Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / A ConBr à uma proteÃna tetramÃrica presente em sementes de Canavalia brasiliensis e que possui afinidade para os aÃÃcares D-mannose e D-glucose. à vasto o uso desta lectina em ensaios biotecnolÃgicos devido as suas propriedades biolÃgicas. à comumente utilizada conjugada ao FITC, um fluorÃforo amplamente utilizado nas diversas Ãreas da biotecnologia para anexar um marcador fluorescente a proteÃnas atravÃs do grupamento amina. No entanto, a influÃncia deste fluorÃforo na atividade de tais proteÃnas precisa ser mais bem evidenciada. Essa pesquisa visou obter informaÃÃes sobre as alteraÃÃes na estrutura secundÃria da proteÃna ConBr nativa e conjugada com FITC, alÃm de iniciar um estudo desta lectina tambÃm conjugada com pontos quÃnticos. Amostras de ConBr nativa, conjugada com o FITC (ConBr-FITC (2%)), misturada com FITC na proporÃÃo de 2% em massa (ConBr/FITC (2%)), misturada com FITC na proporÃÃo de 20% em massa (ConBr/FITC (20%)) e processada mas nÃo conjugada com o FITC (ConBr-), foram analisadas por espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) atravÃs da tÃcnica de reflectÃncia total atenuada (ATR). Foram realizados testes de atividade hemaglutinante especÃfica com ConBr nativa, ConBr-FITC (2%), ConBr/FITC (2%), ConBr- e ConBr conjugada com pontos quÃnticos (ConBr-QD Zn/Cd). A atividade hemaglutinante especÃfica nos extratos foi determinada usando-se suspensÃes de hemÃcias de coelho a 3% em placas de microtitulaÃÃo. Os dados obtidos nos ensaios de atividade especÃfica foram submetidos ao teste estatÃstico de Mann-Whitney. Quando os espectros de ConBr nativa e ConBr-FITC (2%) foram comparados, observou-se que o pico da lectina nativa referente Ãs estruturas de folhas β, nÃo sofreu qualquer modificaÃÃo quando a proteÃna foi conjugada com FITC, entreteanto, notou-se uma diminuiÃÃo da intensidade na regiÃo do espectro referente Ãs estruturas em α-hÃlice, o que permite inferir uma reduÃÃo da quantidade destas estruturas. Houve tambÃm um aumento de intensidade na regiÃo referente Ãs estruturas irregulares. Os espectros de ConBr nativa, ConBr- e ConBr/FITC (2%) nÃo sugeriram alteraÃÃes na estrutura secundÃria. Nos testes de atividade hemaglutinante especÃfica de ConBr nativa e ConBr-FITC (2%) houve uma diminuiÃÃo da atividade especÃfica para esta Ãltima em relaÃÃo a primeira e estes resultados demonstraram diferenÃa estatisticamente significativa entre si. ConBr nativa e ConBr- nÃo apresentaram diferenÃas estatÃsticas significativas entre si. A atividade de ConBr/FITC (2%) tambÃm nÃo apresentou diferenÃas estatÃsticas em relaÃÃo à ConBr nativa. Em conjunto, estes resultados contribuem e reforÃam a proposiÃÃo de que à a ligaÃÃo do FITC à proteÃna que promove a alteraÃÃo estrutural na regiÃo de α-hÃlice. A atividade especÃfica de ConBr-QD Zn/Cd diminuiu drasticamente quando comparada com a atividade de ConBr nativa, apresentando diferenÃa estatisticamente significativa entre estas amostras. AnÃlises estatÃsticas realizadas com os dados obtidos no teste de atividade especÃfica e anÃlise dos espectros de infravermelho sugerem alteraÃÃes na estrutura secundÃria da lectina ConBr conjugada ao FITC. PorÃm, ainda à necessÃria a elucidaÃÃo da natureza dessa alteraÃÃo e se essa à realmente devida à ligaÃÃo da proteÃna ao fluorÃforo. / ConBr is a tetrameric protein found in Canavalia brasiliensis seeds and has affinity for D-mannose and D-glucose carbohydrates. It is vast use of this lectin in biotechnological assays due their biological properties, and itâs used commonly linked to FITC, a fluorophore widely used in various fields of biotechnology to attach to proteins a fluorescent marker through amine grouping. However, the fluorophore influence in proteins activity must be further highlighted. This research aimed obtain informations about native ConBr secondary structure and FITC-conjugated changes and start a study of this lectin conjugated quantum dots also. Samples of native ConBr, ConBr-FITC conjugated (FITC-ConBr (2%)), ConBr mixed with the FITC proportion of 2% by mass (ConBr/FITC (2%)), ConBr mixed with FITC at 20 mass% (ConBr/FITC (20%)) and processed but not conjugated with FITC ConBr (ConBr-) were analyzed by Fourier Transform Infrared spectroscopy (FTIR), mode ATR (Attenuated Total Refectance). The native ConBr, ConBr-FITC (2%), ConBr/FITC (2%), ConBr-, and conjugated quantum dots ConBr (QD ConBr-Zn / Cd) specific haemagglutinating activity were performed. The specific haemagglutinating activity in the extracts was determined using the rabbit erythrocytes suspensions at 3% in microtiter plates. The specific activity data were tested using the Mann-Whitney test. When the native ConBr and FITC-ConBr (2%) spectra were compared, it was found the peak of the native lectin relating to β-sheet structures not suffered modification when the protein was conjugated with FITC, but there was a intensity reduction in the spectrum region relating to α-helix structures, which allows a reduction in the amount these structures. There was an intensity increase of irregular structures also. Native ConBr, ConBr- e ConBr/FITC (2%) spectra suggested no changes in secondary structure. There was a ConBr-FITC (2%) hemagglutinating activity decrease and that result showed statistically significant difference to native ConBr. Native ConBr and ConBr- do not have significantly differences. The ConBr/FITC (2%) activity didnât showed statistical differences regarding native ConBr. These results contribute and reinforce the proposition that is the FITC binding to protein promotes the structural change in the α-helix region. The ConBr-QD Zn/Cd specific activity decreased compared with the activity of native ConBr, demonstrating statistically significant differences between these samples. Statistical analyzes using the data obtained in the specific activity test and infrared spectra analysis suggest lectin ConBr FITC-conjugated secondary structure changes. However, itâs still necessary elucidate the nature of this change, and whether this is really due to the protein-fluorophore binding.

nÃo hà / Este trabalho dedica-se ao estudo das propriedades eletrÃnicas de pontos quÃnticos semicondutores contendo muitos elÃtrons confinados. Em particular, serÃo investigados semicondutores contendo muitos elÃtrons confinados. Em particular, serÃo investigados pontos quÃnticos de Si e Ge imersos em matrizes dielÃtricas (SiO2 e HfO2). O mÃtodo teÃrico utilizado para calcular a energia total de um sistema de N elÃtrons confinados baseia-se numa versÃo simplificada do mÃtodo de Hartree-Fock. Neste modelo a energia total e calculada a partir das funÃÃes de onda e estados de energia de uma Ãnica partÃcula Os resultados obtidos mostram que a energia total em pontos quÃnticos de Ge sÃo em geral maiores que em pontos quÃnticos de Si, independentemente do nÃmero de elÃtrons confinados. Isto acontece devido a massa efetiva menor dos elÃtrons no Ge que aumentam as energia de confinamento. Em relaÃÃo ao papel das barreiras dielÃtricas, a energia total à sempre maior nos casos em que o ponto quÃntico està envolvido por SiO2. Fisicamente, isto se deve ao fato de que a barreira de confinamento do SiO2 (3.2 eV) à maior que a do HfO2 (1.5 eV). Barreiras mais baixas favorecem o aumento da extensÃo espacial das funÃÃes de onda, reduzindo a repulsÃo coulombiana dos elÃtrons confinados. Calculou se tambÃm o potencial quÃmico dos pontos quÃnticos em funÃÃo do nÃmero de elÃtrons confinados, e a energia adicional necessÃria para aprisionar mais um elÃtron nos pontos quÃnticos. Verificou-se que o potencial quÃmico dos pontos quÃnticos de Ge sÃo sempre maiores que nos de Si, por em o potencial quÃmico para pontos quÃnticos envoltos em HfO2 sÃo sempre maiores que no caso do SiO2. Em relaÃÃo a energia adicional, observa-se que esta quantidade apresenta fortes oscilaÃÃes e que varia entre 0 e 0.4 eV para todos os casos estudados. Se levarmos em conta que o fenÃmeno conhecido como bloqueio de Coulomb acontece quando a energia adicional à muito maior que a energia tÃrmica (da ordem de 3=2kBT), este fenÃmeno sÃo serà observado quando houver poucos elÃtrons confinados nos pontos quÃnticos. / This work investigates the electronic properties of semiconductor quantum dots in which there are many electrons confined. In particular, we study Si and Ge quantum dots embedded in dielectric matrices (SiO2 e HfO2). The theoretical method used to calculate the total energy of N electrons confined in quantum dots is based on a simplified version of the Hartree-Fock method. In this model, the total energy is obtained from single-particle wavefunctions and eigen-energies. The obtained results show that the total energy in Ge quantum dots are always larger than in Si ones. The reason is the smaller electron e effective mass in Ge, which raises the energies of the confined states. As for the role of the dielectric matrix, the total energy is always larger for SiO2 than for HfO2. Physically, this e effect is caused by the fact that SiO2 has larger confinement barriers (3.2 eV) than HfO2(1.5 eV). Smaller barriers favor larger spatial extent of the wavefunctions, decreasing the repulsion energy of the confined electrons. The chemical potential and additional energy was also calculated as function of the number of confined electrons. It was observed that the chemical potential of Ge quantum dots are always larger than Si ones, but the role of the dielectric matrix is inverted. The chemical potential for HfO2 is larger than for SiO2. With respect to the additional energy, we observed that this quantity strongly oscillates within the range 0 to 0.4 eV for cases. If one takes into account that the Coulomb blockade phenomena is only observed for additional energies much larger the thermal energy (of the order of 3/2kBT), this phenomena can only be observed for the case where there are only a few electrons confined in the quantum dots.

CoordenaÃÃo de AperfeÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Os avanÃos nas tÃcnicas de crescimento tornaram possÃvel a fabricaÃÃo de estruturas semicondutoras quase-unidimensionais em escalas nanomÃtricas, chamadas pontos, fios, poÃos e anÃis quÃnticos. Interesse nessas estruturas tem crescido consideravelmente, nÃo sà devido Ãs suas possÃveis aplicaÃÃes em dispositivos eletrÃnicos e à sua manipulaÃÃo quÃmica fÃcil, mas tambÃm porque eles oferecem a possibilidade de explorar experimentalmente vÃrios aspectos de confinamento quÃntico, espalhamento e fenÃmenos de interferÃncia. Em particular, neste trabalho, investigamos as propriedades eletrÃnicas e de transporte em poÃos quÃnticos, fios e anÃis, cujas dimensÃes podem ser alcanÃados experimentalmente. Para isto, resolvemos a equaÃÃo de SchrÃdinger dependente do tempo utilizando o mÃtodo Split-operator em duas dimensÃes. Nesta tese, abordamos quatro trabalhos, sendo o primeiro uma analogia ao Paradoxo de Braess para um sistema mesoscÃpico. Para isso, utilizamos um anel quÃntico com um canal adicional na regiÃo central, alinhado com os canais de entrada e saÃda. Este canal extra faz o papel do caminho adicional em uma rede de trÃfego na teoria dos jogos, similar ao caso do paradoxo de Braess. Calculamos as auto-energias e a evoluÃÃo temporal para o anel quÃntico. Surpreendentemente, o coeficiente de transmissÃo para algumas larguras do canal extra diminuiu, semelhante ao que acontece com redes de trÃfego, onde a presenÃa de uma via extra nÃo necessariamente melhora o fluxo total. Com a analise dos resultados obtidos, foi possÃvel determinar que neste sistema o paradoxo ocorre devido a efeitos de interferÃncia e de espalhamento quÃntico. No segundo trabalho, foi feita uma extensÃo do primeiro, (i) aplicando-se um campo magnÃtico, onde foi possÃvel obter o efeito Aharonov-Bohm para pequenos valores do canal extra e controlar efeitos de interferÃncia responsÃveis pelo paradoxo mencionado, e (ii) fazendo tambÃm a aplicaÃÃo de um potencial que simula a ponta de um microscÃpio de forÃa atÃmica (AFM) interagindo com a amostra - este potencial à repulsivo e simula um possÃvel fechamento do caminho em que o pacote de onda se propaga. Assim, neste trabalho, realizamos uma contra-prova do primeiro, onde observamos que com o posicionamento da ponta do AFM sobre canal extra, se diminui o efeito de reduÃÃo de corrente devido ao paradoxo de Braess. No terceiro trabalho, realizamos uma anÃlise de tunelamento entre dois fios quÃnticos separados por uma certa distÃncia e calculamos qual a menor distÃncia para qual ocorre tunelamento significativo nesse sistema eletrÃnico. Este trabalho à de fundamental importÃncia para o manufaturamento de dispositivos nanoestruturados, porque nos permite investigar qual a distÃncia mÃnima para a construÃÃo de um circuito eletrÃnico sem que haja interferÃncias nas transmissÃes das informaÃÃes. No quarto e Ãltimo trabalho desta tese, investigamos a energia de ligaÃÃo do elÃtron-impureza em GaN/HfO2 para um poÃo quÃntico. Consideramos simultaneamente as contribuiÃÃes de todas as interaÃÃes das auto-energias devido ao descasamento das constantes dielÃtricas entre os materiais. Foram estudados poÃos largos e estreitos, comparando os resultados para diferentes posiÃÃes da impureza e a contribuiÃÃo da auto-energia para o sistema. / Advances in growth techniques have made possible the fabrication of quasi one-dimensional semiconductor structures on nanometric scales, called quantum dots, wires, wells and rings. Interest in these structures has grown considerably not only due to their possible applications in electronic devices and to their easy chemical manipulation, but also because they offer the possibility of experimentally exploring several aspects of quantum confinement, scattering and interference phenomena. In particular, in this work, we investigate the electronic and transport properties in quantum wells, wires and rings, whose dimensions can be achieved experimentally. For this purpose, we solve the time-dependent SchrÃdinger equation using the split-operator method in two dimensions. We address four different problems: in the first one, the electronic transport properties of a mesoscopic branched out quantum ring are discussed in analogy to the Braess Paradox of game theory, which, in simple words, states that adding an extra path to a traffic network does not necessarily improves its overall flow. In this case, we consider a quantum ringindex{Quantum ring} with an extra channel in its central region, aligned with the input and output leads. This extra channel plays the role of an additional path in a similar way as the extra roads in the classical Braess paradox. Our results show that in this system, surprisingly the transmission coefficient decreases for some values of the extra channel width, similarly to the case of traffic networks in the original Braess problem. We demonstrate that such transmission reduction in our case originates from both quantum scattering and interference effects, and is closely related to recent experimental results in a similar mesoscopic system. In the second work of this thesis, we extend the first system by considering different ring geometries, and by investigating the effects of an external perpendicular magnetic field and of obstructions to the electrons pathways on the transport properties of the system. For narrow widths of the extra channel, it is possible to observe Aharonov-Bohm oscillations in the transmission probability. More importantly, the Aharonov-Bohm phase acquired by the wave function in the presence of the magnetic field allows one to verify in which situations the transmission reduction induced by the extra channel is purely due to interference. We simulate a possible closure of one of the paths by applying a local electrostatic potential, which can be seen as a model for the charged tip of an atomic force microscope (AFM). We show that positioning the AFM tip in the extra channel suppresses the transmission reduction due to the Braess paradox, thus demonstrating that closing the extra path improves the overall transport properties of the system. In the third work, we analyze the tunneling of wave packets between two semiconductor quantum wires separated by a short distance. We investigate the smallest distance at which a significant tunneling between the semiconduting wires still occur. This work is of fundamental importantance for the manufacturing of future nanostructured devices, since it provides information on the minimum reasonable distances between the electron channels in miniaturized electronic circuits, where quantum tunnelling and interference effects will start to play a major role. In the last work of this thesis, we investigate the binding energy of the electron-impurity pair in a GaN/HfO2 quantum well. We consider simultaneously the contributions of all interactions in the self-energy due to the dielectric constant mismatch between materials. We investigate the electron-impurity bound states in quantum wells of several widths, and compared the results for different impurity positions.