Devido à preocupação com o meio ambiente e o volume crescente de resíduos plástico em aterros sanitários, os polímeros biodegradáveis estão sendo estudados extensivamente. Um deles é o PLA. Apesar de possuir propriedades comparáveis a polímeros commodities e polímeros de engenharia, ainda é necessário melhorar certas características do PLA, como resistência ao impacto. Para isso, a nanocelulose (NC) pode ser usada sem alterações significativas na biodegradação polimérica. Este estudo teve como objetivo obter a nanocelulose, caracteriza-la e incorpora-la ao poli(ácido láctico) (PLA), assim como, estudar as propriedades térmicas, morfológicas e mecânicas do compósito obtido. A NC foi obtida por hidrólise ácida utilizando ácido fosfórico e posteriormente foi silanizada com três silanos distintos. As nanopartículas foram caracterizadas por Birrefringência, Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET), Termogravimetria (TG), Potencial Zeta, Espectroscopia Vibracional de Absorção no Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR) e Difração de Raio X (DRX). Com as imagens obtidas pelo MET foi possível medir o tamanho das partículas de NC. E então obter a razão de aspecto de 82 e o limite de percolação de 1,1% em massa, confirmando a morfologia de nanofibra. De acordo as analises TG\'s, a presença de NC silanizada aumentou o início da degradação térmica. Os compósitos, contendo 3% em massa de NC, foram obtidos por fusão em câmara de mistura e moldados por injeção. Os compósitos foram caracterizados por FTIR, Cromatografia de Permeação em Gel (GPC), TG, Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV-FEG), Impacto e Tração. As análises dos compósitos mostraram que a NC atuou como agente de nucleação, facilitando a cristalização do PLA, além de a NC ter atuado como reforço na matriz polimérica melhorando as propriedades mecânicas. / Due to concern for the environment and the growing volume of plastic waste in landfills, biodegradable polymers are being studied extensively. One of them is the PLA. Despite properties comparable to commodities polymers and engineering polymers, it is still necessary to improve certain characteristics of PLA, such as impact resistance. For this, the nanocelulose (CN) can be used without significant changes on the polymeric biodegradation. This study aimed to obtain nanocelulose, characterizes it and incorporates it to polylactic acid (PLA), even as, studies of thermal, morphological and mechanical properties of the composites processed. The CN was obtained by acid hydrolysis using phosphoric acid and it was, subsequently, silanized with three different silanes. The nanoparticles were characterized by Birefringence, Transmission Electron Microscopy (TEM), Thermogravimetry (TG), Zeta Potential, Spectroscopy Absorption Vibrational Infrared Fourier Transform (FTIR) and X-Ray Diffraction (XRD). By images taken by TEM was possible to measure the size of particles CN. So, obtain the aspect ratio of 82 and the percolation limit of 1.1 wt%, demonstrating morphology of nanofiber. According to TG analysis, the beginning of thermal degradation increased when CN Pure was compared with modified CN. The composite, containing 3 wt% CN, were obtained by melt in mixing chamber and then injection molded. The composites were characterized by FTIR, Gel Permeation Chromatography (GPC), TG, Differential Scanning Calorimetry (DSC), Scanning Electron Microscopy (SEM), Impact and Tensile Strength. The results showed that the CN acts as a nucleating agent in PLA, facilitating the crystallization and acts as reinforcement in polymer matrix to improve the mechanical properties.

The aim of this work was to functionalize silicon dioxide surfaces with biochemical molecules in such a way that biorecognition of target molecules in solution will be possible. By introducing a tool set of different molecules and characterization methods, a more universal approach towards various biosensor setups is presented. This includes on the one hand preparation of the biosensor surfaces to allow further molecule attachment via their reactive functional groups. Secondly, the selection of chemical molecules providing suitable counterparts for abundant functional groups of potential receptors is discussed. Two detection schemes are introduced – based on an antibody to detect the antibiotic amoxicillin and aptamers to detect thrombin. The antibody was implemented in an inverse competition assay to probe such small target molecules. Antibiotic residues are often present in wastewater. Aptamers, so-called artificial antibodies, were selected as they provide many advantages over antibodies. As a model system, two different thrombin binding aptamers were chosen which allowed to perform sandwich assays as well. The protein thrombin plays an important role in the blood coagulation cascade. To probe the individual modification steps, different techniques for analysis were applied. Surface micropatterning was introduced to improve recognition of modified areas and fluorescence-to-background ratios resulting in a thrombin detection limit down to 20 pM. One important goal was the integration in ion-sensitive field-effect transistor devices. Aptamers are small in size which might enable a higher sensitivity of these devices compared to the use of antibodies because of the Debye layer thickness. As a final step, first measurements towards silicon nanowire based field-effect transistor biosensors were carried out on devices with bottom-up and top-down fabricated nanowires using both proposed receptor-analyte combinations. The potential of these devices as portable sensors for real-time and label-free biosensing is demonstrated. / Ziel dieser Arbeit war es Siliziumdioxidoberflächen so mit biochemischen Molekülen zu funktional- isieren, dass die biologisch spezifische Erkennung von Zielmolekülen in Lösung möglich wird. Hier wird eine Auswahl an geeigneten Molekülen und Charakterisierungsmethoden für einen vielseitigen Ansatz gezeigt, der auf verschiedene Biosensorsysteme anwendbar ist. Das beinhaltet zum Einen die Präparation der Biosensoroberflächen, so dass die Moleküle über reaktive funktionelle Gruppen angebunden werden können. Als zweites ist die Auswahl der chemischen Moleküle wichtig, da diese die passenden Gegenstücke zu potentiellen funktionellen Gruppen der Rezeptoren darstellen. Zwei verschiedene Detektionsvarianten werden eingeführt – Antikörper gegen das Antibiotikum Amoxicillin und Aptamere gegen Thrombin. Der Antikörper wurde in einen inversen Wettbewerbsassay integriert um einen solch kleinen Ana- lyten detektieren zu können. Rückstände von Antibiotika sind häufig in Abwässern zu finden. Ap- tamere, sogenannte künstliche Antikörper, weisen gegenüber Antikörpern viele Vorteile auf. Als ein Modellsystem wurden zwei unterschiedliche Thrombin bindende Aptamere verwendet, was auch die Durchführung von Sandwich Assays ermöglichte. Das Protein Thrombin spielt eine wichtige Rolle bei der Blutgerinnung. Um die einzelnen Modifikationsschritte zu untersuchen, wurden verschiedene Charakterisierungsmethoden angewendet. Die Mikrostrukturierung der Funktionalisierung erleichterte die Erkennung der modifizierten Flächen und verbesserte das Fluoreszenz-zu-Hintergrund Verhältnis. Das führte zu einer Detektionsgrenze von 20 pM für Thrombin. Ein wichtiges Ziel dieser Arbeit war die Integration der Funktionalisierung in einen ionen-sensitiven Feldeffekttransistor. Die kleinen Aptamere könnten dabei aufgrund der geringen Debye-Schichtdicke bei diesen Sensoren eine höhere Sensitivität als mit Antikörpern ermöglichen. Zuletzt wurden erste Messungen hin zu Silizium Nanodraht basierten Feldeffekttransistor Biosen- soren mit beiden untersuchten Rezeptor-Analyt-Kombinationen durchgeführt. Sowohl die Chips mit bottom-up als auch mit top-down gewachsenen Nanodrähten zeigen dabei ihr Potential als handliche Sensoren zur markerfreien Detektion in Echtzeit.

Die Pyrolyse ausgewählter Polysiloxane und Poly(chlor)silane erzeugt meso- und mikroporöses SiC, welches als Hochtemperatur-beständiges Material für Filter, Katalysatorträger und Sensoren ein hohes Anwendungspotential besitzt. Der Pyrolyseprozess bis 1500 °C wird thermogravimetrisch und massenspektrometrisch verfolgt und die resultierenden "Bulk"-Pyrolysate mittels DRIFT-Messungen, Elementaranalyse, XRD, N2-Adsorption und FESEM charakterisiert. Zusammensetzung, Kristallinität und Poreneigenschaften des precursorabgeleiteten SiC lassen sich über die Precursorart sowie über die Pyrolysetemperatur und -dauer steuern. Die Poren entstehen je nach Precursor zwischen 1200 und 1500 °C. Im Falle von mesoporösen Pyrolysaten wird die Porenbildung in erster Linie durch die Abgabe gasförmiger Reaktionsprodukte hervorgerufen. Die Porengrößen dieser Produkte liegen zwischen 6 und 12 nm und die spezifische Oberfläche beträgt bis zu 270 m2/g. Bei den mikroporösen Pyrolysaten, gekennzeichnet durch Poren von 1,5 nm Größe und spezifischen Oberflächen bis 530 m2/g, werden die Poreneigenschaften vor allem durch den im Überschuss vorhandenen elementaren Kohlenstoff geprägt.

Von generellem Interesse für potentielle Anwendungsmöglichkeiten sind Materialien mit speziellen elektrischen bzw. nichtlinearen optischen Eigenschaften. Im Rahmen dieser Arbeit wurden neue dipolare Verbindungen synthetisiert und charakterisiert, welche eine zentrale Organosilanspacereinheit (-SiMex-,-(SiMe2)6-), ein terminales Metallkomplexfragment (potentieller Donor, FcN-) sowie eine terminale organische Akzeptoreinheit (-PhF, -PhBr, -PhCHO) enthalten und gleichzeitig eine große Variationsbreite gewünschter Eigenschaften aufweisen. Aus Photo-EMK-Messungen, UV/VIS-, NMR-Spektroskopie, Mößbauer- und cyclovoltammetrischen Untersuchungen kann auf eine im Festkörper auftretende temperaturabhängig variierende intermolekulare Kopplung zwischen dem Donor und dem organischen Akzeptor geschlossen werden. Photo-EMK- und Einkristallröntgenstrukturanalysen der Salze (Hydrochloride, Pikrate) offenbaren starke intermolekulare Wechselwirkungen (C-H···π, D-C-H···A) mit entscheidendem Einfluß auf Festkörpereigenschaften (supramolekulare MO's).

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit Untersuchungen zur Komplexbildung von Cu2+, Zn2+, sowie Sn2+ und B(OMe)3 mit den Schiff-Basen aus 3-Aminopropyl-triethoxysilan (APTES) und 3-(2-Aminoethyl-amino)-propyl-trimethoxysilan (AEPTMS) mit α-Hydroxybenzocarbonylverbindungen. Die Liganden und die Komplexe wurden mit IR-, UV/VIS- und NMR-Spektroskopie charakterisiert. IR-Untersuchungen zeigen die charakteristischen C=N- und C=O-Valenzschwingungen. Sie werden durch die Komplexbildung deutlich verschoben. Die 1H- und 13C-NMR-Messungen indizieren die Komplexbildung mit einer signifikanten Verschiebung in den Signallagen der H- und C-Nachbaratome der Donatoratome. 29Si-NMR-Messungen indizieren keine Hydrolyse- und Kondensationsreaktionen im Verlauf der Synthese. Bei der Komplex-Synthese mit wasserhaltigen Übergangsmetallsalzen wurden Produkte von Sol-Gel-Prozessen gefunden. UV/VIS-spektroskopische Untersuchungen an den Mischungen der Übergangsmetallsalze mit APTES bzw. AEPTMS zeigen die Bildung typischer Aminkomplexe.

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Adding layered double hydroxides (LDHs) to polymer compounds has been shown to make them more resistant to corrosion and improve their physical and chemical properties. However, the main challenge lies in the compatibility between inorganic LDH fillers and organic polymer matrices. The incompatibility between these two is due to differences in polarity and surface properties, which makes dispersion of LDHs within the polymer very difficult, negatively affecting the final material's performance and characteristics. In this work, Zn-Al-NO3 LDH particles were synthesized through co-precipitation method and then modified by decavanadate via the anion exchange process. Then, a silane coupling agent was used to functionalize intercalated LDH particles to make them more hydrophobic; this helped the particles to disperse well inside epoxy coating, which ultimately resulted in better corrosion inhibition performance for the coating. The concentration effect of silane coupling agent on LDHs' surface grafting was also studied using various concentrations of 3-aminopropyltriethoxy silane (APTES). Compositional and structural characterization study on revealed more insight into how the surface treatments worked. Finally, to modify LDHs, sodium dodecyl sulfate was inserted in LDH structure, then APTES molecules were grafted on the dodecyl sulfate intercalated LDHs' surface. These organic intercalation and grafting steps made LDHs more suitable with acrylic resin to form uniform composite mixture through solvent solution mixing. The thermal stability of acrylic coating improved by adding modified hybrid LDH fillers and elevation in decomposition temperature was confirmed using thermogravimetric analysis.