Este trabalho consistiu numa avaliação, sob um ponto de vista físico, da aplicabilidade da sílica mesoporosa ordenada tipo SBA-15 como adjuvante imunológico. Inicialmente foi estudado o método de preparação e reprodutibilidade das propriedades do material, condição necessária para a síntese de grandes quantidades (N 100g). Mostrou-se que a calcinação em vácuo, comparada com o processo em N2 e ar, resulta em material com estrutura mesoporosa mais bem ordenada. Para aplicações biológicas foi analisado o potencial de encapsulação de antígerios no material, através de estudos de incorporação de Albumina Bovina (BSA) e vacina contra Hepatite A. Foi observada uma incorporação bem-sucedida de BSA na sílica, com essa proteína alojando-se dentro da estrutura de poros. Resultado semelhante foi observado para a vacina contra hepatite A. O processo mais eficiente de incorporação foi determinado para uma mistura em repouso e seca através de evaporação. A aplicabilidade da sílica como adjuvante para uso animal foi avaliada através de análises, pelo método PIXE, da acumulação do material no organismo de camundongos. A sílica foi administrada a camundongos Swiss por via oral e intra-muscular, e o teor de silício em diferentes órgáos foi comparado aos teores em um grupo controle. Foi detectada a presença de sílica em determinados órgãos dos camundongos, cuja eliminação total se processa num período de 70 dias. Além disso, em testes toxicológicos realizados no Instituto Butantan, a sílica mostrou-se eficaz na indução de resposta humoral e atóxica. / This work consisted of an evaluation, from a physical standpoint, of the applicability of SB.4-15 type ordered rnesoporous silica as an inmunological adjuvant. The method of preparation and reproducibility of the material properties were initially studied. Those conditions are necessary to synthesize large quantities of the material (N 100g). Vacuum calcination, whem compared to the process executed in A5 and air, results in a better ordered mesoporous structure. For biological applications, the potential to encapsulate antigens in the material was analyzed through studies of incorporation of Bovine Serum Albumin (BSA) and vaccine for Hepatitis A. A successful incorporation of BSA in the silica was observed, with that protein being lodged inside the porous structure. A similar result was obtained for the vaccine for Hepatitis A. The most efficient incorporation process was determined by keeping the solution at rest and drying it through evaporation. The applicability of silica as an immunological adjuvant for animal use was evaluated through PIXE analyses of the silicon accumulation in mice\'s organs. Silica was administrated to Swiss mice through oral and intramuscular ways and the silicon content of different organs was compared to the figures of the control group. The silica´s presence was detected on certain organs, and it was completely eliminated after 70 days. Besides that, toxicological studies accomplished at the Butantan Institute showed that the silica is efficient for inductíon of humoral response and it is non-toxic.

O principal objetivo deste trabalho foi desenvolver uma metodologia de análise de soro sanguíneo utilizando os métodos Proton Induced X-ray Emission (PIXE) e Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (ICP-MS). O PIXE é um método de análise multielementar baseado na detecção dos raios-X característicos emitidos pelas amostras, quando bombardeadas com feixes de íons (H+, He+, ...) com energia da ordem de alguns MeV. Já o ICP-MS é um espectrômetro de massa que analisa componentes de amostras ionizadas, separados de acordo com suas razões massa carga (m/z). Para a realização deste estudo, as amostras de sangue dos voluntários (30 jovens com idade entre 18 e 25 anos) foram coletadas no Hospital Universitário da USP utilizando tubos de vidro da BD VacutainerTM sem aditivos (Processo do Comitê de Ética: HU-615/05). O soro foi obtido pela centrifugação dos tubos a 3000 rpm. As amostras foram pipetadas sobre Nuclepore (10?m de espessura) e secas a temperatura ambiente, para o método PIXE, e diluídas de 1:10, para as análises com ICP-MS. A acurácia dos resultados foi verificada analisando materiais de referências de soro do National Institute of Public Health - Québec (ICP-03B-02 e ICP-02-S-05). A análise dos padrões apresentou 78% dos dados entre ±1?, 14% entre ±2? e 4% além de ±3?. Este estudo de elementos traço em soro humano revelou um total de 22 elementos: Be, Al, P, S, Cl, K, Ca, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Se, Br, Mo, Cd, Sn, Tl e Pb, com concentrações entre 9 ng/l e 6 g/l, o que compreende 9 ordens de grandeza, e também permitiu o estudo das funções de distribuição de probabilidades dos elementos. As técnicas utilizadas foram eficientes e complementares na realização deste trabalho. Os resultados das concentrações elementares medidas neste trabalho concordaram com os valores da literatura. / The main objective of this work was to develop a methodology for the analysis of blood serum by Proton Induced X-ray Emission (PIXE) and Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (ICP-MS). PIXE is a multi elementary spectrometric method that relies on the detection of characteristics X-rays emitted by a sample bombarded with an energetic (~MeV) ion beam (H+, He+, ...). With the ICP-MS one measures the elementary components in an ionised sample, separated according to their mass to charge ratio (m/z). For this study, the blood samples were collected from 30 young healthy adult volunteers with age between 18 and 25 years, in the University Hospital using additiveless BD VacutainerTM tubes (Authorisation agreement HU-615/05). Blood serum was obtained by centrifugation of the tubes at 3000 rpm. For PIXE analysis, the serum samples were pipetted on Nuclepore film (10?m thick) and dried at room temperature. For the ICP-MS analysis, the serum samples were diluted 1:10. Accuracy of both methods was obtained analysing serum reference materials supplied by the National Institute of Public Health - Québec (ICP-03B-02 and ICP-02-S-05). The analysis of the reference materials presented results for the elementary concentrations within ±1? for 78% of the data, 14% of the data lied within ±1? and ±2?, and 4% above ±3?. The analysis of trace elements in human blood serum by PIXE and ICP-MS revealed a total of 22 elements, ranging over 9 orders of magnitude: Be, Al, P, S, Cl, K, Ca, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Se, Br, Mo, Cd, Sn, Tl e Pb, with concentrations between 9 ng/l and 6 g/l. The PIXE and ICP-MS techniques were efficient and complimentary for the accomplishment of this work. The elementary concentrations measured in this work agreed with overall data in literature.

Varias técnicas de física nuclear tem sido aplicadas no estudo de artefatos arqueológicos e de arte contribuindo para seu restauro e preservação. A aplicação destas técnicas são indicadas por não serem destrutivas, preservando o material a ser analisado. Neste trabalho, propomos um procedimento para a investigação indireta da dureza de espadas antigas, por meio de técnicas não destrutivas. Com este proposito as técnicas PIXE, NRA, XRD e RBS se adequam ao nosso estudo de espadas antigas, especificamente uma espada Indiana (Damascena) e outra Japonesa (Wakizashi). Com a técnica PIXE esperávamos identificar os elementos presentes nas laminas das espadas e em suas empunhaduras. Na espada Indiana os elementos identificados foram: Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn e As. Para a espada Japonesa somente o elemento Fe foi identificado, mas com o auxílio da técnica RBS identificamos também, um filme fino de carbono na superfície da lamina, medindo 0; 75 _m de espessura. Nas empunhaduras foram identificados os elementos Cr, Fe, Cu e Au para a espada Indiana; Fe, Cu, As e Ag na peca Habaki e S, Cl, K, CA, Fe, As e Au na peca Fuchi, estas duas pecas fazem parte da empunhadura da espada Japonesa. A técnica XRD foi usada para verificarmos as estruturas cristalinas que se formam na superfície das laminas durante o processo de forja (variação de 6 temperatura e deformações plástica). Estas informações possibilitam inferir sobre a temperatura de forja e consequências da deformação plásticas. A fase cristalina da superfície das laminas foi identificada como ferro na forma cristalina cubica de corpo centrado. Nesta estrutura, ha a formação de pequenos cristais orientados (cristalitos), que apresentaram tamanho médio da ordem de 200 _A. Foi verificado que ha também uma fase amorfa do ferro na espada Japonesa, sugerindo que o processo de forja alcançou temperaturas menores quando comparada com a espada Indiana. A espada Damascena _e muito famosa pela dureza e ductibilidade apresentada por sua lamina. Um elemento que pode contribuir para estas caraterísticas e o nitrogênio, que pode ser identificado usando a técnica NRA, mais especificamente a reação 15N(p; _)12C. O nitrogênio poderia ser introduzido na lamina durante o processo de endurecimento da região de corte. Neste processo a lamina era resfriada em urina animal, composta principalmente por acido úrico (C5H4N4O3) e ureia (NH2)2CO. Não foi possível identificarmos a presença de nitrogênio dentro do nosso limite de detecção (acima de 0; 263(4)% em massa de nitrogênio, valor referenciado para a amostra padrão CRM-298). / A set of physical techniques have been applied to characterize archaeological and art artifacts and contribute to its preservation and restoration. The application of these techniques are indicated because they are non invasive methods, preserving the material to be analyzed. In this work, we propose a procedure to investigate indirectly the hardness of ancient swords, by nondestructive techniques. With this aim, we decided to apply the techniques PIXE, NRA, XRD and RBS in the study of ancient swords, specially Indian (Damascus blade) and a Japanese (Wakizashi) swords. With PIXE we identified the major compounds in the blades and in their grips. In the Indian blade were identified the following elements: Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn e As. In the Japanese only iron was identified, although, with RBS we could identified a thin _lm of carbon on its surface. The grips were also analyzed and the results indicated to Indian were: Cr, Fe, Cu and Au; and to Japanese: Fe, Cu, As e Ag in the peace Habaki, and S, Cl, K, CA, Fe, As e Au in the peace Fuchi, those pieces are part of the grip. The XRD technique was applied to verify the crystalline structure which were formed during the forging process (hammering and quenching). These information can help to understand more about the quenching and hammering process. The crystalline phase in the surface of the blade was identified as iron. The surface is composed by crystallites oriented with grain size in order to 200_A, oriented as the result of hammering process. Also there is an amorphous phase in the Japanese blade, suggesting that in the forje process the temperature achieved was lower when compared with the Indian sword. The Damascus blade is famous due its hardness and ductility. An element that can improve these characteristics is the nitrogen. Its determination is possible using NRA technique, more specially the reaction 15N(p; _)12C. The nitrogen could been insert in the blade during the edge hardness process (in this process the blade was quenched into animal urine that its main compound are uric acid (C5H4N4O3) and urea (NH2)2CO, or in a brine). It was not possible to identify the presence of nitrogen within our limit of quantification.

A medida e o controle de elementos químicos, majoritários ou traço, em tecidos e fluídos biológicos, vem sendo utilizada há muito tempo para diagnósticos médicos, em avaliações de saúde, estado nutricional e para prevenção e acompanhamento de doenças. Em muitos casos tal relação já foi solidamente estabelecida, mas no estudo de neoplasias, ainda se busca relação entre teores químicos elementares e vários tipos (ou estágios) de câncer. Nesse tipo de estudo utilizam-se métodos espectroscópicos multi-elementares de altíssima sensibilidade ainda não disponíveis rotineiramente em laboratórios clínicos. Neste trabalho, buscaram-se alterações na concentração de elementos químicos majoritários e traço em soro sanguíneo de pacientes com melanoma, por meio de análises pelos métodos PIXE e HR-ICPMS como auxiliar de diagnóstico desta neoplasia, uma vez que sua detecção em estágios iniciais aumenta a probabilidade de recuperação. A técnica PIXE (Proton Induced X-ray Emission) de análise multi-elementar baseia-se na detecção de raios X característicos, enquanto o HR-ICPMS (High Resolution Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry) é um espectrômetro de massa de alta resolução. As amostras de sangue de 30 pacientes e 116 doadores sadios foram coletadas no Hospital São Paulo (protocolos CEP 1036/08 UNIFESP) em tubos de vidro sem aditivos, sendo o soro separado por meio de centrifugação a 4500 rpm durante 15 minutos. Foram identificados e quantificados um total de 10 elementos: 4 por HR-ICPMS (Mg, Se, Cu e Zn) e 8 por PIXE (P, S, Cl, K, Ca, Br, Cu e Zn). Os métodos analíticos foram aferidos com os materiais de referência QMEQAS06S-06, QMEQAS08S-06 e NIST 1577b. A precisão analítica variou de 3 % a 9 % para ambas as técnicas. As informações clínicas relevantes dos pacientes foram incluídas na análise (tipo histológico do tumor; nível de melanoma; escala de Breslow em profundidade; número de linfonodos; presença ou ausência de mitose e/ou ulceração). A avaliação do grupo controle mostrou diferentes concentrações de P e Mg para indivíduos com idade acima ou abaixo de 40 anos. Os teores de P, S, Ca, Cu e Zn em indivíduos saudáveis apresentaram diferenças com o gênero, evidenciando a necessidade de inserir estas variáveis na análise caso-controle. As concentrações de K, S, Ca e Se apresentaram diferença entre os grupos controle e melanoma, quando consideradas as variáveis clínicas dos pacientes (p<0,05). A necessidade de estratificação por idade, gênero e estágio da neoplasia, reduziu criticamente o já limitado espaço amostral, comprometendo a interpretação das pequenas diferenças nas concentrações elementares encontradas. Os resultados encontrados para a população sadia concordaram com os valores publicados na literatura e colaboraram para o fortalecimento do banco de dados de concentrações elementares em soro da população brasileira. / Recording chemical elements, either as major or trace quantities, in tissues and biological fluids is regularly being used for medical diagnosis, health assessments, nutritional status, and for the monitoring and prevention of diseases. In many cases, such relationship is firmly established, but for cancer, there is still a search for a relationship between chemical elements and various types (or stages) of cancer. In this kind of study, highly sensitive multielemental spectroscopic methods are used which are not yet routinely available in clinical laboratories. In this study, changes in the concentration of chemical elements in serum of melanoma patients were sought by means of PIXE and HR-ICPMS analysis as an aid to early diagnosis, and to help increasing the likelihood of pacients recovery. The multi-elemental PIXE method (Proton Induced X-ray Emission) relies on the detection of characteristic X-rays of the sample, while the HR-ICPMS (High Resolution Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry) is a high resolution mass spectrometer. Blood samples from 30 patients and 116 healthy donors were collected at the Hospital (protocols CEP 1036/08 UNIFESP) in glass tubes without additives, and the serum separated after centrifugation for 15 minutes at 4500 rpm. A total of 10 elements were measured: 4 by HR-ICPMS (Mg, Se, Cu and Zn), 8 by PIXE (P, S, Cl, K, Ca, Br, Cu and Zn). The analytical methods were assessed analyzing reference materials QMEQAS06S-06, QMEQAS08S-06 and NIST 1577b. The analytical precision ranged from 3 % to 9 %. Relevant clinical information of patients has also been included in the statistical analysis (histological type of tumor, level of melanoma, Breslow depth scale, number of lymph nodes, presence or absence of mitosis and/or ulceration). The evaluation of the control group showed different concentrations of P and Mg for individuals aged above and below 40 years. The P, S, Ca, Cu and Zn in healthy individuals differed according to the gender, highlighting the need of inserting the variables age and gender in the case-control analysis. The concentrations of K, S, Ca and Se showed differences between the control group and the melanoma, when considering the clinical variables of the patients (p <0.05). The need for stratification by age, gender and stage of cancer, critically reduced the already limited number of samples, compromising the interpretation of the small differences in elemental concentrations found. The results for the healthy population agreed with the values reported in the literature and contributed to strengthen the database of elemental concentrations in serum of the Brazilian population.

O principal objetivo deste trabalho foi desenvolver uma metodologia de análise de soro sanguíneo utilizando os métodos Proton Induced X-ray Emission (PIXE) e Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (ICP-MS). O PIXE é um método de análise multielementar baseado na detecção dos raios-X característicos emitidos pelas amostras, quando bombardeadas com feixes de íons (H+, He+, ...) com energia da ordem de alguns MeV. Já o ICP-MS é um espectrômetro de massa que analisa componentes de amostras ionizadas, separados de acordo com suas razões massa carga (m/z). Para a realização deste estudo, as amostras de sangue dos voluntários (30 jovens com idade entre 18 e 25 anos) foram coletadas no Hospital Universitário da USP utilizando tubos de vidro da BD VacutainerTM sem aditivos (Processo do Comitê de Ética: HU-615/05). O soro foi obtido pela centrifugação dos tubos a 3000 rpm. As amostras foram pipetadas sobre Nuclepore (10?m de espessura) e secas a temperatura ambiente, para o método PIXE, e diluídas de 1:10, para as análises com ICP-MS. A acurácia dos resultados foi verificada analisando materiais de referências de soro do National Institute of Public Health - Québec (ICP-03B-02 e ICP-02-S-05). A análise dos padrões apresentou 78% dos dados entre ±1?, 14% entre ±2? e 4% além de ±3?. Este estudo de elementos traço em soro humano revelou um total de 22 elementos: Be, Al, P, S, Cl, K, Ca, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Se, Br, Mo, Cd, Sn, Tl e Pb, com concentrações entre 9 ng/l e 6 g/l, o que compreende 9 ordens de grandeza, e também permitiu o estudo das funções de distribuição de probabilidades dos elementos. As técnicas utilizadas foram eficientes e complementares na realização deste trabalho. Os resultados das concentrações elementares medidas neste trabalho concordaram com os valores da literatura. / The main objective of this work was to develop a methodology for the analysis of blood serum by Proton Induced X-ray Emission (PIXE) and Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (ICP-MS). PIXE is a multi elementary spectrometric method that relies on the detection of characteristics X-rays emitted by a sample bombarded with an energetic (~MeV) ion beam (H+, He+, ...). With the ICP-MS one measures the elementary components in an ionised sample, separated according to their mass to charge ratio (m/z). For this study, the blood samples were collected from 30 young healthy adult volunteers with age between 18 and 25 years, in the University Hospital using additiveless BD VacutainerTM tubes (Authorisation agreement HU-615/05). Blood serum was obtained by centrifugation of the tubes at 3000 rpm. For PIXE analysis, the serum samples were pipetted on Nuclepore film (10?m thick) and dried at room temperature. For the ICP-MS analysis, the serum samples were diluted 1:10. Accuracy of both methods was obtained analysing serum reference materials supplied by the National Institute of Public Health - Québec (ICP-03B-02 and ICP-02-S-05). The analysis of the reference materials presented results for the elementary concentrations within ±1? for 78% of the data, 14% of the data lied within ±1? and ±2?, and 4% above ±3?. The analysis of trace elements in human blood serum by PIXE and ICP-MS revealed a total of 22 elements, ranging over 9 orders of magnitude: Be, Al, P, S, Cl, K, Ca, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Se, Br, Mo, Cd, Sn, Tl e Pb, with concentrations between 9 ng/l and 6 g/l. The PIXE and ICP-MS techniques were efficient and complimentary for the accomplishment of this work. The elementary concentrations measured in this work agreed with overall data in literature.

Utilizando-se das técnicas de análise elementar PIXE Particle Induced X-Ray Emission) e PESA ( Proton Elastic Scattering Analysis), foi feita uma aplicação de Modelos Receptores na determinação da estrutura de fontes de aerossóis de regiões remotas no Brasil. O método PIXE foi utilizado na medida das concentrações de elementos com Z 11, em um limite de detecção de 1 ng/m3.O PESA determinou as concentrações de C, N e O na fração fina do aerossol amostrado na Amazônia. Foram realizadas amostragens em Juréia (SP), Fernando de Noronha, Arembepe (DA) , Firminópolis (G O) , Itaberai (GO) e na Amazônia. Para a coleta do aero-s sol utilizou-se Impactadores em Cascata, Amostradores de Particulado Fino e Grosso e Amostradores de Filtro Sequencial. Para a identificação de fontes dos aerossóis amostrados, foram aplicados três Modelos Receptores: o Modelo de Balanço de Massa, a Regressão Linear Múltipla Stepwise e a análise de Fatores Principais. Em geral, as concentrações elementares e gravimétricas medidas para todas as localidades foram preditas dentro dos desvios experimentais, e foram satisfatoriamente explicadas pelos modelos. Três fontes de aer0ssói.s foram discriminadas em termos quantitativos: o aerossol emitido pelo mar, o originário do solo e o relacionado à vegetação. A emissão de aerossóis pela vegetação é um resultado novo, e foi evidenciado nos três Modelos Receptores em todas as localidades amostradas. Na Amazônia e em Juréia, a floresta é a maior fonte de aerossóis, e é responsável por 60 a 80% da matéria particulada em suspensão no ar. / The PIXE (particle induced X-ray emission), and PESA (proton elastic scattering analysis) methods were used in conjunction with receptor models for source apportionment of remote aerosols in Brazil. The PIXE used in the determination of concentration for elements with Z 11, has a detection limit of about 1 ng/m3 . The concentrations of carbon, nitrogen and oxygen in the fine fraction of Amazon Basin aerosols was measured by PESA. We sampled in Jureia (SP), Fernando de Noronha, Arembepe (BA ), Firminópolis (GO) , Itaberaí (GO) and Amazon Basin. For collecting the airbone particles we used cascade impactors,stacked filter units, and streaker samplers. Three receptor models were used: chemical mass balance, stepwise multiple regression analysis and principal factor analysis. The elemental and gravimetric concentrations were explained by the models within the experimental errors. Three sources of aerosol were quantitatively distinquished: marine aerosol, soil dust and aerosols related to forests. The emission of aerosols by vegetation is very clear for all the sampling sites. In Amazon Basin and Jureia it is the major source, responsible for 60 to 80% of airbornc concentrations.

Utilizando-se das técnicas de análise elementar PIXE Particle Induced X-Ray Emission) e PESA ( Proton Elastic Scattering Analysis), foi feita uma aplicação de Modelos Receptores na determinação da estrutura de fontes de aerossóis de regiões remotas no Brasil. O método PIXE foi utilizado na medida das concentrações de elementos com Z 11, em um limite de detecção de 1 ng/m3.O PESA determinou as concentrações de C, N e O na fração fina do aerossol amostrado na Amazônia. Foram realizadas amostragens em Juréia (SP), Fernando de Noronha, Arembepe (DA) , Firminópolis (G O) , Itaberai (GO) e na Amazônia. Para a coleta do aero-s sol utilizou-se Impactadores em Cascata, Amostradores de Particulado Fino e Grosso e Amostradores de Filtro Sequencial. Para a identificação de fontes dos aerossóis amostrados, foram aplicados três Modelos Receptores: o Modelo de Balanço de Massa, a Regressão Linear Múltipla Stepwise e a análise de Fatores Principais. Em geral, as concentrações elementares e gravimétricas medidas para todas as localidades foram preditas dentro dos desvios experimentais, e foram satisfatoriamente explicadas pelos modelos. Três fontes de aer0ssói.s foram discriminadas em termos quantitativos: o aerossol emitido pelo mar, o originário do solo e o relacionado à vegetação. A emissão de aerossóis pela vegetação é um resultado novo, e foi evidenciado nos três Modelos Receptores em todas as localidades amostradas. Na Amazônia e em Juréia, a floresta é a maior fonte de aerossóis, e é responsável por 60 a 80% da matéria particulada em suspensão no ar. / The PIXE (particle induced X-ray emission), and PESA (proton elastic scattering analysis) methods were used in conjunction with receptor models for source apportionment of remote aerosols in Brazil. The PIXE used in the determination of concentration for elements with Z 11, has a detection limit of about 1 ng/m3 . The concentrations of carbon, nitrogen and oxygen in the fine fraction of Amazon Basin aerosols was measured by PESA. We sampled in Jureia (SP), Fernando de Noronha, Arembepe (BA ), Firminópolis (GO) , Itaberaí (GO) and Amazon Basin. For collecting the airbone particles we used cascade impactors,stacked filter units, and streaker samplers. Three receptor models were used: chemical mass balance, stepwise multiple regression analysis and principal factor analysis. The elemental and gravimetric concentrations were explained by the models within the experimental errors. Three sources of aerosol were quantitatively distinquished: marine aerosol, soil dust and aerosols related to forests. The emission of aerosols by vegetation is very clear for all the sampling sites. In Amazon Basin and Jureia it is the major source, responsible for 60 to 80% of airbornc concentrations.

Die Nanotechnologie spielt eine Schlüsselrolle bei der technologischen Entwicklung. Jedoch stellen Nanopartikel ein potentielles Gesundheitsrisiko dar. Durch ihre große Oberfläche zeigen Nanopartikel eine hohe Reaktivität und die geringe Größe trägt zu einer erhöhten Beweglichkeit und Bioverfügbarkeit bei. Beispielsweise können Nanopartikel Entzündungen auslösen oder die Produktion von freien Radikalen fördern. Insbesondere Lungenepithelzellen stellen die wichtigste Barriere zur Aufnahme von industriell relevanten Nanopartikeln im Alltag dar, denn durch ihre geringe Größe können Nanopartikel bis in einzelne Alveolen vordringen und in die Blutbahn gelangen. Aus diesen Gründen ist es notwendig das Risikopotential, was von Nanopartikeln ausgeht zu bewerten. In dieser Dissertation wurden die Metalloxid-Nanopartikel Al2O3, TiO2, Fe2O3, ZnO und CeO2 in einzelnen Lungenzellen erstmals mit Hilfe der Ionenstrahlmikroskopie quantifiziert. Darüber hinaus erfolgte die Quantifizierung von ausgewählten Metalloxid-Nanopartikeln in gedehnten primären Typ 2 Pneumozyten sowie in den Alveolen des Lungengewebes. Außerdem wurden Gold und Silber als Markierungspartikel eingesetzt, um die Aufnahme der organischen Nanopartikel Graphen zu untersuchen. Die Ionenstrahlmikroskopie ist eine hochempfindliche Methode, welche durch die charakteristische Röntgenstrahlung den zellulären Elementgehalt innerhalb einer Zelle visualisieren kann. Dies ist, je nach Element, bis zu einer unteren Konzentrationsgrenze von 5 – 20 ppm möglich. Die Ionenstrahlmikroskopie erlaubt, im Vergleich zur Elektronenstrahlmikroanalyse, biologische Proben bis zu einer Tiefe von ca. 80 µm zu untersuchen. Durch das zelluläre Rückstreusignal konnte bei Kulturzellen entschieden werden, ob die Nanopartikel internalisiert wurden oder auf der Zelloberfläche assoziiert sind. Da biologische Proben eine relativ geringe Dichte und Dicke aufweisen, ist die Signalausbeute und damit die Messzeit ein limitierender Faktor bei der ionenstrahlanalytischen Quantifizierung des Elementgehalts. Durch das Aufziehen der Probe auf einen Aluminiumrahmen, konnte der Abstand zwischen Röntgendetektor und Probe reduziert werden, was zu einer höheren Signalausbeute führte und damit eine schnellere Analyse der Präparate ermöglichte. Die Art und Weise der Probenpräparation kann einen Einfluss auf den zellulären Elementgehalt haben, indem Ionen aus dem Medium an die Zellaußenseite binden oder durch die Waschlösung ein Verlust von intrazellulär lokalisierten organischen und anorganischen Molekülen entsteht. Durch den Vergleich zwischen einer ionenfreien Polyethylenglycol-Lösung mit dem üblicherweise verwendeten Waschpuffer konnte gezeigt werden, dass sich bei der Verwendung des Waschpuffers der zelluläre Elementgehalt von Kalium, Kalzium und insbesondere Chlor erhöht. Allerdings bleiben Phosphor und Schwefel als wichtige zelluläre Strukturelemente und die biologisch relevanten Spurenelemente Eisen und Zink davon unbeeinflusst. Die ionenstrahlmikroskopische Analyse von Lungengewebe erfordert eine Einbettung der Präparate. Dabei erwies sich DePeX, was als Material routinemäßig zur Einbettung verwendet wird, als ungeeignet, da eine inhomogene Zink-Kontamination vorhanden war, welche eine intrazelluläre Zink-Messung verhinderte. Durch die Entwicklung eines neuen zinkfreien Einbettmaterials auf Limonen-Basis, konnte jetzt auch die Zinkkonzentration in Alveolen gemessen werden. Im biologischen Millieu können Proteine und Ionen auf der Oberfläche der Nanopartikel adsorbieren und dadurch deren Aufnahme in die Zelle beeinflussen. Deshalb wurde die zelluläre Aufnahme in Abhängigkeit der Proteinhülle (Korona) bei in vitro Bedingungen untersucht. Tragen die Partikel eine Korona, ist bei allen untersuchten Metalloxid-Nanopartikeln eine geringere zelluläre Konzentration zu beobachten und gleichzeitig sind weniger Nanopartikel auf der Zelloberfläche adsorbiert. Die Aufnahme von CeO2 und ZnO wurde näher untersucht, da ZnO als einziger untersuchter Nanopartikel einen deutlichen toxischen Effekt hervorruft und CeO2 durch die hohe Ausbeute des Rückstreusignals und die starke zelluläre Aufnahme zum näheren Studium der Aufnahme besonders geeignet ist. Es wurde beobachtet, dass CeO2 und ZnO im extrazellulären Raum mit Phosphat und Kalzium aus dem Kulturmedium kolokalisiert sind. Da Kalziumphosphat als Transfektionsagenz bekannt ist, kann diese Modifikation der Partikeloberfläche die Aufnahme der Partikel begünstigen. Im Vergleich zu CeO2, ist bei ZnO auf Grund der erhöhten Toxizität keine Sättigung der zellulären Konzentration zu erkennen. Daneben lässt die die Halbierung der zellulären CeO2-Konzentration nach 72 Stunden Applikationszeit darauf schließen, dass die Zellen in der Lage sind die Nanopartikel durch Exozytose wieder abzugeben. Mit Hilfe von Inhibitoren wurde der Aufnahmemechanismus von CeO2-NP untersucht. Dabei zeigte sich, dass CeO2 Nanopartikel durch Caveolae- bzw. Clathrin-vermittelte Endozytose und Makropinozytose aufgenommen werden. Die Internalisierung von CeO2 und ZnO Nanopartikeln wurde mit Hilfe des zellulären Protonen-Rückstreusignals untersucht. Internalisierte Nanopartikel liefern im Vergleich zu extrazellulär assoziierten Nanopartikeln ein Rückstreusignal bei niedrigeren Energien, da die zurückgestreuten Protonen durch die Passage des Zellmaterials zusätzlich Energie verlieren. Bei diesen Untersuchungen wurde festgestellt dass, ZnO und CeO2-Nanopartikel ohne Proteinhülle häufiger an der Zelloberfläche lokalisiert sind und zu einer höheren zellulären Konzentration führen. Sowohl im Lungengewebe als auch bei gedehnten primären Typ 2 Pneumozyten und kultivierten Lungenepithelzellen zeigte sich eine sehr inhomogene zelluläre Konzentrationsverteilung der Nanopartikel. Hier liegt die Stärke der Ionenstrahlmikroskopie darin, die Konzentration in einzelnen Zellen bzw. Alveolen erfassen zu können. Dadurch erlaubt es diese Methode, das Risiko abzuschätzen, was durch die Extrembelastung in einzelnen Zellen entstehen könnte. Da Lungengewebe aus Typ I und Typ II Pneumozyten besteht und Makrophagen in das Gewebe einwandern können, ist es in zukünftigen Experimenten notwendig die einzelnen Zelltypen zu markieren, um die Nanopartikel-Aufnahme im Lungengewebe mit den Ergebnissen der Zellkultur besser vergleichen zu können. Durch eine Markierung mit Gold-konjugierten Antikörpern, kann erreicht werden, die einzelnen Zelltypen mittels Ionenstrahlmikroskopie zu identifizieren. Durch verschiedene Applikationsformen bei in vitro und in vivo Untersuchungen ist die Wirkung der Nanopartikel nur schwer vergleichbar. Aus diesem Grund wurde in dieser Arbeit das Konzept der effektiv wirksamen zellulären Dosis eingeführt. Dieses erlaubt es, der Dosis, welche tatsächlich zellulär oder im Gewebe vorhanden ist, einen toxischen Effekt der Nanopartikel zuzuordnen. Dadurch kann die effektive Dosis als wichtige Größe zum systematischen Vergleich von toxikologischen Studien auf in vitro und in vivo Basis eingesetzt werden. Die Ionenstrahlmikroskopie ist zur Zeit die einzige Methode, welche für die intrazelluläre Quantifizierung von unmarkierten Nanopartikeln auf Einzelzellebene in Frage kommt. Deshalb ist sie als zukünftige Referenzmethode für die Dosimetrie von Nanopartikeln sehr gut geeignet.

Varias técnicas de física nuclear tem sido aplicadas no estudo de artefatos arqueológicos e de arte contribuindo para seu restauro e preservação. A aplicação destas técnicas são indicadas por não serem destrutivas, preservando o material a ser analisado. Neste trabalho, propomos um procedimento para a investigação indireta da dureza de espadas antigas, por meio de técnicas não destrutivas. Com este proposito as técnicas PIXE, NRA, XRD e RBS se adequam ao nosso estudo de espadas antigas, especificamente uma espada Indiana (Damascena) e outra Japonesa (Wakizashi). Com a técnica PIXE esperávamos identificar os elementos presentes nas laminas das espadas e em suas empunhaduras. Na espada Indiana os elementos identificados foram: Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn e As. Para a espada Japonesa somente o elemento Fe foi identificado, mas com o auxílio da técnica RBS identificamos também, um filme fino de carbono na superfície da lamina, medindo 0; 75 _m de espessura. Nas empunhaduras foram identificados os elementos Cr, Fe, Cu e Au para a espada Indiana; Fe, Cu, As e Ag na peca Habaki e S, Cl, K, CA, Fe, As e Au na peca Fuchi, estas duas pecas fazem parte da empunhadura da espada Japonesa. A técnica XRD foi usada para verificarmos as estruturas cristalinas que se formam na superfície das laminas durante o processo de forja (variação de 6 temperatura e deformações plástica). Estas informações possibilitam inferir sobre a temperatura de forja e consequências da deformação plásticas. A fase cristalina da superfície das laminas foi identificada como ferro na forma cristalina cubica de corpo centrado. Nesta estrutura, ha a formação de pequenos cristais orientados (cristalitos), que apresentaram tamanho médio da ordem de 200 _A. Foi verificado que ha também uma fase amorfa do ferro na espada Japonesa, sugerindo que o processo de forja alcançou temperaturas menores quando comparada com a espada Indiana. A espada Damascena _e muito famosa pela dureza e ductibilidade apresentada por sua lamina. Um elemento que pode contribuir para estas caraterísticas e o nitrogênio, que pode ser identificado usando a técnica NRA, mais especificamente a reação 15N(p; _)12C. O nitrogênio poderia ser introduzido na lamina durante o processo de endurecimento da região de corte. Neste processo a lamina era resfriada em urina animal, composta principalmente por acido úrico (C5H4N4O3) e ureia (NH2)2CO. Não foi possível identificarmos a presença de nitrogênio dentro do nosso limite de detecção (acima de 0; 263(4)% em massa de nitrogênio, valor referenciado para a amostra padrão CRM-298). / A set of physical techniques have been applied to characterize archaeological and art artifacts and contribute to its preservation and restoration. The application of these techniques are indicated because they are non invasive methods, preserving the material to be analyzed. In this work, we propose a procedure to investigate indirectly the hardness of ancient swords, by nondestructive techniques. With this aim, we decided to apply the techniques PIXE, NRA, XRD and RBS in the study of ancient swords, specially Indian (Damascus blade) and a Japanese (Wakizashi) swords. With PIXE we identified the major compounds in the blades and in their grips. In the Indian blade were identified the following elements: Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn e As. In the Japanese only iron was identified, although, with RBS we could identified a thin _lm of carbon on its surface. The grips were also analyzed and the results indicated to Indian were: Cr, Fe, Cu and Au; and to Japanese: Fe, Cu, As e Ag in the peace Habaki, and S, Cl, K, CA, Fe, As e Au in the peace Fuchi, those pieces are part of the grip. The XRD technique was applied to verify the crystalline structure which were formed during the forging process (hammering and quenching). These information can help to understand more about the quenching and hammering process. The crystalline phase in the surface of the blade was identified as iron. The surface is composed by crystallites oriented with grain size in order to 200_A, oriented as the result of hammering process. Also there is an amorphous phase in the Japanese blade, suggesting that in the forje process the temperature achieved was lower when compared with the Indian sword. The Damascus blade is famous due its hardness and ductility. An element that can improve these characteristics is the nitrogen. Its determination is possible using NRA technique, more specially the reaction 15N(p; _)12C. The nitrogen could been insert in the blade during the edge hardness process (in this process the blade was quenched into animal urine that its main compound are uric acid (C5H4N4O3) and urea (NH2)2CO, or in a brine). It was not possible to identify the presence of nitrogen within our limit of quantification.

Este trabalho consistiu numa avaliação, sob um ponto de vista físico, da aplicabilidade da sílica mesoporosa ordenada tipo SBA-15 como adjuvante imunológico. Inicialmente foi estudado o método de preparação e reprodutibilidade das propriedades do material, condição necessária para a síntese de grandes quantidades (N 100g). Mostrou-se que a calcinação em vácuo, comparada com o processo em N2 e ar, resulta em material com estrutura mesoporosa mais bem ordenada. Para aplicações biológicas foi analisado o potencial de encapsulação de antígerios no material, através de estudos de incorporação de Albumina Bovina (BSA) e vacina contra Hepatite A. Foi observada uma incorporação bem-sucedida de BSA na sílica, com essa proteína alojando-se dentro da estrutura de poros. Resultado semelhante foi observado para a vacina contra hepatite A. O processo mais eficiente de incorporação foi determinado para uma mistura em repouso e seca através de evaporação. A aplicabilidade da sílica como adjuvante para uso animal foi avaliada através de análises, pelo método PIXE, da acumulação do material no organismo de camundongos. A sílica foi administrada a camundongos Swiss por via oral e intra-muscular, e o teor de silício em diferentes órgáos foi comparado aos teores em um grupo controle. Foi detectada a presença de sílica em determinados órgãos dos camundongos, cuja eliminação total se processa num período de 70 dias. Além disso, em testes toxicológicos realizados no Instituto Butantan, a sílica mostrou-se eficaz na indução de resposta humoral e atóxica. / This work consisted of an evaluation, from a physical standpoint, of the applicability of SB.4-15 type ordered rnesoporous silica as an inmunological adjuvant. The method of preparation and reproducibility of the material properties were initially studied. Those conditions are necessary to synthesize large quantities of the material (N 100g). Vacuum calcination, whem compared to the process executed in A5 and air, results in a better ordered mesoporous structure. For biological applications, the potential to encapsulate antigens in the material was analyzed through studies of incorporation of Bovine Serum Albumin (BSA) and vaccine for Hepatitis A. A successful incorporation of BSA in the silica was observed, with that protein being lodged inside the porous structure. A similar result was obtained for the vaccine for Hepatitis A. The most efficient incorporation process was determined by keeping the solution at rest and drying it through evaporation. The applicability of silica as an immunological adjuvant for animal use was evaluated through PIXE analyses of the silicon accumulation in mice\'s organs. Silica was administrated to Swiss mice through oral and intramuscular ways and the silicon content of different organs was compared to the figures of the control group. The silica´s presence was detected on certain organs, and it was completely eliminated after 70 days. Besides that, toxicological studies accomplished at the Butantan Institute showed that the silica is efficient for inductíon of humoral response and it is non-toxic.