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Influência da viscosidade e íons de Hofmeister na interação DNAnanoporo unitário da alfatoxinaAGUIAR, Juliana Pereira de 24 July 2014 (has links)
Submitted by Isaac Francisco de Souza Dias (isaac.souzadias@ufpe.br) on 2016-07-18T19:40:05Z
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Previous issue date: 2014-07-24 / FACEPE / O nanoporo protéico unitário formado pela alfatoxina de Staphylococcus aureus pode ser
empregado como elemento de reconhecimento molecular no desenvolvimento de
biossensores, espectrômetro de massas e seqüenciadores de DNA. Genericamente o processo
de reconhecimento molecular ocorre com a interação analito-nanoporo devido à entrada ou
permeação de moléculas unitárias no lume aquoso do nanoporo. A presença de uma molécula
do analito no interior do nanoporo provoca alterações discretizadas na corrente iônica. A
análise da série temporal funciona como “impressão digital” da molécula ocupante ou
permeante do nanoporo. A altíssima velocidade de translocação do DNA através do nanoporo
ainda é uma dificuldade para o sequenciamento preciso e confiável destas moléculas. Neste
trabalho avaliou-se como o aumento da viscosidade e a presença de íons da série de
Hofmeister no meio aquoso influenciam na interação DNA-nanoporo, visando encontrar as
condições adequadas que favoreçam a detecção diferencial de cada uma das bases
nucleotídicas. A confecção da bicamada lipídica plana e a inserção do nanoporo unitário na
membrana, bem como os registros de correntes iônicas através dos poros foram obtidas em
condições de fixação de voltagem. Todos os experimentos foram realizados a 25OC. Na
solução banhante do nanoporo utilizou-se alguns ânions da família VIIA, juntamente com o
K+, e alguns dos cátions da família IA juntamente com o Cl-, todos na concentração de 4M e
em pH 7,5. A interação do ssDNA (50b-poliA) foi detectada pelo nanoporo através de
bloqueios na corrente iônica. As constantes cinéticas de interação ssDNA-nanoporo foram
determinadas da análise de pelo menos um milhão de bloqueios de corrente. A adição de
glicerol no meio aquoso do nanoporo diminuiu significativamente a condutância do nanoporo
e condutividade da solução dos íons de Hofmeister. Por outro lado aumentou a viscosidade
das soluções dos íons de Hofmeister, principalmente no caso do fluoreto de potássio. O
fluoreto de potássio aumentou em aproximadamente 15%, o tempo de residência do ssDNA
no nanoporo. Deste modo o aumento na viscosidade juntamente com os íons de Hofmeister,
especificamente o fluoreto de potássio, aumenta a sensibilidade do nanoporo, porém ainda
não o suficiente para discriminação adequada das bases nucleotídicas. / The single protein nanopore formed by alpha-toxin of Staphylococcus aureus may be used as
molecular recognition element in the development of biosensors, mass spectrometer and DNA
sequencers. Generally the process of molecular recognition occurs through analyte-nanopore
interaction due to input or permeation of single molecules in the aqueous lumen of the
nanopore. The presence of a molecule inner of the nanopore causes changes in the ionic
current. The analysis of the time series comprises the changes discretized functions as
"imprint" of the occupier or permeant molecule in nanopore. The high speed of DNA
translocation through the nanopore is still a difficulty for accurate and reliable sequencing of
these molecules. In this study was evaluated how the increase in viscosity and the presence of
ions of the Hofmeister series in the aqueous environment influence the DNA–nanopore
interaction, aiming to find better conditions that favor to detect of each nucleotides. Solventfree
planar bilayer lipid membranes, with a capacitance of 40pF, were formed by the lipid
monolayer apposition technique, using DPhPC in hexane. The elevated KCl concentrations
considerably improve single molecule identification by unitary protein nanopores, in this
study membrane-bathing solutions contained 4M halide in 5mM TRIS adjusted to pH 7.5 with
citric acid. The addition of glycerol in the aqueous environment of the nanopore significantly
decreased the channel conductance and conductivity of the solution of Hofmeister ions.
Furthermore, the increased viscosity of solutions of the Hofmeister ions, especially in the case
of potassium fluoride. The potassium fluoride was increased by approximately 15% of the
residence time the ssDNA into nanopore. Thus, the increase in viscosity with Hofmeister ions,
especially potassium fluoride, increases the sensitivity of the nanopore, but still not enough
for adequate discrimination of nucleotide bases.
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Detecção e identificação elétrica dos nucleotídeos do DNA via nanoporo híbrido de grafeno e nitreto de boro hexagonal: um estudo teórico.SOUZA, F. A. L. 15 September 2017 (has links)
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Previous issue date: 2017-09-15 / Nesta tese, uma nova arquitetura de nanoporo num material híbrido bidimensional (2D) para detecção e identificação de biomoléculas é proposta. O sistema é composto por uma nanofaixa zigue-zague de grafeno embebida em nitreto do boro hexagonal (h-BN).Umestudo teórico baseado em cálculos ab-initio foi realizado para avaliar sua estabilidade energética, propriedades estruturais, eletrônicas e de transporte.
Nossos resultados indicam que é possível controlar, via voltagem de porta, o caminho da corrente elétrica através da faixa condutora de grafeno. Motivados pela recém desenvolvida técnica de reação eletroquímica para fabricação controlada de nanoporos em materiais 2D, e no intuito de verificar a viabilidade de construção desses no sistema híbrido, investigou-se a energética da formação de defeitos tipo
vacância de carbono, boro e nitrogênio em diferentes regiões do sistema. Como resultado, mostrou-se que seria possível formar um nanoporo no domínio de grafeno, a partir de uma vacância de carbono na interface grafeno/h-BN, mantendo apenas uma cadeia de carbono entre o poro e o domínio de h-BN na interface oposta. Dessa forma, um poro de aproximadamente 12; 5Å de diâmetro com as características
citadas foi construído. Então, para desenvolver e avaliar a viabilidade do sistema proposto atuar como sensor, uma combinação de teoria do funcional da densidade com o método de funções de Green fora do equilíbrio foi empregada. Assim, investigações acerca da forma como cada nucleobase que compõem o DNA modula a corrente elétrica fluindo pelo dispositivo foram realizadas, onde os quatro nucleotídeos foram testados: monofosfato de desoxiadenosina (dAMP), monofosfato de
desoxiguanosina (dGMP), monofosfato de desoxicitidina (dCMP) e monofosfato de desoxitimidina (dTMP). Como resultado, análises das funções de transmissão com bias nula dos sistemas poro+nucleotídeo revelaram que seria possível, em princípio, distinguir os quatro nucleotídeos, o que na prática ocorreria através de suas impressões digitais na sensitividade em medições em tempo real da condutância.
Além disso, foi demonstrado que o mecanismo de detecção do sensor hipotético proposto é governado pela modulação da condutância da cadeia de carbono na interface grafeno/h-BN induzida por momento de dipolo locais da molécula alvo.
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Modelo de rede para estudo de confinamento de águaFonseca, Tássylla Oliveira January 2016 (has links)
O estudo do processo de fusão e solidificação da água contida dentro de materiais confinantes tem sido amplamente discutido em química, biologia, física, geologia, e com diversas aplicações tecnológicas, tais como aplicação na fabricação de etanol de segunda geração, ou etanol celulósico, separação de fases, fabricação de nanomateriais. Pesquisas mostraram que as temperaturas de transição da água nanoconfinada são muito sensíveis ao diâmetro do poro, mas que podem ser pouco afetadas pela natureza, hidrofóbica ou hidrofílica, da superfície do poro. Outra importante constatação em experimentos de fusão e congelamento em nanoporos é que nem toda água presente nos poros pode ser cristalizada até gelo. A existência de uma camada de água pré-fundida em nanoporos tem sido confirmada através de experimentos. Com o objetivo de entender mais profundamente como a temperatura de transição da água confinada depende da natureza da parede confinante e do tamanho do confinamento, propõe-se um modelo de nanoporos de celulose para o confinamento, onde varia-se o diâmetro e comprimento do nanoporo, além da natureza da parede do nanoporo. Nossos estudos, mostram que para sistemas hidrofóbicos, com formação de camada de água líquida na parede, as temperaturas de transição variam desde relativamente baixas, para menores valores de calor latente, até atingindo a temperatura de transição da água bulk, para calor latente mais alto. Enquanto que para sistemas hidrofílicos, para nenhum dos valores de calor latente trabalhados, e para nenhum tamanho do sistema, a temperatura de transição atinge o valor de bulk. / The study of the fusion process and water solidification inside confining materials has been widely discussed in Chemistry, Biology, Physics, and Geology, and has various technological applications as the usage and fabrication of second generation ethanol or cellulosic ethanol, phase separation, and nanomaterials fabrications. Researches have shown that nanoconfined water’s transition temperature are highly sensitive to the pore. Another interesting remark on freezing and fusion experiments on nanopores is that not all water present in pores can be crystallized into ice. The existence of a water layer pre-melted on nanopores has been confirmed through experiments. Aiming at understanding deeply how water’s transition temperature depends on the nature of the confining wall and size, a cellulose nanopore model is proposed to the confinement, where the nanopore diameter and length are varied, besides the nature of the wall of the nanopore. Our studies show that for hydrophobic systems, with the liquid water layer formation on the wall, the transition temperatures vary from relatively low latent heat to smaller values, even reaching the temperature transition on bulk water to higher latent heat. While for hydrophilic systems, for none of the latent heat used and no system size the transition temperature reaches bulk value.
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Modelo de rede para estudo de confinamento de águaFonseca, Tássylla Oliveira January 2016 (has links)
O estudo do processo de fusão e solidificação da água contida dentro de materiais confinantes tem sido amplamente discutido em química, biologia, física, geologia, e com diversas aplicações tecnológicas, tais como aplicação na fabricação de etanol de segunda geração, ou etanol celulósico, separação de fases, fabricação de nanomateriais. Pesquisas mostraram que as temperaturas de transição da água nanoconfinada são muito sensíveis ao diâmetro do poro, mas que podem ser pouco afetadas pela natureza, hidrofóbica ou hidrofílica, da superfície do poro. Outra importante constatação em experimentos de fusão e congelamento em nanoporos é que nem toda água presente nos poros pode ser cristalizada até gelo. A existência de uma camada de água pré-fundida em nanoporos tem sido confirmada através de experimentos. Com o objetivo de entender mais profundamente como a temperatura de transição da água confinada depende da natureza da parede confinante e do tamanho do confinamento, propõe-se um modelo de nanoporos de celulose para o confinamento, onde varia-se o diâmetro e comprimento do nanoporo, além da natureza da parede do nanoporo. Nossos estudos, mostram que para sistemas hidrofóbicos, com formação de camada de água líquida na parede, as temperaturas de transição variam desde relativamente baixas, para menores valores de calor latente, até atingindo a temperatura de transição da água bulk, para calor latente mais alto. Enquanto que para sistemas hidrofílicos, para nenhum dos valores de calor latente trabalhados, e para nenhum tamanho do sistema, a temperatura de transição atinge o valor de bulk. / The study of the fusion process and water solidification inside confining materials has been widely discussed in Chemistry, Biology, Physics, and Geology, and has various technological applications as the usage and fabrication of second generation ethanol or cellulosic ethanol, phase separation, and nanomaterials fabrications. Researches have shown that nanoconfined water’s transition temperature are highly sensitive to the pore. Another interesting remark on freezing and fusion experiments on nanopores is that not all water present in pores can be crystallized into ice. The existence of a water layer pre-melted on nanopores has been confirmed through experiments. Aiming at understanding deeply how water’s transition temperature depends on the nature of the confining wall and size, a cellulose nanopore model is proposed to the confinement, where the nanopore diameter and length are varied, besides the nature of the wall of the nanopore. Our studies show that for hydrophobic systems, with the liquid water layer formation on the wall, the transition temperatures vary from relatively low latent heat to smaller values, even reaching the temperature transition on bulk water to higher latent heat. While for hydrophilic systems, for none of the latent heat used and no system size the transition temperature reaches bulk value.
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Modelo de rede para estudo de confinamento de águaFonseca, Tássylla Oliveira January 2016 (has links)
O estudo do processo de fusão e solidificação da água contida dentro de materiais confinantes tem sido amplamente discutido em química, biologia, física, geologia, e com diversas aplicações tecnológicas, tais como aplicação na fabricação de etanol de segunda geração, ou etanol celulósico, separação de fases, fabricação de nanomateriais. Pesquisas mostraram que as temperaturas de transição da água nanoconfinada são muito sensíveis ao diâmetro do poro, mas que podem ser pouco afetadas pela natureza, hidrofóbica ou hidrofílica, da superfície do poro. Outra importante constatação em experimentos de fusão e congelamento em nanoporos é que nem toda água presente nos poros pode ser cristalizada até gelo. A existência de uma camada de água pré-fundida em nanoporos tem sido confirmada através de experimentos. Com o objetivo de entender mais profundamente como a temperatura de transição da água confinada depende da natureza da parede confinante e do tamanho do confinamento, propõe-se um modelo de nanoporos de celulose para o confinamento, onde varia-se o diâmetro e comprimento do nanoporo, além da natureza da parede do nanoporo. Nossos estudos, mostram que para sistemas hidrofóbicos, com formação de camada de água líquida na parede, as temperaturas de transição variam desde relativamente baixas, para menores valores de calor latente, até atingindo a temperatura de transição da água bulk, para calor latente mais alto. Enquanto que para sistemas hidrofílicos, para nenhum dos valores de calor latente trabalhados, e para nenhum tamanho do sistema, a temperatura de transição atinge o valor de bulk. / The study of the fusion process and water solidification inside confining materials has been widely discussed in Chemistry, Biology, Physics, and Geology, and has various technological applications as the usage and fabrication of second generation ethanol or cellulosic ethanol, phase separation, and nanomaterials fabrications. Researches have shown that nanoconfined water’s transition temperature are highly sensitive to the pore. Another interesting remark on freezing and fusion experiments on nanopores is that not all water present in pores can be crystallized into ice. The existence of a water layer pre-melted on nanopores has been confirmed through experiments. Aiming at understanding deeply how water’s transition temperature depends on the nature of the confining wall and size, a cellulose nanopore model is proposed to the confinement, where the nanopore diameter and length are varied, besides the nature of the wall of the nanopore. Our studies show that for hydrophobic systems, with the liquid water layer formation on the wall, the transition temperatures vary from relatively low latent heat to smaller values, even reaching the temperature transition on bulk water to higher latent heat. While for hydrophilic systems, for none of the latent heat used and no system size the transition temperature reaches bulk value.
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Estudo estrutural de nanoporos metálicos pelo método de gradiente conjugado com potencial TB-SMAAparecida, Fellipe Lara 30 April 2013 (has links)
Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-03-31T14:47:16Z
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Previous issue date: 2013-04-30 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de um código computacional para
otimização de geometria de clusters metálicos. Para a otimização das coordenadas foi
utilizado o método do gradiente conjugado não linear. Foi utilizado o potencial Tight-
Binding com aproximação de segundos momentos (TB-SMA). As estruturas estudadas
foram construídas nas direções cristalográficas fundamentais [1 0 0], [1 1 0] e [1 1
1]. Foi utilizado, também, o cálculo da função de distribuição radial para apresentar
a goemetria das estruturas otimizadas. Um estudo complementar de compressão e
alongamento foi realizado para as estruturas não otimizadas e otimizadas para verificar
o comportamento das curvas de stress-strain das mesmas. Deste último estudo podese
verificar uma situação limite em que estrutura sobrevive sem sofrer deformações
permanentes. / This work aims to develop a computer code for geometry optimization of metal clusters.
For the optimization of the coordinates we used the nonlinear conjugate gradient
method. To describe the interactions between atoms we used the tight-binding potential
with the second moments approximations (TB-SMA). The studied structures
were built on the fundamental crystallographic directions [1 0 0] [1 1 0] and [1 1 1].
In order to elucidate good optimized structures we used the radial distribution function
calculations. An additional study of compression and stretching was performed
for the non-optimized and optimized structures to verify the behavior of the stressstrain
curves. The stress-strain curves have shown the threshold situation in which the
structures survives without permanet deformations.
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Propriedades estruturais e eletrônicas do ZnO nanoporoso sob deformação biaxialTórrez Baptista, Alvaro David January 2018 (has links)
Orientador: Prof. Dr. Jeverson Teodoro Arantes Junior / Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Nanociências e Materiais Avançados, Santo André, 2018. / Investigamos, sistematicamente, as propriedades estruturais e eletrônicas
do óxido de zinco nanoporoso sob tração e compressão biaxial utilizando
cálculos de primeiros princípios baseados na Teoria do Funcional da Densidade.
O sistema apresenta uma alta concentração de nanoporos lineares
orientados nas direções cristalográcas [0001] e [01-10], bem como um lme
no nanoporoso.
Para compressões maiores do que 4% com relação ao parâmetro de rede, foi
observada uma distorção estrutural nas regiões menos densas do material
poroso, mostrando uma tendência à mudança de fase localizada. O coe-
ciente de Poisson calculado dos nanoporos orientados na direção [0001]
foi negativo. Isto signica que quando o material poroso foi tracionado,
expandiu-se transversalmente. Já quando comprimido, o material contraiuse
na direção transversal. Os materiais que possuem esta característica são
conhecidos como materiais auxéticos.
Nossos resultados mostram que o valor do gap de energia foi modulado pelas
deformações biaxiais com uma tendência oposta ao bulk. A densidade
dos estados eletrônicos conrmou nossas observações. A tendência estrutural
inversa da superfície dos nanoporos é o principal mecanismo para o
comportamento inverso do gap sob compressão e tração. Dentro do nosso
conhecimento, este é o primeiro reporte de um comportamento inverso do
gap de energia de estruturas de ZnO sob compressão e tração biaxial.
Nossos resultados sugerem que a nanoporosidade, conjuntamente com tra-
ção e compressão biaxial, podem ser empregadas como um método dentro
da engenharia de gap para customizar materiais funcionais que requerem
controle da atividade eletrônica. / This work investigated, systematically, the structural and electronic properties
of nanoporous zinc oxide, under biaxial strain, through rst-principles
methods, based on total energy ab initio calculations using Density Functional
Theory. The system was in a massive nanopore concentration regime.
We studied linear pores in [0001] and [01-10] direction and a porous thin
lm.
Using a biaxial tension above 4% of the ZnO bulk lattice parameter, we
observed a distortion resulting in a local phase change region in the material's
structure. The calculated Poisson's coecient was negative for the
[0001] pore. When stretched, they become thicker in the perpendicular
direction to the applied force. These materials are known as auxetic.
Our results show that the energy band gap value is tuned by the strain with
an uncommon opposite trend related to the bulk. The density of electronic
states conrmed the energy gap modulation. The structural inverse trend
of nanopores surface is the principal mechanism for gap inverse behavior
under compressive and tensile strain. From the best of our knowledge, this
is the rst report about opposite Egap trend in strained nanopores.
Our results suggest that nanoporosity and biaxial strain could be employed
as a method within the band gap engineering for tailored functional matexi
rials that require control of the electronic activity.
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SOFT-TEMPLATING SYNTHESIS OF MESOPOROUS SILICA-BASED MATERIALS FOR ENVIRONMENTAL APPLICATIONSGunathilake, Chamila Asanka 19 April 2017 (has links)
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