Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / Drug delivery systems based on gold nanomaterials are regarded as one of the most effective methods for the treatment of cancer. In this work, we developed a nanocarrier based on a thiol-organofunctionalized chitosan and gold nanoparticles (AuNPs)for docetaxel, an antineoplastic drug used for the treatment of lung, prostate, leukemia and malignant melanoma tumors. Initially, chitosan (CS) was modified with cysteine (CYS) by coupling them using N,N′-Dicyclohexylcarbodiimide (DCC). The presence of thiols groups in CS was confirmed by FTIR spectroscopy. Subsequently, AuNPs were synthesized and passivated by sodium citrate. From UV-vis spectroscopy analysis, it was possible to obtain a strong absorbance band at 520 nm, which is related to the localized surface plasmon resonance (LSPR). The size distribution of the nanoparticles was obtained by TEM, showing an average size of around 18nm. Then, a study using UV-vis spectroscopy, DLS, zeta potential and SEM was performed to understand the formation of the nanocomposite AuNPs/CS-SH. In this study, it was observed that the nanoparticles systematically aggregate in the presence of the polymeric matrix, changing their optical and morphological properties through time and amount of CS-SH. The release profile of the DTX with CS-SH was twice as much as the free drug, as well as, the material gave a controlled release up to 48 hours and constant up to 120 hours, unlike the free drug. After that time, the absorbance values remained constant until approximately 80 hours, unlike the free drug. The use of the zero order kinetic model allowed a better understanding of the drug release profile with the material. / Com o advento da nanotecnologia, sistemas avançados de entrega de fármacos têm sido eficazes no tratamento do câncer. Nesse trabalho, desenvolvemos um carreador para o fármaco antineoplásico docetaxel (DTX) a partir do sistema de liberação controlada formado por uma quitosana organofuncionalizada com grupos tióis e nanopartículas de ouro (AuNPs). Para a produção do carreador, a quitosana (CS) foi modificada com cisteína e acoplada por dicicloexilcarbodiimida (DCC). A presença dos grupos tióis na CS foi confirmada pelos espectros obtidos por FTIR. Posteriormente, as AuNPs foram sintetizadas e passivadas pelo método do citrato de sódio e, a partir da espectroscopia de absorção na região do UV-vis, foi possível obter uma banda de absorbância intensa na região de 520 nm. Os diâmetros médios das nanopartículas foram observados por TEM, obtendo um tamanho médio de aproximadamente 18 nm. Na sequência, realizamos um estudo cinético para entendermos melhor o comportamento entre o material produzido e as AuNPs, comprovando a interação destes a partir das medidas de FTIR, essa técnica também foi importante para comprovação da interação entre o fármaco e o material produzido. Complementar a este estudo, as técnicas de DLS, potencial Zeta e MEV foram utilizadas, sendo fundamentais para definirmos a massa ideal da quitosana modificada (CS-SH) nos testes de liberação. O perfil de liberação do DTX com o material foi o dobro em relação ao fármaco livre, bem como, o material proporcionou uma liberação mais lenta, nas primeiras 8 horas e continuou liberando até aproximadamente as 48 horas. Após esse tempo, os valores de absorbâncias permaneceram constantes até aproximadamente as 80 horas, diferentemente do fármaco livre. A utilização do modelo cinético de ordem zero possibilitou um melhor entendimento do perfil de liberação do fármaco com o material. / São Cristóvão, SE

Submitted by Fabio Sobreira Campos da Costa (fabio.sobreira@ufpe.br) on 2016-07-14T14:18:26Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Tese de Doutorado - Ana Carolina M.S. Dias.pdf: 7391913 bytes, checksum: 55ab68bd39f956f754684f4b795a7baa (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-14T14:18:27Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Tese de Doutorado - Ana Carolina M.S. Dias.pdf: 7391913 bytes, checksum: 55ab68bd39f956f754684f4b795a7baa (MD5) Previous issue date: 2015-05-06 / FACEPE / A infecção pelo vírus dengue (DENV) é uma das doenças tropicais mais negligenciadas e de maior importância de saúde pública no mundo. Novos métodos de diagnóstico da doença têm sido estudados através da detecção da proteína NS1 do DENV. O antígeno NS1 é um importante marcador precoce da fase aguda da dengue, secretado em altas concentrações pelo vírus no sangue de pessoas infectadas logo nos primeiros dias, porém, não é muito utilizado na rotina laboratorial para diagnóstico da doença devido ao alto custo dos ensaios. A presente tese descreve o desenvolvimento de duas plataformas sensoras eletroquímicas baseadas em eletrodos impressos (EIs) modificados com nanomateriais para detecção do antígeno NS1 do DENV. Os EIs foram confeccionados utilizando-se a impressão de tinta de carbono sobre o polietileno tereftalato (PET), suporte para impressão dos moldes. Inicialmente, foram estudados os efeitos de nanotubos de carbono e sua contribuição na transferência de elétrons, condutividade e aumento de área eletroativa da plataforma sensora. O estudo foi baseado na incorporação de nanotubos de carbono funcionalizados com grupos carboxílicos à tinta de carbono. Para detecção do NS1, um imunoensaio do tipo “sanduíche” foi realizado, no qual a captura específica do NS1 pôde ser avaliada através das reações redox da enzima peroxidase conjugada ao anticorpo. Uma faixa linear entre 0,04 g/mL e 2 g/mL de NS1 foi obtida, indicando boa performance analítica do imunossensor, com coeficiente de correlação linear de 0,996 (p<0.0001, n=8) e limite de detecção de 0,012 g/mL de NS1. Posteriormente, foi investigada a contribuição de nanopartículas metálicas no desenvolvimento de sensores eletroquímicos livres de marcação. Foram utilizadas nanopartículas de ouro (NPsAu) funcionalizadas com grupos amina para a imobilização covalente de anticorpos. Na síntese das NPsAu, foi utilizado o polietilenoimina como agente redutor e funcionalizante para promover uma ligação amida com o anticorpo anti-NS1. O imunossensor desenvolvido mostrou curva de calibração com faixa de concentração linear entre 0,1 g/mL e 2 g/mL de NS1 (r = 0,995, p<0.0001, n=7) e limite de detecção de 0,03 g/mL de NS1. A contribuição dos nanomateriais para as plataformas sensoras desenvolvidas mostrou-se efetiva na sensibilidade analítica, devido ao aumento de área eletroativa e maior quantidade de anticorpos imobilizados. A aplicação destes nanomateriais nos imunossensores proporciona novas alternativas de diagnóstico para detecção da proteína NS1 do DENV. / Infection by Dengue Virus (DENV) is one of the most neglected tropical diseases and of higher importance of public health worldwide. New methods of diagnosis of the disease have been studied through the detection of NS1 protein of DENV. NS1 antigen is an important early marker of acute dengue infection secreted in high concentrations by the virus in the blood of infected people in first days, however it is not widely used in the laboratory routine for diagnosis of the disease due to high cost of assays. The present thesis describes the development of two electrochemical sensor platforms based on screen-printed electrodes (SPEs) modified with nanomaterials for detection of NS1 antigen of DENV. SPEs were prepared using carbon ink printing on the polyethylene terephthalate (PET), support for molds printing. Initially, the effects of carbon nanotubes and their contribution to the electron transfer, conductivity and increase of electroactive area of the sensor platform were studied. The study was based on the incorporation of carbon nanotubes functionalized with carboxylic groups to the carbon ink. For NS1 detection, a sandwich-type immunoassay was carried out, wherein the specific capture of NS1 may be assessed by redox reactions of peroxidase enzyme conjugated to the antibody. A linear range between 0.04 g/mL and 2 g/mL NS1 was obtained, indicating good analytical performance of the immunosensor, with linear correlation coefficient of 0.996 (p<0.0001, n=8) and limit of detection of 0.012 g/mL NS1. Subsequently, the contribution of metal nanoparticles in the development of label-free electrochemical sensors was investigated. Gold nanoparticles (AuNPs) functionalized with amine groups were used for covalent immobilization of antibodies. In the synthesis of AuNPs, polyethyleneimine was used as a reducing and functionalizing agent to promote an amide bond with anti-NS1 antibody. The developed immunosensor showed calibration curve with linear concentration range between 0.1 g/mL and 2 g/mL NS1 (r = 0.995, p<0.0001, n = 7) and limit of detection of 0.03 g/mL NS1. The contribution of nanomaterials for the sensor platforms developed proved effective in the analytical sensitivity due to the increase of electroactive area and larger amount of immobilized biomolecules. The application of these nanomaterials in immunosensors provides new alternatives of diagnosis for detection of NS1 protein of DENV.

The gold nanorods (AuNRs) have attracted considerable interest due to their special optical properties, strongly dependent on the size and aspect ratio (thickness/length), and thus, their potential applications in optics and medicine (therapy, cancer diagnosis...). In this context, the development of new strategies for the synthesis of anisotropic nanorods with high yields and selectivities remains a challenge towards an effective control of the size and morphology. Among the different preparation routes, the seed mediated method is most commonly used, especially in the presence of cetyltrimethylammonium bromide (CTABr) as a growth-driving agent. To our knowledge, few works have reported in the literature this system in presence of other growth driving agents. In this context, we have developed a novel family of growth driving agents, N,N-dimethyl-N-cetyl-N-hydroxyalkylammonium salts (HAAX), producing gold nanorods with high yields and selectivities in water. These surfactants have good solubility in water and are easily synthesized in good yields in presence of different structural parameters that can be modulated such as: i) the length of the lipophilic chain (C12 , C16 , C18), ii ) the nature of the counter ions by metathesis (X= F-, Cl-, Br-, I-, HCO3- e BF4-), and an original way, iii) hydroxylated polar head. The gold nanoparticles obtained by the seed mediated method were characterized by UV -vis spectroscopy and transmission electron microscopy, showing the influence of the surfactant on the morphology and on the size (aspect ratio) of the gold nanoparticles. Thus, the modulation of this family of ammonium salts allows the access to different shapes and sizes of gold nanoparticles according to the desired application. The growth process control generated by the polar head groups allows the modulation of the structural parameters of gold nanorods and opens interesting perspectives in terms of applications. / Les nanobatônnets d'or (AuNRs) suscitent um intérêt considérable en raison de leurs propriétés optiques particulières, fortement dépendantes de leur rapport d’aspect (longueur/épaisseur), et donc de leurs applications potentielles em optique et en médecine. Dans ce contexte, le développement de nouvelles stratégies pour la synthèse de nanobatônnets avec des rendements et des sélectivités élevés reste un challenge avec un objectif de contrôle efficace de la taille et de la morphologie. Parmi lês différentes voies de préparation, la méthodologie par ensemencement est la plus utilisée, notamment en présence de bromure de cétyltriméthylammonium (CTABr), comme agent de croissance. A notre connaissance, peu de travaux ont été reportés dans la littérature en présence d’autres agents de croissance. Dans ce contexte, nous avons développé une famille originale d’agents de croissance, les sels de N,N-diméthyl-N-cétyl-Nhydroxyalkylammonium (HAAX), produisant des nanobatônnets d’or avec des rendements et des sélectivités elevés dans l’eau. Ces tensioactifs présentant une bonne solubilité dans l'eau sont facilement synthétisés avec de bons rendements, et différents paramètres structuraux peuvent être modules tels que: i) la longueur de la chaîne lipophile (C12, C16, C18), ii) la nature des contre-ions par métathèse anionique (X= F-, Cl-, Br-, I-, HCO3- et BF4-), et plus particulièrement; iii) la tête polaire hydroxylée. Les nanoparticules d’or obtenues par la méthode d’ensemencement ont été caractérisées par spectroscopie Uvvis et par Microscopie Electronique à Transmission, montrant l’influence du tensioactif sur la morphologie et la taille (dimension, rapport d’aspect) des nanoparticules d’or. Ainsi, cette famille de sels d’ammonium, de par sa modularité, permet d’accéder à différentes formes et tailles de nanoparticules d’or suivant l’application souhaitée et ouvre ainsi des perspectives intéressantes en termes d’applications. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Os nanobastões de ouro (AuNRs) têm atraído grande interesse devido às suas propriedades ópticas diferenciadas, fortemente dependentes do tamanho e da taxa de proporção (comprimento/largura) e, às suas potenciais aplicações em óptica e medicina (termoterapias, diagnósticos imediatos, diagnóstico de câncer etc.). Neste contexto, o desenvolvimento de novas estratégias para a síntese de nanobastões anisotrópicos com elevados rendimentos e seletividades contínuas a ser um desafio para a obtenção do controle efetivo da morfologia e do tamanho. Entre as diversas metodologias de preparação, o método mediado por semente é o mais utilizado, especialmente na presença de brometo de cetiltrimetilamônio (CTABr) como um agente direcionador de crescimento. Para nosso conhecimento, poucos trabalhos foram relatados na literatura referentes a esse sistema em presença de outros agentes direcionadores de crescimento. Neste contexto, foi desenvolvida uma nova família de agentes direcionadores de crescimento: os sais de amônio N,N-dimetil-Ncetil-N-hidroxialquilamônio (HAAX), produzindo nanobastões de ouro com alto grau de rendimento e seletividade em meio aquoso. Esses surfactantes possuem uma boa solubilidade em água e são facilmente sintetizados com bons rendimentos e com diferentes parâmetros estruturais que podem ser modificados, tais como: i) o comprimento da cadeia lipofílica (C12, C16, C18), ii) a natureza do contra-íon trocado por metátese aniônica (X= F-, Cl-, Br-, I-, HCO3- e BF4-), e de forma original, iii) a região polar hidroxilada. As nanopartículas de ouro obtidas pelo método mediado por semente foram caracterizadas por espectroscopia de UV-vis e por microscopia eletrônica de transmissão, que mostram a influência do surfactante sobre a morfologia e o tamanho (taxa de proporção) das nanopartículas de ouro. Assim, a modificação da estrutura dos sais de amônio dessa família permite um acesso a diferentes formatos e tamanhos de nanopartículas de ouro de acordo com a aplicação almejada. O controle do processo de crescimento gerado pela região do grupo polar permite a modificação dos parâmetros estruturais dos nanobastões de ouro e abre interessantes perspectivas em termos de aplicações.

Neste trabalho investigamos a dinâmica de formação de nanopartículas de Au por pulsos de femtossegundos formatados (800 nm, 30 fs, 1 kHz e 2 mJ), induzida pela ionização da molécula de quitosana. Inicialmente desenvolvemos um sistema de formatação de pulsos ultracurtos que faz uso de um modulador espacial de luz, constituído por um arranjo linear de cristais líquidos, com o qual somos capazes de impor distintas modulações de fase ao pulso laser. Para monitorar o processo de produção de nanopartículas, montamos um sistema de excitação (pulsos de femtossegundos) e prova (luz branca), o qual permite a observação em tempo real do aparecimento da banda de plásmon e, consequentemente, da dinâmica de formação das nanopartículas. Resultados obtidos para pulsos não formatados (limitados por Transformada de Fourier) demonstraram que a formação de nanopartículas deve-se à ionização não linear da quitosana, a qual está relacionada à oxidação do grupo hidroxila para o grupo carbonila. Medidas de microscopia eletrônica de transmissão forneceram os tamanhos (entre 20 e 100 nm) e formatos (esferas, pirâmides, hexágonos, bastões, etc) das nanopartículas geradas. Ainda, nossos resultados revelaram que esta ionização é iniciada por absorção multifotônica, mais especificamente por absorção de 4 fótons. Utilizando pulsos formatados com fase espectrais constante, degrau e cossenoidal com diferentes frequências, investigamos a influência destes na formação de nanopartículas. Concluímos que os pulsos mais longos são mais favoráveis ao processo de ionização, e consequente redução dos íons de Au para a formação de nanopartículas metálicas. Este comportamento se deve, provavelmente, à redistribuição da energia absorvida para os modos vibracionais, o que é mais provável para pulsos mais longos. Assim, o método apresentado pode abrir novas maneiras para a formação de nanopartículas de metálicas, as quais podem ser mais exploradas dos pontos de vista aplicado e fundamental. / In this work we have studied the synthesis of Au nanoparticles using shaped ultrashort pulses (800 nm, 30 fs, 1 kHz and 2 mJ), induced by the ionization of the chitosan. Initially we developed a pulse shaping setup that uses a spatial light modulator (liquid crystals array), with which we are able to impose distinct phase mask to the laser pulse. In order to monitor the nanoparticles production process, we used a pump-probe system, consisting of femtosecond pulses (pump) and white light (probe), which allows the observation of the plasmon band enhancement and hence the nanoparticles formation dynamics. The results obtained by Fourier Transform limited pulses have shown that the nanoparticles formation is due to the nonlinear ionization of chitosan, which is related to hydroxyl group oxidation to the carbonyl group. Transmission electron microscopy measurements provided the sizes (20-100 nm) and shapes (spheres, pyramids, hexagons, rods, etc.) of the produced nanoparticles. Moreover, our results revealed that ionization is initiated by multiphoton absorption, more specifically by four photons absorption. Using pulses shaped with constant, step and cossenoidal (with different frequencies) spectral phase masks, we investigated their influence in the nanoparticles formation. We conclude that longer pulses are more favorable to the ionization process and, consequently, to the gold ions reduction for the synthesis of the metallic nanoparticles. This behavior is probably due to the redistribution of the absorbed energy to the vibrational modes, which is more likely for longer pulses. Therefore, the approach presented here can open new ways to produce metallic nanoparticles, which can be further explored from applied and fundamental points of view.

A Espectroscopia Raman Intensificada pela Superfície (SERS) é um efeito de intensificação da intensidade Raman de uma molécula adsorvida numa superfície metálica nanoestruturada. Esta característica permite a utilização do SERS na caracterização vibracional de sistemas como junções moleculares (JM) (JM são sistemas constituídos de fios moleculares sintetizados em junções do tipo metal|fiomolecular|metal) e, no entendimento de quais características morfológicas de agregados metálicos mais influenciariam no sinal SERS obtido. Portanto, esta tese apresenta os seguintes objetivos: (a) síntese e caracterização de substratos SERS ativos, nanoesferas (AuNE) e nanobastões (AuNB) de ouro e eletrodo de ouro ativado eletroquimicamente; (b) síntese e caracterização SERS de fios moleculares em JM; (c) estudo do acoplamento plasmônico entre as superfícies metálicas em JM; (d) correlação entre SERS - morfologia de agregados individuais de AuNB. Os fios moleculares estudados foram os da família das oligofeniliminas (OPI) e, no melhor do nosso entendimento, esta foi a primeira vez que fios moleculares desta família foram caracterizados por Raman e SERS. As JM apresentaram um comportamento SERS não esperado. Enquanto para o modo vibracional, v(CS), a intensidade da banda se apresentou constante com o aumento do espaçamento entre as nanoestruturas metálicas (para distâncias de até 5 nm), o modo vibracional, &#946;(CH), teve a intensidade de sua banda aumentada. Este comportamento foi explicado considerando a diferente natureza da interação dos plasmons nas JM, sendo estas interações do tipo, ressonância de plasmon de superfície (LSPR) - dipolo imagem, para ambos os modos. No entanto, para o modo &#946;(CH) existe também uma intensificação extra devido ao aumento da polarizabilidade dos fios moleculares com o aumento do número de unidades. A correlação SERS - morfologia dos agregados de AuNB indicam que, para agregados onde predominam interações ponta a ponta, os espectros SERS apresentavam uma maior intensidade quando comparados com aqueles em que interações lado a lado predominavam. No entanto, este comportamento não foi observado para agregados contendo mais do que cinco nanopartículas onde estes dois tipos de interações ocorrem indicando que deve existir um acoplamento dos plasmons destes dois tipos de interações contribuindo para maiores valores de intensidade SERS. / Surface enhanced Raman Spectroscopy (SERS) is a Raman enhancing effect of molecules adsorbed on nanostructured metal surfaces. This characteristic allows the use of SERS in the vibrational study of Molecular Junction systems (MJ) (MJ is a system formed by Molecular Wires (pi-conjugated molecules) synthesized in metal junctions like metal|molecular-wire|metal). In addition, we can also use SERS to understand the influence of morphological characteristic of gold nanostructures. This thesis aims: (a) synthesis and characterization of gold nanospheres (AuNS), nanorods (AuNR) and gold electrode (electrochemically activated); (b) synthesis and vibrational studies of molecular wires in JM; (c) plasmon coupling studies between flat surface and gold nanorods; (d) correlation SERS - AuNR morphology of individual aggregates. For the best of our knowledge, this was the first time that oligophenilenelimine (OPI) as molecular wire was characterized by Raman and SERS. The MJ showed an unusual behavior such that the v(CS) vibrational mode remained constant in intensity with the increasing of the gap spacing (within 5 nm) while the &#946;(CH) increased with the increase of the gap. This behaviour was related to the different nature of the interaction between plasmons resonances in JM (surface plasmon resonance (LSPR) - dipole image) for the first case and due to chemical contributions by the molecular wires for the second vibrational mode. The results for SERS - morphology AuNR aggregates correlation showed (for small aggregates) that when in the aggregate predominated end-by-end interaction SERS spectra showed a higher intensity when compared to those in which interactions side-by-side predominated. Although, this behavior was not observed for aggregates containing more than five nanoparticles indicating that there is not a preferential interaction between the nanorods for such aggregates and that a mixture of both will be preferable for large SERS intensities.

A síntese e caracterização de sistemas hetero-híbridos gerados a partir da 3,6-bi-2-piridil-1,2,4,5-tetrazina (bptz) e interações com ouro nanoparticulado são abordados nesta tese. O bptz foi estudado por meio de métodos espectroscópicos e teóricos, focalizando principalmente o efeito SERS associado à adsorção em nanopartículas de ouro. O mecanismo de transferência de carga para metais macroscópicos foi transposto para a condição nanoparticulada, envolvendo ligações químicas entre bptz e as nanopartículas. Os complexos estudados possuem fórmula geral [LmRu(&#181;-bptz)RuLm]Xn, com &#8220;L&#8221; indicando os ligantes periféricos 5-cloro-1,10-fenantrolina (Clphen) ou 4&#8217;-(fenil)-2,2&#8217:6&#8217,2&#8221-terpirdina (ptpy) e &#8220;X&#8221; os contra-íons. Foram investigadas suas espectroeletroquímicas eletrônica e SERS, e as mudanças de perfil vibracional foram modeladas, incorporando o mecanismo de transferências de carga entre complexo e o ouro, além dos mecanismos ressonantes e eletromagnéticos / The synthesis and investigation of heterohybrid systems encompassing 3,6-bi-2-pyridyl-1,2,4,5-tetrazine (bptz) and its ruthenium complexes associated with gold nanoparticles are dealt with in this thesis. Bptz was characterized by spectroscopic and theoretical techniques, focusing on its SERS spectra after the adsorption onto nanoparticles. The charge transfer mechanism in the SERS spectra of macroscopic metals was transposed to the nanoparticle condition, assuming the formation of chemical bonds between bptz and the nanoparticles. Complexes of general formula [LmRu(&#181;--bptz)RuLm]Xn, &#8220;L&#8221; the peripheric ligants 5-chlorine-1,10-phenantroline or 4&#8217;-(phenyl)-2,2&#8217:6&#8217,2&#8221-terpyrdine (ptpy), and &#8220;X&#8221; counter-ions were also investigated, with special emphasis on their electronic and SERS spectroelectrochemistry. The changes in the vibrational profiles were successfully explained by the occurrence of charge transfer between the adsorbed complex and gold, in addition to the electromagnetic and resonance mechanisms.

Nesta tese são discutidos alguns aspectos importantes no desenvolvimento de sistemas fotovoltaicos moleculares. São abordados temas de interesse como a síntese de novos sensibilizadores para células solares sensibilizadas por corante, o desenvolvimento de novos materiais fotoativos, Química Supramolecular, bem como a aplicação de sistemas fotovoltaicos em eletrônica molecular, especificamente no desenvolvimento de portas lógicas moleculares e dispositivos de memória. A porfirina TBPyP, contendo quatro ligantes 2,2\'-bipiridina ligados covalentemente aos carbonos meso do anel porfirínico, foi sintetizada. Este derivado porfirínico serviu como bloco de construção de sistemas supramoleculares. A utilização desses sistemas como sensibilizadores em células solares (células de Grätzel) é discutido. Fios moleculares derivados da TBPyP foram obtidos via coordenação com íons de metais de transição e são investigados quanto à possibilidade de utilização em eletrônica molecular. Novos sistemas fotovoltaicos multicamada, utilizando filmes de porfirina depositados por evaporação a vácuo como elementos fotoativos e filmes de V2O5 como eletrodo passivo, foram estudados quanto a sua eficiência e quanto ao seu mecanismo de funcionamento. Os filmes finos de porfirina obtidos neste estudo foram testados como elelementos fotoativos em células fotovoltaicas com diferentes configurações, além daquelas utilizando filmes de V2O5. A obtenção de filmes híbridos compostos de nanopartículas de ouro e ligantes orgânicos foi desenvolvida e sua aplicação em sistemas fotovoltaicos bem como em dispositivos de memória investigada. Novas portas lógicas moleculares foram obtidas utilizando-se o arranjo de células de Grätzel convencionais sensibilizadas por clusteres trigonais de rutênio sintetizados para este fim. Seu princípio de funcionamento é discutido, bem como a seu potencial de integração em circuitos lógicos. / In this thesis some aspects concerning the development of molecular photovoltaic systems are discussed. Themes of current interest such as the synthesis of new sensitizers for dye-sensitized solar cells, the development of new photoactive materials, and Supramolecular Chemistry are treated, as well as the application of photovoltaic systems in molecular electronics, specifically in the development of molecular logic gates and memory devices. The porphyrin TBPyP, comprised of four 2,2\'-bipyridine ligands covalently linked to the porphyrin meso carbons, was synthesized. This porphyrin derivative was used as a building block on supramolecular systems. The utilization of these supramolecular species in solar cells (Grätzel cells) is discussed. The coordination of the porphyrin TBPyP with transition metal ions gave rise to molecular wires, which are investigated about its potential use in molecular electronics. New multilayer photovoltaic systems, using thermo-evaporated porphyrin films as photoactive elements and V2O5 films as passive electrodes, had their efficiency and mechanism studied. The confection of hybrid films comprised of gold nanoparticles and organic ligands was developed and its application in photovoltaic systems, as well as in memory devices, was investigated. New molecular logic gates were realized using the a Grätzel cell in its conventional configuration, sensitized by ruthenium trigonal clusters synthesized to this end.

Os biossensores são dispositivos empregados para a detecção de um analito específico, podendo assim ser no controle de qualidade nos alimentos para determinar a presença de micro-organismos, toxinas ou metabólitos. O presente estudo objetiva desenvolver um biossensor condutométrico, baseado na imobilização de peroxidasse em membranas de quitosana e quitosana com nanopartículas de ouro (AuNP) para a detecção de peroxido de hidrogênio. O trabalho foi dividido em três etapas. Na primeira etapa foi estudada a obtenção de AuNP empregando agentes redutores biológicos, sendo avaliados três monossacarídeos (glicose, frutose e galactose), três dissacarídeos (sacarose, maltose e lactose), dois biopolímeros (amido e quitosana), assim como os extratos obtidos a partir das folhas de hortelã (Mentha piperita) e cascas de furtas de abacaxi (Ananas comosus), banana (Musa sp. ), maracujá (Passiflora edulis), tangerina (Citrus reticulata). A quitosana mostrou-se como o melhor agente redutor na síntese das AuNP, as quais foram empregadas na segunda etapa para a produção de membranas. Três tipos de membranas foram processadas, membranas de quitosana sem AuNP e membranas de quitosana com AuNP com concentrações de 8 e 11mM., as quais foram caraterizadas morfológica e eletricamente. Finalmente foi avaliada a imobilização da peroxidasse usando quatro tratamentos diferentes, sendo a dispersão da peroxidasse nas soluções filmogênicas precursoras das membranas a mais eficiente. A resposta elétrica destas membranas é dependente da concentração de AuNP e da presença de enzimas, e também foi alterada quando as mesmas foram expostas a soluções de tampão fosfato com diferentes concentrações de peroxido de hidrogênio. Isto constitui o principio de operação dos biossensores condutométricos desenvolvidos neste trabalho. / Biosensors are devices used for detecting a specific analyte, and thus can be used in quality control of food for determining the presence of micro-organisms, toxins or metabolites. The present study aims to develop a conductometric biosensor based on the immobilization of peroxidase in membranes of chitosan and chitosan with gold nanoparticles (AuNP) for the detection of hydrogen peroxide. The work was divided into three stages. In the first stage, methods for obtaining AuNP employing biological reducing agents were studied, evaluating three monosaccharides (glucose, fructose and galactose), three disaccharides (sucrose, maltose and lactose), two biopolymers (starch and chitosan), as well as the extracts obtained from the leaves of mint (Mentha piperita) and husks dost thou pineapple (Ananas comosus), banana (Musa sp), passion fruit (Passiflora edulis), mandarin (Citrus reticulata). Chitosan exhibited the best behavior as reducing agent for the synthesis of AuNP, which were employed in the second step for the production of membranes. Three types of membranes were processed, chitosan membranes without AuNP and chitosan membranes with AuNP with concentrations of 8 and 11mM, which were morphologically and electrically characterized. Finally the peroxidase immobilization was evaluated using four different procedures, being the dispersion of the peroxidase in filmogenic solutions precursor of membranes the more efficient. The electrical response of these membranes, depends on the AuNP concentration and the presence of enzymes, and was also altered when they were exposed to hydrogen peroxide containing phosphate buffer solutions. This constitutes the principle of operation of the conductometric biosensor developed in this work.

Made available in DSpace on 2017-07-21T19:25:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Vinicius Mariani.pdf: 12327357 bytes, checksum: 1e83d3e17afc9ea8500a2b6e3adf5a5f (MD5) Previous issue date: 2015-03-05 / The optical properties as well as thermal transport nanoparticles attract great attention due to the possibilities of applications and research in basic physics. Among the most studied systems are gold nanoparticles by presenting a plasmon resonance frequency in the visible wavelength. However, the manner in which generate heat when excited optically and how the surface plasmon can be used as a probe medium in which the particles are dispersed have been little explored. In this work we present an experimental study of the thermal lens effect of lyotropic liquid crystals doped with gold nanoparticles, under cw 532 nm optical excitation, and a study of how the surface plasmon resonance of colloidal gold can probe the local ordering of a anisotropic media. Spherical gold nanoparticles of approximately 12 nm were synthesized by the Turkevich’s method and the two lyotropic liquid crystals were prepared with a ternary mixture of sodium dodecyl sulfate (SDS) and potassium laurate (KL) with 1-decanol (1-DeOH ) and water. The lyotropic matrix with SDS induced the formation of nanoparticle aggregates, leading to a broad and a red shift of the plasmon resonance band. The nonlinear refraction index of thermal origin increases as a power law with respect to particle density, being possible to adress this behavior with the presence of nanopaticles clusters. In the case of liquid crystal composed of KL, we studied the reentrant isotropic - nematic calamitic - isotropic phase transitions, monitoring the plasmon resonance of the nanoparticles. For transitions at low temperatures, isotropic reentrant to nematic, the resonance band has a red-shift of 7 nm which can be assigned mainly with the increase of the dielectric constant due to a change in the shape anisotropy of the micelles. On the other hand, in the high temperature transition, the maximum absorption wavelength suffer a slight extra red-shift which may be due to a small change in the correlation length. / As propriedades ópticas, assim como as de transporte térmico em nanopartículas atraem grande atenção devido as possibilidades de aplicações e pesquisa em Física básica. Entre os sistemas mais estudados estão as nanopartículas de ouro por apresentar uma frequência de ressonância de plasmon no comprimento de onda do visível. No entanto a forma com que geram calor quando excitadas opticamente e como a superfície de plasmon pode ser utilizada como sonda do meio em que as partículas estão dispersas têm sido pouco exploradas. Neste trabalho apresentamos um estudo experimental do efeito de lente térmica de cristais líquidos liotrópicos dopados com nanopartículas de ouro, sobre a excitação óptica de 532 nm, e um estudo de como a ressonância de plasmon de superfície do ouro coloidal pode sondar o ordenamento local de um meio anisotrópico. Nanopartículas esféricas de ouro em torno de 12 nm foram sintetizadas pelo método de Turkevich e dois cristais líquidos liotrópicos foram preparados com uma mistura ternária de dodecil sulfato de sódio (SDS) ou laurato de potássio (KL) com 1-decanol (1-DeOH) e água. A matriz liotrópica com SDS induziu a formação de agregados de nanopartículas, levando a um alargamento e deslocamento da banda de ressonância de plasmon para o vermelho. O índice de refração não linear de origem térmica aumenta como uma lei de potência em relação à densidade de partículas, sendo possível relacionar seu comportamento com a presença de agregados. No caso do cristal líquido composto por KL, estudamos as transições de fase isotrópica reentrante - nemática calamítica e posteriormente para a fase isotrópica em alta temperatura, monitorando a ressonância de plasmon das nanopartículas. Para transições em baixas temperaturas, isotrópica reentrante para nemática, a banda de ressonância tem um deslocamento de 7 nm para o vermelho que pode ser associado principalmente com o aumento da constante dielétrica devido a uma alteração na anisotropia de forma das micelas. Por outro lado, para transição em alta temperatura, o comprimento de onda do máximo de absorção sofre um sutil deslocamento extra para o vermelho o qual pode ser devido à uma pequena mudança no comprimento de correlação.

Made available in DSpace on 2017-07-24T19:37:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dhesmon Lima.pdf: 3726533 bytes, checksum: d3be37b6257d9747cd2404bc48091086 (MD5) Previous issue date: 2016-02-26 / In this work, glassy carbon paste electrodes (GCPE) were modified with porphyran- capped gold nanoparticles (GCPE/AuNps-PFR) and applied for the determination of an anticancer drug, 5-fluorouracil (5-FU), by using differential pulse voltammetry (DPV). The PFR polysaccharide was isolated from commercial Nori seaweed, and its characterization was carried out by FTIR and 13C-NMR as well as by determining its total sugar and sulfate contents, which resulted in 82.8% and 11.9%, respectively. These experiments confirmed the chemical identity and purity of the extracted polysaccharide, which was used as reducing and capping agent to the synthesis of gold nanoparticles (AuNps-PFR). The temperature and the concentrations of AuCl4- and PFR for the AuNps-PFR synthesis were optimized by a 23 full factorial design including a central point assayed in triplicate. The smallest particles were produced with 128.7 nm by employing a temperature of 70 °C and concentrations of 2.5 mmol L-1 for AuCl4- and 0.25 mg mL-1 for PFR. The characterization of the AuNps-PFR nanocomposite was performed by UV-VIS, FTIR and DLS spectroscopies, FESEM, zeta potential and XRD. The UV-VIS spectrum showed an absorption at 524 nm (plasmon band), with no significant changes in its shape and absorption frequency for 90 days. This observation suggests that the AuNps-PFR are stable in suspension, which is in good agreement with the zeta potential of -30.5 mV obtained for the sample. The FTIR spectrum revealed that interactions between the AuNps and the PFR may exist, as a consequence of displacements in the frequency of the bands in the AuNps-PFR spectrum compared to that obtained for the PFR individually. The electrochemical characterization of the porphyran modified GCPE (GCPE/PFR) was carried out by cyclic voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy in the presence of the Fe(CN)63-/4- probe, revealing that the polysaccharide had a positive effect on the electrode response, since higher current values and a lower charge transfer resistance for the electrochemical probe redox process were achieved compared to the unmodified GCPE. Even better responses were obtained after the modification of the GCPE with the synthetized AuNps-PFR, as a consequence of the high electrical conductivity and large surface area displayed by the nanocomposite. The 5-FU was oxidized on the GCPE/AuNps-PFR surface according to an irreversible, pH dependent and diffusion controlled mechanism, showing an anodic wave at +1,1 V in BR buffer solution 0.04 mol L-1. The highest current value for 5-FU determination was achieved in BR buffer with pH 8.0, by DPV; therefore, this value was chosen for the further analysis. A linear relationship was observed between the anodic peak potential and the pH of the medium with a slope of -69 mV pH-1, demonstrating that the same number of protons an electrons participate in the 5-FU oxidation mechanism. The GCPE/AuNps-PFR exhibited a linear relationship between the peak current and 5-FU concentration over the range of 29.9 to 234.0 μmol L-1, with low detection (0.66 μmol L-1) and quantification limits (2.22 μmol L-1). Besides the good sensitivity for detecting 5-FU, the modified electrode showed reproducibility, and its response was not influenced by interfering compounds such as glucose, urea, albumin, ascorbic acid, Na+ and K+, suggesting its potential application to determine 5-FU in biologic matrices. The practical utility of the developed sensor was demonstrated for the quantification of 5-FU in pharmaceutical injection sample. A good average recovery percentage of 104.0% was achieved, with an acceptable relative standard deviation of 2.25%. So, these results could confirm the promising analytical performance of the modified electrode for the electroanalysis of 5-FU in real samples. / Neste trabalho, eletrodos de pasta de carbono vítreo (EPCV) foram modificados com nanopartículas de ouro estabilizadas no polissacarídeo sulfatado porfirana (PFR) e aplicados para a determinação do agente antitumoral 5-fluorouracil (5-FU), utilizando voltametria de pulso diferencial (VPD). A PFR foi extraída a partir de alga Nori comercial, e sua caracterização foi realizada por FTIR, RMN-13C e pela determinação dos teores de carboidratos totais e de grupos SO42-, os quais resultaram em 82,8% e 11,9%, respectivamente. Tais experimentos confirmaram a pureza e a identidade química do polissacarídeo extraído, que foi empregado como agente redutor e estabilizante para a síntese de nanopartículas de ouro (AuNps-PFR). A temperatura, a concentração do precursor AuCl4- e a concentração de PFR empregadas para a síntese das AuNps-PFR foram otimizadas por meio de um planejamento fatorial 23 com triplicata no ponto central. Um menor tamanho de partícula (128,7 nm) foi alcançado ao se empregar uma temperatura de 70 °C e concentrações de AuCl4- e PFR iguais a 2,5 mmol L-1 e 0,25 mg mL-1, respectivamente. As AuNps-PFR obtidas foram caracterizadas pelas espectroscopias UV-VIS, FTIR e DLS, MEV-FEG, potencial zeta e DRX. O espectro de UV-VIS mostrou uma banda em 524 nm (banda plasmon), que não apresentou variações significativas na forma e frequência de absorção durante 90 dias. Tais observações sugeriram que as AuNps-PFR são estáveis em suspensão, o que corrobora com o potencial zeta de -30,5 mV obtido para a mesma. O espectro de FTIR evidenciou a existência de interações entre as AuNps e a PFR, devido a deslocamentos das bandas apresentadas no espectro das AuNps-PFR em relação ao obtido para a PFR. A caracterização eletroquímica do EPCV/PFR, realizada por voltametria cíclica (VC) e espectroscopia de impedância eletroquímica em meio da sonda Fe(CN)63-/4-, evidenciou que o polissacarídeo conferiu aos eletrodos maiores valores de corrente e menor resistência à transferência de carga para o processo redox da sonda eletroquímica em comparação aos eletrodos não modificados. Respostas de corrente ainda maiores foram obtidas ao se empregar o EPCV/AuNps-PFR, como uma consequência da elevada condutividade e alta área superficial apresentada pelas nanopartículas. Por VC, verificou-se que o 5-FU foi oxidado irreversivelmente na superfície do EPCV/AuNps-PFR segundo um mecanismo dependente do pH e controlado por difusão, apresentando um processo anódico em +1,1 V em tampão BR 0,04 mol L-1. O pH do tampão BR para a determinação de 5-FU foi otimizado por VPD, tendo-se observado um máximo de corrente em pH 8,0, valor empregado para a obtenção das curvas analíticas. A relação linear observada entre o potencial de pico e o pH do meio com inclinação de -69,0 mV pH-1 evidenciou que o mesmo número de prótons e elétrons estão envolvidos no processo de oxidação. O EPCV/AuNps-PFR apresentou linearidade de resposta na faixa de 29,9 a 234,0 μmol L-1 de 5-FU, com limites de detecção e de quantificação iguais a 0,66 e 2,22 μmol L-1, respectivamente. Além da boa sensibilidade ao 5-FU, o EPCV/AuNps-PFR apresentou reprodutibilidade de resposta, e não sofreu interferência significativa de compostos como glicose, ácido ascórbico, ureia, albumina e íons Na+ e K+, sugerindo sua potencial aplicação para a determinação de 5-FU em matrizes biológicas. O eletrodo modificado foi aplicado para a quantificação do 5-FU em formulação farmacêutica comercial injetável, tendo-se obtido uma porcentagem média de recuperação igual a 104,0, com desvio padrão relativo dentro dos limites aceitáveis (2,25%). Confirma-se, deste modo, o bom desempenho analítico do sensor e da metodologia voltamétrica desenvolvida para a eletroanálise do 5-FU em amostras reais.