During the production of paper in paper mills, detrimental wood resin is released into the water circuit of the mill during the pulping process of the wood into fibres. This wood resin, termed pitch, can detrimentally deposit on the paper and on the paper machine equipment. The deposits mark the paper or can lead to a tear of the paper web involving a loss of output and a reduction in paper quality. Furthermore, the wood resinous compounds in paper mill effluents need to be reduced in order to minimise their toxic effects on water organisms. Talc has been the benchmark for many years as a mineral additive in pitch control. Since the papermaking process has changed over the years, the concept of mineral addition needs to be redefined and adopted towards the new circumstances. By understanding the fundamentals behind the adsorption of wood resin compounds from aqueous systems on to talc new mineral additives can be developed. A model for the determination of the aspect ratio of platy and rod-like particles has been developed, based on commonly available characterisations such as particle size, specific surface area and shape. It was found that the adsorption capacity of a mineral is directly proportional to its specific surface area, but only within its mineral family. Including the effect of surface hydrophilicity and hydrophobicity allowed fine tuning of the adsorption capacity of newly developed calcium carbonate grades. Furthermore, size exclusion effects, in porous, high surface area modified calcium carbonate, were seen to hinder complete coverage of the surface area by wood resin. With increasing pH, the adsorption efficiency of talc for colloidal wood resin was found to decrease. Under these alkaline conditions, which are common in modern paper making processes, talc preferentially adsorbed dissolved species. The use of the newly developed surface treated and modified calcium carbonates allowed more efficient adsorption of the colloidal fraction and, therefore, represent an efficient alternative to talc in pitch control. An increase in temperature led to an increased adsorption capacity of talc. This observation indicates the type of interaction tat controls the adsorption of hydrophobic pitch particles onto talc, i.e. the entropically favoured release of water from the hydrophobic talc surface as well as the hydrophobic methylene backbone of the hemicellulose.

O estudo da adsorção de membranas-modelo na superficie de partículas sólidas é uma importante linha de pesquisa em áreas científicas que estão em rápido desenvolvimento tais como o desenvolvimento de biosensores, a construção de kits imunológicos ou o design de materiais biocompatíveis. Neste trabalho foram analisadas sob o ponto de vista físico-químico, as interações entre partículas coloidais de sílica hidrofilica e lipossomos catiônicos de brometo de dioctadecildimetilamônio (DODAB). O desafio de romper a estrutura rígida fechada de lipossomos quando em contato com partículas de sílica foi contornado com o uso de dispersões de brometo dioctadecildimetilamônio (DODAB) compostas de fragmentos nanométricos abertos de bicamadas ao invés de vesículas. Em baixa força iônica e pH 6.5, a adsorção de DODAB a partir de fragmentos de bicamadas de DODAB (BF) sobre sílica hidrofilica foi quantificada por isotermas de adsorção a 0,0.1, 0.5 e 1.0mM de KCl ou TRIS-HCI. A adsorção de DODAB aumentou em função da concentração de sal. Como a literatura de titulações potenciométricas de sílica para determinação de carga superficial das partículas forneceu cargas superficiais em diversas condições experimentais de pH e força iônica (Tadros e Lyklema, 1968), foi possível estabelecer a relação entre adsorção de bicamadas catiônicas de DODAB e a densidade superficial de carga sobre a sílica. Houve um aumento monotônico de adsorção à medida que a densidade de carga da partícula aumentava. lsotermas de adsorção apresentaram formas típicas de adsorção competitiva com um máximo seguido de uma diminuição da adsorção em função da concentração de DODAB no sobrenadante. Esses perfis sugeriram que a atração hidrofóbica entre BF adsorvidos e livres poderia estar reduzindo a adsorção sobre a superficie da partícula. A adsorção de DODAB BF sobre a sílica aparentemente não conduziria a um recobrimento como bicamada contínua sobre a partícula, estando os BF adsorvidos ainda disponíveis para interação através de suas bordas hidrofóbicas com os fragII}entos livres em dispersão. Em pH 6.5, ao longo de uma faixa de concentração de DODAB (O- 1.0mM)e de KCl (0.1 - 10.0mM), a partir da medição dos tamanhos de partícula, análise dos potenciais-zeta, fotografias das misturas e cinéticas de sedimentação de partículas, pôde-se concluir que a estabilidade coloidal das partículas nas misturas foi governada pelo fator R, que é a relação de áreas superficiais totais para bicamadas Ab e partículas Ap, R= Ab/Ap. Em R - 0.5, o potencial-zeta médio (Ç) foi zero, o diâmetro médio de partícula (Dz) foi máximo, a sedimentação foi rápida e a estabilidade coloidal foi mínima; em R> 1, o çmedido foi positivo, Dz foi mínimo, a sedimentação não ocorreu e a estabilidade coloidal foi máxima. Em baixa força iônica, foi alcançada uma alta estabilidade coloidal de partículas na presença de fragmentos de bicamadas catiônicas para valores de R iguais ou maiores que 1. / The study of adsorption of model-membranes on the surface of solid partic1es is an important line of research in rapidly developing research areas such as biosensors design, building up of immunological kits or design ofbiocompatible materiais. In this work, interactions between hidrophilic silica particles and cationic liposomes made up of dioctadecyldimethylammonium bromide (DODAB) were evaluated from a physicochemical point of view. The challenge of breaking open rigid bilayer vesicles upon contact with silica particles was circumvented by using a dioctadecyldimethylammonium bromide (DODAB) dispersion consisting of open, nanosized bilayer fragments instead of vesicles. At low ionic strength and pH 6.5, DODAB adsorption from bilayer fragments on silica was quantified from adsorption isotherms at 0, 0.1, 0.5,1.0 and 10.0 mM KCI. Adsorption increased as a function of KCI concentration and surface charge density on particles. Isotherms shape was typical of competitive adsorption with a maximum possibly due to hydrophobic attraction between adsorbed and free bilayer fragments. Upon adsorption as fiat patches on particles, the fragments did not apparently seal into a continuous and closed bilayer surrounding the particle, instead interacted via hydrophobic edges with free fragments in dispersion. At pH 6.5, over a range of DODAB (0 - 1.0mM) and KCI concentrations (0.1 - 10.0 mM), from particle sizing, zeta-potential analysis, photographs of the mixtures and particle sedimentation kinetics, colloid stability of particles in the mixtures was govemed by the ratio R of total surface areas for bilayers Ab and partic1es Ap, R= Ab/Ap. At R ~ 0.5, mean zeta-potential ( &#950; ) was zero, mean particle diameter (Dz) was at maximum, sedimentation was rapid and colloid stability was at minimum; at R > 1, &#950; was positive, Dz was minimized, sedimentation was absent and colloid stability was high. At low ionic strength ([KCI] < 10 mM), high colloid stability for particles in presence of cationic bilayer fragments was achieved at or above R=I, i.e., from the equivalence of total surface areas for bilayer fragments and particles.

A ítria vem sendo muito utilizada como material luminescente e estrutural resistente a altas temperaturas, devido às suas excelentes características ópticas e refratárias. No processamento coloidal da ítria, o controle da estabilidade da suspensão consiste em uma importante etapa quando se objetiva produzir componentes reprodutivos, com densidade controlada, microestrutura homogênea e estabilidade estrutural. Desta maneira, os estudos envolvendo o comportamento de superfície, as condições de estabilidade das suspensões e o comportamento frente às condições de conformação (fluxo), fornecem importantes subsídios para controle dos processos na fabricação de componentes cerâmicos para queimadores de gás. Neste sentido, realizaram-se estudos sobre o comportamento de superfície, de estabilidade e reológico de suspensões aquosas de ítria e do concentrado de terras raras contendo ítria a fim de adequá-las para o processo de conformação por impregnação, onde foram testados diferentes materiais orgânicos como matrizes de réplica, para a confecção de membranas porosas para queimadores de gás. Neste estudo foram avaliados os parâmetros como: pH do meio, concentrações de dispersante, sólidos e ligante na estabilidade e no comportamento ao fluxo das suspensões cerâmicas, e também os aspectos dos distintos materiais orgânicos selecionados como matrizes de réplica para impregnação com as suspensões cerâmicas otimizadas. Os resultados obtidos indicam que se pode confeccionar membranas cerâmicas porosas pelo método de réplica a partir das suspensões aquosas de ítria e do concentrado de terras raras contendo ítria, utilizando-se pH alcalino, polieletrólito aniônico e uma tela mista de nylon-algodão como matriz de réplica. / Yttria has been used very much as luminescent and high temperature material due to its excellent optical and refractory characteristics. In yttria colloidal processing, the control of the stability of suspension is an important step in the fabrication of reproducible products with controlled density, homogeneous microstructure and structural stability. So, the studies concerning surface behavior, stability conditions of the suspensions and the behavior under conformation conditions (flow), give important information for the control of fabrication process of ceramic components for gas burners. In this way, studies concerning surface behavior, stability and rheology of aqueous suspensions of yttria and rare earth concentrate containing yttria were carried out, in order to adequate them for impregnation method, where different organic materials were tested as replica matrix to fabricate porous membranes for gas burners. In this study, the effect of some parameters as pH and concentrations of dispersant, solids and binder on stability and flow behavior of ceramic suspensions were evaluated, and also, different kinds of organic materials selected as replica matrix for impregnation method using optimized ceramic suspensions. The results show that porous ceramics membranes can be produced by replica using yttria and rare earth concentrate containing yttria, using alkaline pH, anionic polyelectrolyte and a nylon-cotton cloth as replica matrix.

O uso de aglomerantes na pelotização a quente de minério de ferro visa cumprir duas funções: (1) aumentar a resistência da pelota antes do aquecimento (resistência a verde) e (2) evitar o colapso das pelotas durante a queima, quando a expulsão dos gases gerados pela vaporização de água e de voláteis tende a destruir a pelota. A bentonita é o aglomerante mais empregado industrialmente, e seu mecanismo de ligação no processo de ganho de resistência da pelota já foi amplamente estudado e compreendido. Várias tentativas de substituição da bentonita na pelotização de minério de ferro recorrem ao uso de aglomerantes orgânicos cuja composição apresente propriedades aglomerantes em conjunto com dispersantes. O presente trabalho visou contribuir para o melhor entendimento do mecanismo inerente ao uso de agente coloidisante na aglomeração do material particulado no processo de pelotização, por meio da avaliação da influência dos agentes coloidisantes em comparação aos aglomerantes Peridur® e bentonita no processo de pelotização de concentrado de minério de ferro. Para este fim, foram realizados ensaios de bancada visando a identificação de possíveis ações dos aglomerantes/dispersantes na viscosidade, potencial zeta e grau de dispersão das misturas, bem como a sua influência na liberação/aglomeração dos finos. Os resultados destes parâmetros foram confrontados com os resultados de caracterização das pelotas confeccionadas com os diferentes aglomerantes/ dispersantes pelos quais foi possível identificar que os dispersantes tem forte atuação sobre o conteúdo de finos do concentrado de minério de ferro. A ação principal se dá pela remoção das partículas ultrafinas que recobrem os grãos mais grosseiros presentes na amostra e as dispersam, no caso dos dispersantes, aumentando a disponibilidade do conteúdo de finos <4 µm, principalmente os finos menores que 1 µm (coloides). No caso do aglomerante orgânico, observa-se também essa ação, no entanto, os finos presentes são aglomerados na faixa entre 26 e 4 µm. / The use of binders for iron ore pelletizing is required to: (1) increase the pellet strength before heating (green strength); (2) prevent the collapse of the pellets during firing, when the gases generated by water vaporization could create cracks. Bentonite is the main binder used in industry, and its binding mechanism in iron ore pellets has been widely studied and understood. Efforts to solve the problems of using bentonite in iron ore pelletizing have focused on the use of organic binders whose composition presents dispersant properties. The objective of this study is to evaluate the influence of colloidal agents compared to binders, Peridur® and bentonite, in the pelletizing process of iron ore concentrate aiming to contribute with the understanding the action of these agents in the mechanisms of agglomeration of the pellets. With this goal, bench tests were carried out to identify possible actions of binders/dispersant in the viscosity, zeta potential and degree of dispersion of the mixtures, as well as its influence on the liberation/agglomeration of the fine particles. The results of these parameters were compared with the results of the characterization of the pellets prepared with different binders/dispersants. By this study, it was identified that the dispersant has a strong influence on the fine particle content on the iron ore concentrate. The main action takes place by the removal of ultrafine particles overlying coarser grains in the sample and the scatter, in the case of dispersants, increasing the availability of fine content <4 micrometers. In the case of the organic binder, this action is also observed; however, the fines are agglomerated in the range between 4 and 26 micrometers.

Agglomeration of nanoparticles occurs in a number of colloidal systems related, for example, to material processing and drug delivery. The present work is motivated by the need to improve fundamental understanding of the agglomeration and structure formation processes that occur in catalyst inks used for the fabrication of polymer electrolyte fuel cells (PEMFCs). Particle dynamics simulations are performed to investigate agglomeration under various conditions. The interaction between particles is defined using realistic physical potentials, rather than commonly used potential models, and a novel analysis of the agglomeration and structure formation process is performed using network science concepts. The simulated systems correspond to catalyst inks consisting primarily of carbon nanoparticles in solution. The effect of various conditions such as different force magnitude, shape of the force function, concentration etc. are investigated in terms of network science parameters such as average degree and shortest path. An "agglomeration timescale" and a "restructuring timescale" introduced to interpret the evolution of the agglomeration process suggest that the structure, which has a strong impact on the performance of the eventual catalyst layer, can be controlled by tuning the rate at which particles are added based on the restructuring timescale. / Graduate

O estudo da adsorção de membranas-modelo na superficie de partículas sólidas é uma importante linha de pesquisa em áreas científicas que estão em rápido desenvolvimento tais como o desenvolvimento de biosensores, a construção de kits imunológicos ou o design de materiais biocompatíveis. Neste trabalho foram analisadas sob o ponto de vista físico-químico, as interações entre partículas coloidais de sílica hidrofilica e lipossomos catiônicos de brometo de dioctadecildimetilamônio (DODAB). O desafio de romper a estrutura rígida fechada de lipossomos quando em contato com partículas de sílica foi contornado com o uso de dispersões de brometo dioctadecildimetilamônio (DODAB) compostas de fragmentos nanométricos abertos de bicamadas ao invés de vesículas. Em baixa força iônica e pH 6.5, a adsorção de DODAB a partir de fragmentos de bicamadas de DODAB (BF) sobre sílica hidrofilica foi quantificada por isotermas de adsorção a 0,0.1, 0.5 e 1.0mM de KCl ou TRIS-HCI. A adsorção de DODAB aumentou em função da concentração de sal. Como a literatura de titulações potenciométricas de sílica para determinação de carga superficial das partículas forneceu cargas superficiais em diversas condições experimentais de pH e força iônica (Tadros e Lyklema, 1968), foi possível estabelecer a relação entre adsorção de bicamadas catiônicas de DODAB e a densidade superficial de carga sobre a sílica. Houve um aumento monotônico de adsorção à medida que a densidade de carga da partícula aumentava. lsotermas de adsorção apresentaram formas típicas de adsorção competitiva com um máximo seguido de uma diminuição da adsorção em função da concentração de DODAB no sobrenadante. Esses perfis sugeriram que a atração hidrofóbica entre BF adsorvidos e livres poderia estar reduzindo a adsorção sobre a superficie da partícula. A adsorção de DODAB BF sobre a sílica aparentemente não conduziria a um recobrimento como bicamada contínua sobre a partícula, estando os BF adsorvidos ainda disponíveis para interação através de suas bordas hidrofóbicas com os fragII}entos livres em dispersão. Em pH 6.5, ao longo de uma faixa de concentração de DODAB (O- 1.0mM)e de KCl (0.1 - 10.0mM), a partir da medição dos tamanhos de partícula, análise dos potenciais-zeta, fotografias das misturas e cinéticas de sedimentação de partículas, pôde-se concluir que a estabilidade coloidal das partículas nas misturas foi governada pelo fator R, que é a relação de áreas superficiais totais para bicamadas Ab e partículas Ap, R= Ab/Ap. Em R - 0.5, o potencial-zeta médio (Ç) foi zero, o diâmetro médio de partícula (Dz) foi máximo, a sedimentação foi rápida e a estabilidade coloidal foi mínima; em R> 1, o çmedido foi positivo, Dz foi mínimo, a sedimentação não ocorreu e a estabilidade coloidal foi máxima. Em baixa força iônica, foi alcançada uma alta estabilidade coloidal de partículas na presença de fragmentos de bicamadas catiônicas para valores de R iguais ou maiores que 1. / The study of adsorption of model-membranes on the surface of solid partic1es is an important line of research in rapidly developing research areas such as biosensors design, building up of immunological kits or design ofbiocompatible materiais. In this work, interactions between hidrophilic silica particles and cationic liposomes made up of dioctadecyldimethylammonium bromide (DODAB) were evaluated from a physicochemical point of view. The challenge of breaking open rigid bilayer vesicles upon contact with silica particles was circumvented by using a dioctadecyldimethylammonium bromide (DODAB) dispersion consisting of open, nanosized bilayer fragments instead of vesicles. At low ionic strength and pH 6.5, DODAB adsorption from bilayer fragments on silica was quantified from adsorption isotherms at 0, 0.1, 0.5,1.0 and 10.0 mM KCI. Adsorption increased as a function of KCI concentration and surface charge density on particles. Isotherms shape was typical of competitive adsorption with a maximum possibly due to hydrophobic attraction between adsorbed and free bilayer fragments. Upon adsorption as fiat patches on particles, the fragments did not apparently seal into a continuous and closed bilayer surrounding the particle, instead interacted via hydrophobic edges with free fragments in dispersion. At pH 6.5, over a range of DODAB (0 - 1.0mM) and KCI concentrations (0.1 - 10.0 mM), from particle sizing, zeta-potential analysis, photographs of the mixtures and particle sedimentation kinetics, colloid stability of particles in the mixtures was govemed by the ratio R of total surface areas for bilayers Ab and partic1es Ap, R= Ab/Ap. At R ~ 0.5, mean zeta-potential ( &#950; ) was zero, mean particle diameter (Dz) was at maximum, sedimentation was rapid and colloid stability was at minimum; at R > 1, &#950; was positive, Dz was minimized, sedimentation was absent and colloid stability was high. At low ionic strength ([KCI] < 10 mM), high colloid stability for particles in presence of cationic bilayer fragments was achieved at or above R=I, i.e., from the equivalence of total surface areas for bilayer fragments and particles.

Doenças invasivas causadas por S. pneumoniae provocam cerca de 1,5 milhões de mortes anuais de crianças no mundo. Testes imunocromatográficos rápidos (dipsticks) são alternativa a métodos diagnósticos tradicionais, devido à fácil execução e baixo custo. Neste estudo foram desenvolvidos dipsticks para diagnóstico de S. pneumoniae utilizando: anticorpos de captura - monoclonais anti-pneumolisina recombinante (Ply) - AcMs D9-43 e E10-24, reativos contra 21 sorotipos prevalentes de S. pneumoniae; anticorpos de detecção (conjugados com diferentes partículas coloidais coloridas - corante têxtil, microesferas e nanopartículas de ouro) - Igs anti-Ply e anti-vacina pneumocócica celular (em desenvolvimento no Instituto Butantan) (anti-WCPV). Dipsticks com anti-Ply ou anti-WCPV conjugados com ouro ou microesferas coloidais detectaram a bactéria em todos os sorotipos prevalentes avaliados, entre 104 e 105 UFC/ml e pneumolisina nativa, em sobrenadantes de cultivo de S. pneumoniae, até uma concentração estimada 19,3 ng/ml e 9.7 ng/ml, respectivamente. Os resultados foram visualizados em aproximadamente 10 min. / Invasive diseases caused by S. pneumoniae are responsible for about 1.5 million child deaths per year worldwide. Rapid Immunochromatographic tests (dipsticks) are alternative to traditional diagnostic methods due to easy execution and low cost. In this study, dipsticks have been developed for diagnosis of S. pneumoniae using: capture antibodies - monoclonal anti- recombinant pneumolysin (Ply), MAbs D9 -43 and E10 - 24, reactive against 21 prevalent serotypes of S. pneumoniae; detection antibodies (conjugated with different colored colloidal particles - textile dye; microspheres and gold nanoparticles) - anti-Ply and anti whole cell pneumococcal vaccine (in developing in the Butantan Institute) (anti- WCPV). Dipsticks with anti-Ply or anti-WCPV conjugated with colloidal gold or microspheres detected the bacterium in all the evaluated prevalent serotypes, between 104 e 105 CFU/ml, and native pneumolysin in culture supernatants of S. pneumoniae to an estimated concentration 19.3 ng/ml and 9.7 ng/ml, respectively. The results could be visualized in around 10 min.

Neste trabalho, foi realizado um estudo da obtenção de nanomateriais luminomagnéticos visando potenciais aplicações biológicas, a partir de dois diferentes tipos de estruturas, sendo elas: a formação de heteronanoestruturas luminomagnéticas de NPM de FePt/Fe3O4-CdSe recobertas com sílica; e a formação de nanomateriais luminomagnéticos por ligação covalente entre NPM de FePt/Fe3O4-Dopa-PIMA-PEG-NH2 e pontos quânticos de CdSe/ZnS-LA-PEG-COOH. Para o primeiro tipo de nanomaterial citado, foram testadas duas metodologias para obtenção das heteronanoestruturas: a mudança da estabilidade coloidal pela adição de pequenas quantidades de NaCl no meio contendo as NPM e os pontos quânticos previamente sintetizados; e o método de injeção a quente do precursor de selênio em um meio contendo as NPM como sementes, o precursor de cádmio e os agentes de superfície. O método de injeção a quente foi o que apresentou melhores condições para a formação das heteronanoestruturas. Para providenciar estabilidade coloidal em meio aquoso e superfície com biocompatibilidade, foi realizado o recobrimento com sílica na superfície das heteronanoestruturas luminomagnéticas com melhores condições. Para essa amostra, o tamanho médio obtido foi de 25,0 nm, com polidispersividade de 8,4 %, Ms = 11,1 emu.g-1 e comportamento superparamagnético, além de duas bandas de emissão (com excitação de 400 nm) centradas em 452 nm e 472 nm, respectivamente. Já para o segundo tipo de nanomaterial obtido neste trabalho, foram primeiramente obtidas NPM de FePt/Fe3O4 pelo método do poliol modificado acoplado à metodologia do crescimento, e pontos quânticos luminescentes de CdSe/ZnS pelo método de decomposição térmica de precursores organometálicos, sendo que ambas nanoestruturas apresentaram superfície hidrofóbica. Para a troca de ligantes para transferência das nanoestruturas para a fase aquosa e para providenciar biocompatibilidade visando aplicações biológicas, foram previamente preparados ligantes poliméricos de Dopa-PIMA-PEG-NH2 para recobrimento das NPM e de LA-PEG-COOH para recobrimento dos pontos quânticos. A conjugação química entre as nanoestruturas de FePt/Fe3O4-Dopa-PIMA-PEG-NH2 e CdSe/ZnS-LA-PEG-COOH foi realizada pelo método da carbodiimida em solução aquosa para a formação de uma ligação covalente amida entre os grupos amina e carboxilato em cada uma das nanoestruturas. Os nanomateriais luminomagnéticos obtidos apresentaram estabilidade coloidal em meio aquoso, com estreita distribuição de tamanho, apresentando RH de 79,96 nm, Ms de, aproximadamente, 10 emu.g-1 com coercividade e remanência quase nulos e intensa banda de emissão centrada em 580 nm. Espera-se que os nanomateriais obtidos neste trabalho possam ser promissores nanomateriais com propriedades multifuncionais para potenciais aplicações biológicas. / Here, luminomagnetic nanomaterials were obtained for potential biological applications. We have studied two different types of luminomagnetic nanomaterials, which are: formation of silica-coated FePt/Fe3O4-CdSe heteronanostructures; and formation of luminomagnetic nanomaterials from covalent bond between FePt/Fe3O4-Dopa-PIMA-PEG-NH2 magnetic nanoparticles and CdSe/ZnS-LA-PEG-COOH luminescent quantum dots. For the first type of luminomagnetic nanomaterials obtained, two methodologies were studied for formation of heteronanostructures, which are: modification of colloidal stability by addition of small amounts of NaCl into a solution with hydrophobic magnetic nanoparticles and luminescent quantum dots; and hot injection method of selenium precursor into a solution with magnetic nanoparticles seeds, cadmium precursors and surface agents. The hot injection method obtained better results than the other method studied for formation of heteronanostructures. To provide colloidal stability in aqueous solution and biocompatibility, the heteronanostructures were coated using silica shell. After silica coating, the heteronanostructures showed average diameter of 25 nm and polidispersivity of 8.4%, with Ms = 11.1 emu.g-1 and superparamagnetic behavior. Moreover, these nanomaterials showed two emission peaks centered at 452 and 472 nm. For the second type of nanomaterials obtained, FePt/Fe3O4 magnetic nanoparticles were synthesized by modified polyol method coupled to seeded-mediated growth, and CdSe/ZnS luminescent quantum dots were obtained by thermal decomposition of organometallic precursors. For the ligand exchange to transfer the nanostructures from organic media to aqueous solution, were used Dopa-PIMA-PEG-NH2 and LA-PEG-COOH polymers to provide colloidal stability and biocompatibility on magnetic nanoparticle surface and quantum dot surface, respectively. The chemical conjugation between FePt/Fe3O4-Dopa-PIMA-PEG-NH2 and CdSe/ZnS-LA-PEG-COOH nanostructures was obtained by EDC coupling in aqueous solution, which linked amine and carboxylate groups in each nanostructure to provide the formation of amide bond. The luminomagnetic nanomaterials obtained showed colloidal stability in aqueous solution, narrow size distribution, with RH equal to 79.96 nm, MS around 10 emu.g-1 with low coercivity and remanent magnetization, and intense emission peak centered at 580 nm. We expect these luminomagnetic nanomaterials be promisor nanomaterials with multifunctional properties for potential biological applications.

"Polyelectrolyte multilayer (PEM) thin films prepared via the Layer-by-Layer (LbL) deposition technique are of special interest in this research. The purpose of this study is to replace current mechanical closure systems, based on hook-and-loop type fasteners (i.e. Velcro), with PEM thin film systems. The technique is simple, cheap, versatile and environmental friendly; as a consequence a variety of thin films can be easily fabricated. By proposing PEMs as non-mechanical and nanoscopic molecular closures, we aim to obtain hermetic sealing, good adhesive strength, and peel off ease. Atomic force microscopy (AFM) and colloidal probe techniques were used to characterize the morphology, roughness and adhesive properties of PEMs. AFM measurements were conducted in air, necessarily requiring careful control of ambient humidity. PEMs were formed by consecutive deposition of polyanions and polycations on a charged polyethylene terephthalate (PET) solid surface, the result of which was stable nanostructured films. By systemically varying the parameters of PEM build-up process: different combinations of polyelectrolytes, different numbers of bilayers (polyanion/polycation pairs), and miscellaneous types and concentrations of salts (NaCl, NaBr and NaF salts at 0.5 M and 1.0 M concentrations), the adhesion and morphology of PEMs were thoroughly investigated. The PEM thin films specifically investigated include poly(ethyleneimine) (PEI), poly(styrene sulfonate) (PSS), poly(allylamine hydrochloride) (PAH), poly(acrylic acid) (PAA), and poly(diallydimethylammonium chloride) (PDADMAC). Silica colloidal probes were utilized in the investigation, some of which were functionalized with COOH and/or coated with PEI-PSS. Silica colloidal probes were used in order to quantify interaction forces on the PEMs. A functionalized silica colloidal probe (a probe with COOH surface chemistry) and a silica colloidal probe coated with PEI-PSS were used to simulate PEM-PEM interactions. The results suggest that adhesion in the PEMs depend on the number of layers, the salt concentration and the salt type used during the build-up process, the environmental conditions where the adhesion force measurements were made, and the choice of probe. "

This thesis presents work on the DNA directed assembly of colloids at liquid and solid interfaces under specifically sculpted attractive interactions via depletion forces and/or magnetic fields. The highly specific and thermally reversible nature of binding between two complementary single strands of DNA allows us to encode binding rules among various (solid or liquid) components of the system. The thesis begins by presenting a new approach for introducing mobile DNA linkers on oil droplets, enabling a reversible adsorption of colloids at the oil/water interface. In comparison to previous cumbersome approaches involving expensive biotinylated lipids, this simple method provides a relatively higher grafting density of DNA anchors at the interface. Further, it is possible to kinetically control the surface coverage of oil droplets with colloidal particles while preserving fully ergodic colloidal dynamics on the droplets. The equilibrium nature of the absorbed colloids is illustrated by exploring the quasi-two-dimensional (2d) phase behaviour under the influence of depletion interactions. Colloids bound to the oil water interface are found to be significantly less diffusive compared to their bulk counterparts. Simulation studies from collaboration reaffirm the experimentally observed phase behaviour and the nature of compositional arrest. Further, some preliminary results on the phase behaviour of binary colloidal mixtures at the oil/water interface are also presented. The last section of this thesis demonstrates an approach for creating novel superstructures of DNA coated colloids (DNAcc) directed via an externally applied magnetic field. Raspberry-like and long coaxial skeletons of smaller colloids around larger superparamagnetic colloidal cores in a two component system are shown. The rigidity of these mesoscopic superstructures is enhanced by adding a suitably functionalized third component. Finally, the thesis concludes by presenting various dimensions that have emerged out of this work and are being currently pursued.