Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Untersuchung des Zusammenhangs zwischen Parametern in der bildgebenden Diagnostik mittels Diffusion-Weighted Imaging und histopathologischen Eigenschaften von primären Lymphomen des zentralen Nervensystems. Hierzu wurden die bioptischen Resektate von 21 Patient*innen mit der gesicherten Diagnose eines primären Lymphoms des zentralen Nervensystems neuropathologisch untersucht. Es wurden der Ki-67 Index, die Zellzahl und das durchschnittliche sowie gesamte Zellkern-Areal bestimmt. In der bildgebenden Diagnostik erfolgte die Untersuchung der MRT Bildgebung der Patient*innen. Die MRT Daten wurden vor der neurochirurgisch durchgeführten bioptischen Sicherung der Läsionen erhoben und beinhalteten mindestens eine Diffusions-gewichtete Aufnahme, ein ADC Mapping, eine T1 Sequenz vor und nach Kontrastmittelgabe sowie eine T2_tirm_tra_dark_fluid Sequenz. Es erfolgte dann eine Markierung der kontrastmittelaufnehmenden Läsionen in der T1 Sequenz nach Kontrastmittelgabe in jeder axialen Schicht, welche von der Raumforderung betroffen war. Bei multilokulären Befunden wurde die Läsion ausgewählt, welche schlußendlich neurochirurgisch bioptiert wurde. Mittels eines DICOM Image Analysis Programms auf der Basis von Matlab wurden dann die getätigten Markierungen auf die korrespondierenden ADC-Maps übertragen, sodass schlußendliche eine diffusions-gewichtete MRT Untersuchung des Gesamt-Tumors ermöglicht wurde. In dem berechneten Histogram Datensatz wurde folgende Parameter einbezogen: ADC mean, ADC min, ADC max, ADC p10, ADC p25, ADC p75, ADC p90, ADCmodus, ADCmedian, Skewness, Kurtosis und Entropy. Hierauf erfolgte die statistische Aufarbeitung der Daten und Untersuchung auf vorhandene Korrelationen mittels des Analyse-Programms SPSS 23.0. Dazu erfolgte zunächst die beschreibende Analyse der Daten mittels Mittelwert, Standardabweichung und Feststellung von Minimum und Maximum. Sodann erfolgte die Untersuchung der Daten bezüglich einer Gauß-/Normal- Verteilung mittels des Shapiro-Wilk-Tests. Schlußendlich erfolgte dann eine Untersuchung der Korrelationen mittels des Pearson Korrelationsskoeffizienten für die normalverteilten Daten sowie mittels Spearman-Rho Rank-Order Korrelation für die nicht normalverteilten Daten. Ein statistisches Signifikanzniveau von P<0,05 wurde festgelegt. Es lässt sich zusammenfassend bezüglich der Ergebnisse darstellen, dass verschiedene statistisch signifikante Korrelationen zwischen Parametern der diffusions-gewichteten Bildgebung sowie histopathologischer Parameter bei primären Lymphomen des zentralen Nervensystems gefunden wurden. Im Detail konnte eine statistisch signifikante Korrelation zwischen der Kurtosis des ADC-Histograms und der histopathologischen Zellzahl gezeigt werden, zwischen den niedrigeren Perzentilen der ADC Werte (p10, p25) und der Zellzahl sowie der Zellkern beinhaltenden Areale und eine signifikante Korrelation zwischen dem ADCmean Wert und dem Ki-67 Index sowie des gesamten Zellkern beinhaltenden Areals. Zudem wurde eine inverse Korrelation zwischen der 90. ADC Perzentile und dem Ki-67 Index festgestellt. Hieraus sind verschiedene Schlussfolgerungen möglich. Zum einen zeigt die diffusions-gewichtete Untersuchung des gesamten Tumors Korrelationen mit Parametern der histopathologischen Differenzierung, welche sich im klinischen Verlauf bei primären Lymphomen des zentralen Nervensystems widerspiegeln. Die Technik ist also eine gute Ergänzung der bereits beschriebenen Differenzierung mittels diffusionsgewichteter singulärer Region of Interest Untersuchung. Somit können bereits vor neurochirurgischer Sicherung der Läsionen und somit vor Beginn einer Behandlung Aussagen über die wahrscheinliche Tumorarchitektur bzw. histopathologische Eigenschaften getroffen werden. Zum anderen scheint diese Technik im Rahmen weiterer Studien und Forschungen ein verheißungsvoller Kandidat für die Entwicklung bildgebender Marker zur Kontrolle beispielsweise des Tumorverhaltens bei medikamentöser Therapie zu sein. Außerdem ist es denkbar, die Ergebnisse der Untersuchungen bei primären Lymphomen des zentralen Nervensystems auf andere Tumorentitäten zu erweitern, und somit die Vorteile dieser nicht invasiven und leicht verfügbaren Methode bei verschiedenen Krankheitsbildern anzuwenden. Für diese Weiterentwicklung der Technik bedarf es jedoch noch ausführlicher Studien, insbesondere die Vergrößerung der Patient*innenkollektive, eine Vergleichbarkeit zwischen verschiedenen technischen Systemen und Untersuchern und prospektive Studiendesigns sind noch zu erreichende Ziele.

Im Rahmen der vorliegenden Dissertation wurden die cDNAs der Hauptmyelinproteine IP2 und 36K aus dem ZNS der Regenbogenforelle isoliert, vervollständigt, molekularbiologisch charakterisiert und in verschiedenen Systemen heterolog exprimiert. Für das 36K Protein konnte eine Methode zur Proten-Aufreinigung etabliert werden. Für das IP-Protein konnte ein mimetisches Zellystem aufgebaut werden, welches erste experimentelle Hinweise auf eine Funktion als Adhäsionsmolekül der Myelinscheide ermöglichte. Die vorliegende Arbeit liefert den Grundstein für weiterführende Arbeiten auf dem Gebiet der Myelinproteine.

Pathologische Fatigue wird von PatientInnen mit einem breiten Spektrum immunologischer, (neuro-) inflammatorischer und psychiatrischer Erkrankungen berichtet. Dabei kann Fatigue sowohl ein Zustand ausgeprägter Tagesschläfrigkeit, Energie- und Antrieblosigkeit sein (i.S.v. sickness behavior; häufig beobachtet im Kontext immunologischer und (neuro-)inflammatorischer Prozesse), als auch ein Zustand der Erschöpfung mit einer hohen inneren Anspannung, Antriebshemmung und Einschlafstörungen, welcher typisch für unipolare Depression ist. Um diese auf der physiologischen Ebene diametral entgegengesetzten Zustände auseinanderzuhalten, wurde eine Unterteilung in Fatigue mit Hypoarousal und Fatigue mit Hyperarousal vorgeschlagen (Hegerl et al., 2013). Die zugrundeliegenden Unterschiede des ZNS-Arousal und seiner Regulation können objektiv mittels EEG erfasst werden. Das ZNS-Arousal bildet ein Spektrum globaler Hirnfunktionszustände, die auf der Verhaltensebene von angespannter Wachheit über Ruhewachzustand und Dösigkeit bis in den Tiefschlaf reichen und auf der elektrophysiologischen Ebene unterschiedlichen EEG-Vigilanzstadien entsprechen. Die Mehrheit der gesunden ProbandInnen zeigt während eines 15-minütigen Ruhe-EEG mit geschlossenen Augen einen kontinuierlichen Abfall der Vigilanzstadien bis hin zum Einschlafen; nur wenige verbleiben in höheren Vigilanzstadien oder zeigen einen raschen Abfall in niedrige Stadien. Demgegenüber verbleiben depressive PatientInnen deutlich länger in höheren Vigilanzstadien (hyperstabile Arousalregulation), während bei PatientInnen mit tumorbedingter Fatigue niedrigere Vigilanzstadien früher und häufiger auftreten als bei gesunden Kontrollen (instabile Arousalregulation). Publikation 1: Mehr als 90% der PatientInnen klagen über schwere Fatigue während einer depressiven Episode. Zugleich weist eine Vielzahl klinischer und neurophysiologischer Studien auf eine Assoziation zwischen unipolaren Depressionen und ZNS-Hyperarousal hin – neben der hyperstabilen Arousalregulation gehören auch Hyperaktivität der HPA-Achse und abweichende ANS-Parameter zu den typischen Befunden. Mehrheitlich berichten diese PatientInnen von Schwierigkeiten beim Ein- und Durchschlafen und Müdigkeit im Sinne von Erschöpfung bei innerer Daueranspannung. Gleichwohl werden von einem Teil der PatientInnen verlängerte Schlafzeiten und/oder exzessive Tagesschläfrigkeit angegeben, und während einer Ruhe-EEG-Messung mit geschlossenen Augen erreicht nur ein geringer Anteil niedrige Vigilanzstadien (Hypoarousal). Fragestellung: unterscheiden sich PatientInnen mit Fatigue und mit Hypoarousal hinsichtlich der depressiven Symptomatik von denen ohne Hypoarousal? Methode: Es wurden retrospektive Daten von 102 Patienten mit Fatigue während einer depressiven Episode analysiert. Nach Auswertung der 15-minütigen Ruhe-EEG-Messungen mittels VIGALL 2.1 erfolgte die Zuteilung in Gruppen mit oder ohne ZNS-Hypoarousal welche danach hinsichtlich ihrer Angaben zu Fatigue, depressiven Symptomatik, „trait“ und „state“ Tagesschläfrigkeit und Schlafqualität verglichen worden sind. Ergebnis: Trotz ausgeprägter Fatigue zeigten nur 23.5% Anzeichen der Dösigkeit oder des Schlafbeginns nach 15 Minuten unter schlaffördernden Bedingungen. Was bei doppelt so vielen gesunden ProbandInnen (48,3%; Hegerl, Wilk et al., 2012) und sogar bei 59% einer Patientenstichprobe mit ähnlich schwerer tumorbedingter Fatigue beobachtet wurde (Olbrich et al., 2012). Dass der Rest der Stichprobe in höheren Vigilanz Stadien verblieb, bekräftigte erneut den Befund einer hyperstabilen Arousalregulation bei Depression. Die Gruppe mit Hypoarousal hatte signifikant höhere „state“ und „trait“ Schläfrigkeit, beklagte größere Konzentrationsschwierigkeiten (BDI-II), mehr Energieverlust (BDI-II), und stärkere kognitive Fatigue (MFI-20). Die erfasste Instabilität der Arousalregulation könnte Konzentrationsschwierigkeiten und die damit zusammenhängende kognitive Fatigue erklären. Stärker ausgeprägte Energielosigkeit steht im Einklang mit dem Modell von Hegerl und Ulke (2016), demnach das ZNS-Hypoarousal mit Antriebsmangel und ZNS-Hyperarousal mit Antriebshemmung einhergehen. Demgegenüber waren suizidale Gedanken marginal häufiger (BDI-II; p=.051) in der Gruppe ohne Hypoarousal und eine exploratorische partielle Korrelationsanalyse ergab einen signifikanten Zusammenhang (rho=.27, p=.018) zwischen ZNS-Arousal und dem Auftreten der Selbstmordgedanken, wenn Alter, Geschlecht und BDI-II Gesamtwert als Kontrollvariablen berücksichtigt wurden. Dieser Befund bekräftigt die Rolle des ZNS-Hyperarousal in der Pathophysiologie der suizidalen Gedanken. Publikation 2: Fatigue gehört zu den häufigsten Symptomen einer ganzen Reihe immunologischer und (neuro-) inflammatorischer Erkrankungen wie Krebs, rheumatische Erkrankungen, Morbus Parkinson, Multiple Sklerose. Verschiedene Indikatoren des ZNS-Hypoarousal wie exzessive Tagesschläfrigkeit, kurze Einschlaflatenzen, instabile Arousalregulation und Unterfunktion der HPA-Achse wurden für mehrere dieser Krankheiten aufgezeigt. Gleichzeitig weisen diese Erkrankungen hohe Komorbiditäten zu Depression auf. Fragestellung: Ist bei PatientInnen mit immunologischen/(neuro-)inflammatorischen Erkrankungen und Fatigue das ZNS-Hyperarousal mit höheren Depressionswerten assoziiert? Methode: Daten von 60 ProbandInnen mit Krebs, neuroinflammatorischen und autoimmunen Erkrankungen aus der 60+LIFE Kohorte der LIFE-Adult Studie wurden analysiert. Nach Auswertung der 20-minütigen Ruhe-EEG-Messungen erfolgten Gruppenzuteilung und Vergleich hinsichtlich Fatigue, depressiven Symptomatik, „trait“ Tagesschläfrigkeit und subjektiven Schlafqualität. Ergebnis: Die Gruppe mit ZNS-Hyperarousal erzielte signifikant höhere Depressionswerte, welche vor allem durch depressionstypische Symptome wie z.B. verlängerte Einschlaflatenzen, Niedergeschlagenheit und Anspannung zustande kamen, und nicht lediglich durch Symptome der somatischen Erkrankungen selbst wie z.B. Schmerz oder negative Sicht auf die Zukunft. Obwohl ProbandInnen mit einer aktuellen depressiven Episode ausgeschlossen worden waren, berichteten 7% der Gesamtstichprobe von moderaten bis schweren depressiven Symptomen, weitere 53% gaben leichte depressive Symptome an. Die im Kontext einer depressiven Episode bereits mehrfach bestätigte Assoziation zwischen dem ZNS-Hyperarousal und der depressiven Symptomatik könnte somit bereits im subklinischen Bereich existieren. Die Ergebnisse der vorliegenden Dissertation untermauern die Validität einer ZNS-Arousal geleiteten Differenzierung zweier Fatigue-Subtypen. Studien zur Pathophysiologie der Fatigue und Wirksamkeit therapeutischer Interventionen könnten durch die Berücksichtigung des generalisierten ZNS-Arousal höhere Homogenität innerhalb der Patientengruppen erzielen. Ebenfalls konnte die Rolle des ZNS-Hyperarousal als Marker der Depression wiederholt bestätigt werden.:Inhaltsverzeichnis Abkürzungsverzeichnis 1 Einleitung 1.1 Zwei Gesichter der Fatigue 1.2 Theoretisches Modell der Arousalregulation des zentralen Nervensystems 1.3 Der Vigilanz Algorithmus Leipzig 1.4 Fatigue und Arousal im Kontext der unipolaren Depression 1.5 Fatigue und Arousal im Kontext immunologischer und (neuro-)inflammatorischer Erkrankungen 1.6 Klinische Relevanz der Differenzierung von zwei Fatigue-Subtypen 1.7 Fragestellungen der vorliegenden Arbeit 2 Publikationen 2.1 Publikation 1 2.2 Publikation 2 3 Zusammenfassung der Arbeit 4 Literaturverzeichnis 5 Darstellung des eigenen Beitrags 6 Selbstständigkeitserklärung 7 Lebenslauf und wissenschaftlicher Werdegang 8 Danksagung

In der Vorliegenden Arbeit wurde der Zusammenhang genetischer Varianten des CRHR-1-Gens, ZNS-Arousal und subsyndromaler depressiver Symptomatik untersucht. Dabei wurden insgesamt 645 Probanden der LIFE-Adult-Studie mittels Psychometrie und Elektroenzephalographie phänotypisiert und mittels Taqman SNP-Genotypisierungssassays auf OpenArray-Chips genotypisiert. Dabei zeigte sich ein signifikanter Zusammenhang zwischen depressiver Symptomatik und genetischen Varianten, jedoch kein signifikanter Zusammenhang zwischen genetischen Varianten und ZNS-Arousal.:Inhaltsverzeichnis 1 EINFÜHRUNG 7 1.1 Major Depression 7 1.2 Major Depression und HPA-Achse 8 1.2.1 Corticotropin-releasing-Hormon (CRH) und seine Rezeptoren 8 1.2.1.1 Liganden des Corticotropin-releasing-Hormon-Rezeptors (CRHR) 8 1.2.1.2 CRH-Rezeptoren 9 1.2.2 Funktionelle Anatomie der CRH-Expression 9 1.2.3 Stress und das CRH-System 11 1.2.4 CRHR-1, stressassoziierte Erkrankungen und Depression 13 1.3 Elektroenzephalographie, Arousal und Major Depression 14 1.3.1 Elektroenzephalographie als Biomarker 14 1.3.2 Modell der Arousalregulation 15 1.3.3 Arousalregulation bei manischen Syndromen und ADHS 16 1.3.4 Arousalregulation bei Depressionen 18 1.3.5 Arousalregulation, HPA-Achse und genetische Assoziationen 19 1.4 Depression und der dimensionale Ansatz 20 1.5 Fragestellung 22 2 METHODEN 23 2.1 Stichprobe 23 2.2 Verfahren 24 2.2.1 Inventar depressiver Symptome 24 2.2.2 Geriatrische Depressionsskala 24 2.2.3 Genotypisierung 25 2.2.4 Arousalerfassung mittels Ruhe-EEG 26 2.3 Statistische Analyse 31 3 ERGEBNISSE 32 3.1 Genotypisierung 32 3.2 Deskriptive Statistik 33 3.3Assoziationsanalysen 34 4 DISKUSSION 43 5 ZUSAMMENFASSUNG DER ARBEIT 50 6 LITERATUR 57 7 ANLAGEN 79 7.1 Abbildungsverzeichnis 79 7.2 Tabellenverzeichnis 79 7.3 Erklärung über die eigenständige Abfassung der Arbeit 80 7.4 Danksagung 81

Ce travail de thèse porte sur la synthèse organo-métallique de nanoparticules (NPs) semi-conductrices colloïdales de phosphures d’indium (InP), de zinc (Zn3P2) et de structures cœur/coquille obtenues par la croissance d’une couche de sulfure de zinc (ZnS) à la surface des NPs. Les objectifs consistent à comprendre et maîtriser la synthèse dans le but de décaler les longueurs d’onde d’absorption et d’émission vers le proche infra-rouge, domaine spectral intéressant pour l’imagerie biomédicale.Le premier chapitre présente l’état de l’art sur les nanocristaux (NCx) d’InP et d’InP/ZnS. Un bref rappel sur les propriétés physico-chimiques des NCx semi-conducteurs est présenté et différentes synthèses sont décrites. Une attention toute particulière a été portée sur la taille des NCx, le décalage de l’émission de fluorescence vers les plus grandes longueurs d’onde et l’optimisation des rendements quantiques. Les potentialités offertes par ces objets soit pour les diodes électroluminescentes (LED) blanches soit pour l’imagerie biomédicale montrent l’intérêt d’utiliser les NCx de type InP/ZnS plutôt que d’autres matériaux à base d’éléments toxiques (Cd, Pb, …).Le deuxième chapitre porte sur une synthèse à partir des carboxylates d’indium connue de la littérature. Le but est alors de caractériser la structure des NPs pour comprendre le déroulement de la synthèse et de l’enrobage. Des mesures par résonance magnétique nucléaire (RMN) en phase solide et spectroscopie photo-électronique par rayons X (XPS) révèlent l’oxydation des NPs d’InP. La couche d’oxyde qui se forme durant la synthèse des NPs d’InP s’épaissit lors de l’enrobage. Cette oxydation provient d’un couplage décarboxylant des acides carboxyliques à haute température en présence des NPs. Elle serait à l’origine de l’inhibition de croissance des objets, ce qui limiterait les gammes de longueurs d’onde atteignables.Le troisième chapitre concerne une nouvelle synthèse à partir d’amidinate d’indium au lieu des carboxylates d’indium. L’intérêt de cette approche est la possibilité d’abaisser considérablement la température de réaction (150°C au lieu de 280°C) et ainsi d’éviter la réaction secondaire de décarboxylation. Un enrobage à basse température (150°C) est aussi mis en place. La synthèse induit également une oxydation de la surface des NPs d’InP. Un nouveau couplage a lieu entre les ligands, l’acide palmitique et l’hexadécylamine, et donne de nouvelles conditions oxydantes. Le jeu sur les ratios des ligands montre qu’en bouleversant le milieu réactionnel, les NPs d’InP ne présentent pas de réponse en luminescence concluante. La synthèse et l’enrobage sont alors réalisés sous atmosphère de dihydrogène (H2) en réacteur Fisher-Porter dans le but de contrer ces conditions oxydantes. La synthèse et l’enrobage donnent des tailles de NPs de l’ordre de 3,4 nm (condition nécessaire pour s’approcher d’une émission dans l'infra-rouge) et un rendement quantique de 18-20 %, résultats encore jamais atteints lors de cette thèse.Le dernier chapitre est consacré à une étude exploratoire sur les NPs de Zn3P2. Le phosphure de zinc est un matériau prometteur du fait de l’abondance de ses constituants non toxiques et des longueurs d’onde potentiellement accessibles. Différents paramètres de synthèse sont étudiés et les propriétés structurales et optiques sont caractérisées. Des résultats préliminaires sur l’enrobage montrent des difficultés liées à la stabilité des NPs de Zn3P2. L’utilisation de l’oxyde de trioctylphosphine (TOPO) semble permettre la passivation de ces NPs à l’air et en travaillant sous H2 une meilleure stabilité est envisageable / Résumé de la thèse en anglais : This PhD investigation focuses on organometallic synthesis of indium phosphide (InP), zinc phosphide (Zn3P2) colloidal semiconductor nanoparticles (NPs) and core/shell structures which were obtained by the growth of a layer of zinc sulfide (ZnS) on the surface. The objectives are to understand and control the synthesis in order to shift the absorption and emission wavelengths to the near infra-red range, interesting for biomedical imaging.The first chapter presents the state of the art on the InP and InP/ZnS nanocrystals (NCx). A brief recall on the physical and chemical properties of semiconductor NCx is presented and various syntheses are described. Particular attention was paid to the size of NCx, the shift of the fluorescence emission to higher wavelengths and the optimization of quantum yields. The potential of these objects for white light emitting diodes (LED) or biomedical imaging shows the value added of using InP/ZnS NCx rather than other materials based on toxic elements such as cadmium, lead elements…The second chapter focuses on a synthesis from indium carboxylates known in the literature. The goal is to characterize the structure of NPs to understand the procedure of the synthesis and the coating. Measurements by Nuclear Magnetic Resonance (NMR) in solid state and Photoelectronic X-ray spectroscopy (XPS) revealed the oxidation of InP of the NPs. This oxide layer increases during the coating. This originates from a decarboxylating coupling of carboxylic acids at high temperature in the presence of NPs. This oxidation is believed to inhibit the growth of the object, which restricts the attainable range of wavelengths.The third chapter provides a novel synthesis from indium amidinate instead of indium carboxylate. The advantage of this approach is the potential to lower significantly the reaction temperature (150°C instead of 280°C) and to avoid secondary decarboxylation reaction. A coating with ZnS at low temperature (150°C) is also developed. The synthesis of InP NPs also causes an oxidation of the surface. A coupling takes place again between the ligands, palmitic acid and hexadecylamine providing new oxidizing conditions. The study of different ratios of ligands shows that when the reaction medium is modified, the InP NPs do not exhibit a conclusive luminescence response. Synthesis and coating are carried out under an atmosphere of hydrogen (H2) in Fisher-Porter reactor in order to counter these oxidizing conditions. NPs with diameters of the order of 3,4 nm (a necessary condition to approach the infra-red emission) and a quantum yield of 18-20% are thus obtained. These had never been observed before during this thesis.The last chapter is devoted to an exploratory study on Zn3P2 NPs. Zinc phosphide is a promising material because of non-toxic and abundant constituents, and potential access to near infra-red wavelengths. Different synthesis parameters are studied and the structural and optical properties are characterized. Preliminary results on the coating show instabilities of the Zn3P2 NPs. The use of trioctylphoshine oxide (TOPO) appears to allow the passivation of the NPs in the air and a better stability is possible under an atmosphere of H2

Submitted by Rosivalda Pereira (mrs.pereira@ufma.br) on 2017-10-02T19:59:47Z No. of bitstreams: 1 ThatyaraMonteiro.pdf: 3528798 bytes, checksum: 12d3da9115c45896b4f14c67dbe3d20e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-10-02T19:59:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ThatyaraMonteiro.pdf: 3528798 bytes, checksum: 12d3da9115c45896b4f14c67dbe3d20e (MD5) Previous issue date: 2017-09-01 / Two novel and pioneering photoelectrochemical sensors were developed for determination of tert-butyl hydroquinone (TBHQ) in biodiesel and edible oil samples. The former based on composite formed by TiO2 nanoparticles and lithium tetracyanethylene (LiTCNE), and the last based on the sensitization of CdSe/ZnS quantum dots with LiTCNE. In both cases, indium tin oxide (ITO) was used as the work electrode surface. The LiTCNE/TiO2/ITO sensor showed a TBHQ photocurrent about 28-fold higher than the TiO2 sensor. The same was observed for the CdSe/ZnS/LiTCNE/ITO sensor, which presented a photocurrent for TBHQ about 13-fold higher than that presented by the electrode modified with CdSe/ZnS. Both developed sensors showed lower resistance to charge transfer than their non-sensitized components. They also demonstrated high selectivity to TBHQ, with high photocurrent for this compound in comparison to photocurrent responses to other phenolic antioxidants. The experimental conditions optimized for both sensors were: 0.1 mol L-1 of phosphate buffer solution pH 7.0 and applied potential to the working electrode of 450 mV, for the LiTCNE/TiO2/ITO sensor, and 0.1 mol L-1 of phosphate buffer solution pH 6.0, and potential of 400 mV for the CdSe/ZnS/LiTCNE/ITO sensor. In these conditions, the sensors presented a linear range of TBHQ response between 0.4 and 500 μmol L-1 for LiTCNE/TiO2/ITO sensor and between 0.6 and 250 μmol L-1 for the CdSe/ZnS/LiTCNE/ITO sensor, with limits of detection of 0.10 and 0.21 μmol L-1, respectively. The LiTCNE/TiO2/ITO sensor was applied in biodiesel samples for determination of TBHQ using standard addition method, showing recovery values between 96.8 and 98.2%. The CdSe/ZnS/LiTCNE/ITO sensor was applied in edible oil samples to detect TBHQ using an external calibration method, with recovery values between 98.25 and 99.83%. The photoelectrochemical sensors were successfully used to determine the TBHQ antioxidant in real samples of biodiesel and vegetable oil. / Dois novos e pioneiros sensores fotoeletroquímicos foram desenvolvidos para determinação de tert-butil hidroquinona (TBHQ) em amostras de biodiesel e de óleo comestível. O primeiro baseado no compósito formado por nanopartículas de TiO2 e tetracianoetileneto de lítio (LiTCNE), e o segundo baseado na sensibilização de quantum dots CdSe/ZnS com o LiTCNE. Em ambos os casos utilizou-se como eletrodo de trabalho o óxido de índio e estanho (ITO) como superfície eletródica. O sensor à base de LiTCNE/TiO2/ITO apresentou uma fotocorrente para o TBHQ cerca de 28 vezes mais elevada que o sensor à base de TiO2. O mesmo foi observado para o sensor à base de CdSe/ZnS/LiTCNE/ITO, que apresentou fotocorrente para o TBHQ cerca de 13 vezes maior do que à apresentada pelo eletrodo modificado com CdSe/ZnS. Ambos os sensores desenvolvidos apresentaram baixa resistência à transferência de carga em comparação a seus componentes não sensibilizados. Também demonstraram grande seletividade ao TBHQ, com alta fotocorrente para esse composto em comparação às respostas de fotocorrente para outros antioxidantes fenólicos. As condições experimentais otimizadas para ambos os sensores desenvolvidos foram, respectivamente: 0,1 mol L-1 de solução tampão fosfato pH 7,0 e potencial aplicado ao eletrodo de trabalho de 450 mV, para o sensor LiTCNE/TiO2/ITO, e 0,1 mol L-1 de solução tampão fosfato pH 6,0, e potencial de 400 mV, para o sensor CdSe/ZnS/LiTCNE/ITO. Nessas condições, os sensores apresentaram faixa linear de resposta de TBHQ entre 0,4 a 500 µmol L-1 para sensor LiTCNE/TiO2/ITO e entre 0,6 a 250 µmol L-1 para o sensor CdSe/ZnS/LiTCNE/ITO, apresentando limites de detecção de 0,10 e 0,21 µmol L-1 , respectivamente. O sensor LiTCNE/TiO2/ITO foi aplicado em amostras de biodiesel para determinação de TBHQ usando método de adição de padrão, mostrando valores de recuperação entre 96,8 e 98,2%. Já o sensor CdSe/ZnS/LiTCNE/ITO foi aplicado em amostras de óleo comestível para detecção de TBHQ usando método de calibração externa, com valores de recuperação entre 98,25 e 99,83%. Os sensores fotoeletroquímicos foram empregados com sucesso para determinação de antioxidante TBHQ em amostras reais de biodiesel e óleo vegetal.

Blinking dynamics of CdSe/ZnS semiconductor quantum dots (QD) are characterized by (truncated) power law distributions exhibiting a wide dynamic range in probability densities and time scales both for off- and on-times. QDs were immobilized on silicon oxide surfaces with varying grades of hydroxylation and silanol group densities, respectively. While the off-time distributions remain unaffected by changing the surface properties of the silicon oxide, a deviation from the power law dependence is observed in the case of on-times. This deviation can be described by a superimposed single exponential function and depends critically on the local silanol group density. Furthermore, QDs in close proximity to silanol groups exhibit both high average photoluminescence intensities and large on-time fractions. The effect is attributed to an interaction between the QDs and the silanol groups which creates new or deepens already existing hole trap states within the ZnS shell. This interpretation is consistent with the trapping model introduced by Verberk et al. (R. Verberk, A. M. van Oijen and M. Orrit, Phys. Rev. B, 2002, 66, 233202).

A size-selected series of water-soluble luminescent Ag–In–S (AIS) and core/shell AIS/ZnS QDs were produced by a precipitation technique. Up to 10–11 fractions of size-selected AIS (AIS/ZnS) QDs emitting in a broad color range from deep-red to bluish-green were isolated with the photoluminescence (PL) quantum yield reaching 47% for intermediate fractions. The size of the isolated AIS (AIS/ZnS) QDs varied from ~2 nm to ~3.5 nm at a roughly constant chemical compo- sition of the particles throughout the fractions as shown by the X-ray photoelectron spectroscopy. The decrease of the mean AIS QD size in consecutive fractions was accompanied by an increase of the structural QD imperfection/disorder as deduced from a notable Urbach absorption “tail” below the fundamental absorption edge. The Urbach increased from 90–100 meV for the largest QDs up to 350 meV for the smallest QDs, indicating a broadening of the distribution of sub-bandgap states. Both the Urbach energy and the PL bandwidth of the size-selected AIS QDs increased with QD size reduction from 3–4 nm to ~2 nm and a distinct correlation was observed between these parameters. A study of size-selected AIS and AIS/ZnS QDs by UV photoelectron spectroscopy on Au and FTO substrates revealed their valence band level EVB at ~6.6 eV (on Au) and ~7 eV (on FTO) and pinned to the Fermi level of conductive substrates resulting in a masking of any possible size- dependence of the valence band edge position.

A size-selected series of water-soluble luminescent Ag–In–S (AIS) and core/shell AIS/ZnS QDs were produced by a precipitation technique. Up to 10–11 fractions of size-selected AIS (AIS/ZnS) QDs emitting in a broad color range from deep-red to bluish-green were isolated with the photoluminescence (PL) quantum yield reaching 47% for intermediate fractions. The size of the isolated AIS (AIS/ZnS) QDs varied from ~2 nm to ~3.5 nm at a roughly constant chemical compo- sition of the particles throughout the fractions as shown by the X-ray photoelectron spectroscopy. The decrease of the mean AIS QD size in consecutive fractions was accompanied by an increase of the structural QD imperfection/disorder as deduced from a notable Urbach absorption “tail” below the fundamental absorption edge. The Urbach increased from 90–100 meV for the largest QDs up to 350 meV for the smallest QDs, indicating a broadening of the distribution of sub-bandgap states. Both the Urbach energy and the PL bandwidth of the size-selected AIS QDs increased with QD size reduction from 3–4 nm to ~2 nm and a distinct correlation was observed between these parameters. A study of size-selected AIS and AIS/ZnS QDs by UV photoelectron spectroscopy on Au and FTO substrates revealed their valence band level EVB at ~6.6 eV (on Au) and ~7 eV (on FTO) and pinned to the Fermi level of conductive substrates resulting in a masking of any possible size- dependence of the valence band edge position.

In this dissertation, I present that at a vacuum of 3×10-7 Torr, residual O2, CO2, H2 and Ar exposure do not significantly degrade the field emission (FE) properties of ZnO nanorods, but N2 exposure significantly does. I propose that this could be due to the dissociation of N2 into atomic nitrogen species and the reaction of such species with ZnO. I also present the effects of O2, CO2, H2O, N2, H2, and Ar residual gas exposure on the FE properties of GaN and ZnS nanostructure. A brief review of growth of ZnO, GaN and ZnS is provided. In addition, Cs deposition on GaN nanostructures at ultra-high vacuum results in 30% decrease in turn-on voltage and 60% in work function. The improvement in FE properties could be due to a Cs-induced space-charge layer at the surface that reduces the barrier for FE and lowers the work function. I describe a new phenomenon, in which the resistivity of CVD-grown graphene increases to a higher saturated value under light exposure, and depends on the wavelength of the light—the shorter the wavelength, the higher the resistivity. First-principle calculations and theoretical analysis based on density functional theory show that (1) a water molecule close to a graphene defect is easier to be split than that of the case of no defect existing and (2) there are a series of meta-stable partially disassociated states for an interfacial water molecule. Calculated disassociation energies are from 2.5 eV to 4.6 eV, that match the experimental observation range of light wavelength from visible to 254 nm UV light under which the resistivity of CVD-grown graphene is increased.