell culture marked with fluorophore DAPI. Thus, it is confirmed the better performance of the cell culture on substrates with 2R = 80 µm, presenting the highest number of living cells/mm2. The micrographs obtained with cells marked with DAPI were analyzed through the correlation function with the aim of understanding how the cells were organized. This was performed for each of the lithographed surfaces 12 µm, 30 µm, 80 µm, 280 µm, 560 µm and also flat SU-8. The surfaces of the substrates with 2R = 80 µm had the lowest values for length between its neighbors, that is, the cells are closer to each other. The remaining surfaces tend to separate the cells. Also were obtained the cluster radius values (rc), the distance between the clusters (dc) and the number of nearest neighbors (Np) through the correlation function fitting. The correlation analysis clearly showed what was not possible to observe by viewing the images. It shows that the cells, even in flat SU-8, have a strong tendency to form clusters of cells within about 45 micrometers. In the case of flat substrates, CHO cells exhibited better adhesion to the surface of SU-8, followed by the DLC, while the PDMS was worse due to low wettability of the material. In the case of surfaces with microstructures, SU-8 containing hexagonal microstructures of 12 and 30 µm showed to be the most adverse conditions for the CHO cell growth, probably because of the topography of the cavities being smaller in size compared to the size of CHO cells. SU-8 with 80 µm hexagonal microstructures was more favorable surface for the growth of CHO cells.

O projeto de novos materiais para aplicações tecnológicas em biomateriais e bioengenharia é altamente dependente de como as células aderem à superfície de um material. A adesão e crescimento em biomateriais depende de propriedades do substrato, tais como molhabilidade da superfície, a topografia e a composição química de superfície. O objetivo deste estudo foi investigar as interações de diversos materiais com culturas celulares de células epitelial CHO (Ovário de Hamster Chinês). Os materiais utilizados foram SU-8 2005 (elétron-resiste, Microchem), PDMS (Poli (dimetil siloxano), Down Corning), DLC (Diamond-like Carbon) e vidro foi utilizado como referência. Superfícies de vidro, SU-8, PDMS e DLC lisas (planas) e isentas de modificação ou tratamento específico foram avaliadas quanto ao cultivo de células CHO. Valores médios dos fatores de forma (Ff) de 450 células foram calculados para cada uma das culturas realizadas sobre os 4 substratos. Foram obtidos Ff próximos a 0,52 para o vidro, o SU-8 liso e o DLC, demonstrando um bom espraiamento das células nessas superfícies. A superfície de PDMS apresentou valor unitário para o fator de forma (Ff), que está relacionado a um baixo espraiamento das células. A energia de superfície (ES) obtida para o PDMS é compatível com o resultado de fator de forma (Ff), uma vez que o menor valor para ES é coerente com a baixa adesão celular, o que gerou células com elevado fator de forma (Ff). O SU-8 foi modificado por implantação iônica com uma dose de 1,2x1016 átomos/cm2 e a energia de implantação foi de 8 keV, como referência foi utilizada uma superfície lisa de SU-8 sem implantação. Os resultados mostraram que o número de células vivas por unidade de área foi superior na superfície de SU-8 com prata implantada, mostrando o bom desempenho da cultura nesse substrato. As superfícies de DLC modificadas por tratamento com plasma de oxigênio (DLC-O) e com plasma de hexafluoreto de enxofre (DLC-F) foram utilizadas para cultura celular, os resultados de três experimentos independentes de contagem de número de núcleos (marcados com DAPI) por unidade de área confirmaram os resultados obtidos através do teste de viabilidade (marcados com trypan blue). A superfície de DLC-O, apresentou um maior número de núcleos por unidade de área, quando comparado à superfície DLC-F, da mesma forma que nos resultados obtidos pelo teste de viabilidade. As energias de superfície para as amostras de DLC-F e DLC-O indicaram que a superfície DLC-O é mais hidrofílica do que a superfície DLC-F, que está coerente com o que é conhecido da literatura e com os resultados obtidos em nosso trabalho. Cultura de células CHO foram realizadas em superfícies litografadas com estruturas hexagonais periódicas com o parâmetro 2R (diâmetro do círculo inscrito) sendo 12 µm, 30 µm, 80 µm, 280 µm, 560 µm e também em SU-8 liso. Estas superfícies foram caracterizadas por microscopia óptica de fluorescência com relação ao número de núcleos (marcados com o fluoróforo DAPI) por unidade de área, isto é, núcleos/mm2. Obteve-se histogramas com o número médio de núcleos por mm2 em três experimentos independentes, onde o número núcleos/mm2 foi consideravelmente maior para 80 µm. As superfícies contendo cavidades periódicas de 12 µm e 30 µm apresentaram dificuldade para as células CHO aderirem à superfície. Em uma outra etapa realizou-se culturas celulares em triplicata dos substratos com as superfícies 12 µm, 80 µm, 280 µm, 560 µm e também em SU-8 liso. As células em cada uma das superfícies foram analisadas por microscopia óptica (MO) para avaliação da viabilidade celular, utilizando marcador trypan blue. Obteve-se histogramas com os valores médios para o número de células vivas/mm2 para as culturas celulares que corrobora os resultados obtidos no histograma da cultura celular que tiveram os núcleos marcados pelo fluoróforo DAPI. Assim, fica confirmado o melhor desempenho da cultura celular no substrato 80 µm que apresentou o maior número de células vivas/mm2 As micrografias obtidas através de marcação por DAPI foram analisadas através da função de correlação com intuito de se entender como as células estavam organizadas. Isso foi feito para cada uma das superfícies litografadas, 12 µm, 30 µm, 80 µm, 280 µm, 560 µm e também em SU-8 liso. As superfícies dos substratos 80 µm apresentaram os menores valores de distâncias para primeiros e segundos vizinhos, ou seja, as células estão mais próximas umas das outras. As demais superfícies tendem a separar mais as células. Obteve-se também os valores de raio de aglomerado (rc), distância entre os aglomerados (dc) e o número de primeiros vizinhos (Np) através do ajuste da função de correlação. A análise de correlação mostrou com clareza o que não era evidenciado apenas visualizando-se as imagens. Ela mostra que as células, mesmo em SU-8 liso tem a forte tendência de formar aglomerados de células com raio de aproximadamente 45 µm. No caso de substratos lisos, células CHO apresentaram a melhor adesão na superfície do SU-8, seguido do DLC, enquanto que o PDMS foi a pior situação, devido à baixa molhabilidade do material. No caso de superfícies com microestrutura, SU-8 contendo microcavidades hexagonais de 12 e 30 µm mostraram ser as situações mais adversas para o crescimento de células CHO, provavelmente por causa da topografia das cavidades serem de menor tamanho quando comparadas ao tamanho das células CHO. Em vez disso, SU-8, contendo microcavidades hexagonais de 80 µm foi a superfície mais favorável para o crescimento de células CHO. / The design of new materials for technological applications in biomaterials and bioengineering is highly dependent on how the cells adhere to the material surface. The cells adhesion and growth on biomaterials depends on substrate properties such as surface wettability, topography and the chemical composition. The aim of this study was to investigate the interactions of various materials with cell cultures of epithelial cells CHO (Chinese Hamster Ovary). The materials used were SU-8 2005 (electron resists, Microchem), PDMS (poly (dimethyl siloxane), Dow Corning), DLC (Diamond-like Carbon) and glass was used as reference. Unmodified and flat surfaces of glass, SU-8, PDMS and DLC were evaluated for the culture of CHO cells. Form factor (Ff) values were calculated as average of 450 cells for each of the cultures performed on the four substrates. Ff close to 0.52 was obtained for flat surfaces of glass, SU-8 and DLC, showing a good cell spreading on these surfaces. The surface of PDMS presented a form factor (Ff) near unity, which is related to low spreading cell. The surface energy (ES) obtained for the PDMS is coherent with the Ff result, since the smallest value of ES is consistent with the low cell adhesion, which resulted in cells with a high Ff. The SU-8 was modified by ion implantation using a dose of 1.2x1016 atoms/cm2 and an implantation energy of 8 keV, unmodified flat SU-8 was used as a reference. The cell culture results showed that the number of live cells per unit area was greater in the SU-8 surface implanted with silver, showing a good performance in the culture substrate. The DLC surfaces modified by plasma treatment with oxygen (DLC-O) and sulfur hexafluoride (DLC-F) were used for cell culture. The results of three independent experiments, counting the number of nuclei (marked with DAPI) per unit area, confirmed the results obtained by the viability test (marked with trypan-blue). The surface of the DLC-O had higher number of nuclei per unit area when compared to the surface of the DLC-F, similarly to the results obtained for the viability test. The surface energies of the DLC-F and DLC-O samples indicated that the DLC-O surface is more hydrophilic than the DLC-F surface, which is consistent with results obtained with our work and with the literature. CHO cell culture were performed on surfaces with periodic hexagonal structures with the diameter of inscribed circle (2R) given by 12 µm, 30 µm, 80 µm, 280 µm, 560 µm and also on flat SU-8. These surfaces were characterized by fluorescence optical microscopy with respect to the number of nuclei (marked with fluorophore DAPI) per unit area, i.e. nuclei/mm2. Histograms were obtained for the average number of nuclei per mm2 in three independent experiments, where the substrate with periodic hexagonal structures with 2R = 80 µm presented considerably higher nuclei/mm2. Surfaces containing periodic cavities of 2R =12 µm and 30 µm were adverse for CHO cells adhesion. In another approach, cell culture were analyzed by light microscopy (LM) for evaluation of cell viability using trypan-blue marker. This was carried out in triplicate cell culture on substrates with surfaces 12 µm, 80 µm, 280 µm, 560 µm and also on flat SU-8. Histograms were generated for average number of living cells/mm2 for each substrate, which corroborates with the results obtained for the cell culture marked with fluorophore DAPI. Thus, it is confirmed the better performance of the cell culture on substrates with 2R = 80 µm, presenting the highest number of living cells/mm2. The micrographs obtained with cells marked with DAPI were analyzed through the correlation function with the aim of understanding how the cells were organized. This was performed for each of the lithographed surfaces 12 µm, 30 µm, 80 µm, 280 µm, 560 µm and also flat SU-8. The surfaces of the substrates with 2R = 80 µm had the lowest values for length between its neighbors, that is, the cells are closer to each other. The remaining surfaces tend to separate the cells. Also were obtained the cluster radius values (rc), the distance between the clusters (dc) and the number of nearest neighbors (Np) through the correlation function fitting. The correlation analysis clearly showed what was not possible to observe by viewing the images. It shows that the cells, even in flat SU-8, have a strong tendency to form clusters of cells within about 45 micrometers. In the case of flat substrates, CHO cells exhibited better adhesion to the surface of SU-8, followed by the DLC, while the PDMS was worse due to low wettability of the material. In the case of surfaces with microstructures, SU-8 containing hexagonal microstructures of 12 and 30 µm showed to be the most adverse conditions for the CHO cell growth, probably because of the topography of the cavities being smaller in size compared to the size of CHO cells. SU-8 with 80 µm hexagonal microstructures was more favorable surface for the growth of CHO cells.