Os nitretos do grupo III (AlN, GaN, InN) sao semicondutores extremamente importantes na atualidade principalmente por suas aplicacoes em dispositivos emissores de luz de alta eficiência no visível e no ultravioleta. Neste trabalho foram estudados filmes finos de nitreto de gálio cubico (c-GaN, zincblende) crescidos sobre substratos de carbeto de silício cubico (3C-SiC) por epitaxia de feixe molecular assistida por plasma (PA-MBE). Inicialmente analisou-se o processo de implantação iônica através de técnicas de simulação computacional. Tendo em vista os resultados obtidos pelas simulações, as amostras foram submetidas a processo de implantação iônica com energia de feixe de 200 keV e diferentes íons implantados (Fe, Mn e Cu) nas doses de 1.2 e 2.4 × 1016 cm2. Com a implantação de íons magnéticos buscou-se a criação de um semicondutor com resposta ferromagnética acima da temperatura ambiente, enquanto que com a implantação do íons não magnéticos buscou-se, principalmente, um maior entendimento sobre a influencia de defeitos da rede cristalina sobre o magnetismo do material. Posteriormente as implantações e com o intuito de recuperar a rede cristalina das amostras danificada pelo processo, as amostras foram submetidas a tratamento térmico. Apos cada um destes processos as amostras foram caracterizadas estruturalmente, através de medidas de difração de raios x, espectroscopia de fotoluminescência e espectroscopia Raman e também magneticamente utilizando-se um SQUID. Conseguiu-se a caracterizacao quantitativa das transformações da rede cristalina pre e pós tratamento térmico com as diferentes técnicas. Foi observado comportamento ferromagnético a temperatura ambiente em amostras dopadas com os diversos íons e notou-se uma grande influencia da dose implantada, tanto nas propriedades estruturais quanto magnéticas das amostras. / Group-III nitrides (AlN, GaN, InN) are presently very important semiconductors mainly because of applications in high-efficiency, visible and ultraviolet, light-emitting devices. In this work, thin films of cubic gallium nitride (c-GaN, zincblende), grown over cubic silicon carbide (3C-SiC) by plasmaassisted molecular beam epitaxy (PA-MBE) were studied. Initially the process of ion implantation was investigated with the aid of computer simulation software. Following the simulations results, the samples were implanted with a 200 keV ion-beam of three different ions (Fe, Mn and Cu) with doses of 1.2 and 2.4 × 1016 cm2. With the implantation of magnetic ions the formation of a semiconductor with room-temperature ferromagnetic response was expected, whereas the implantation of non-magnetic ions (Cu) was performed seeking a better understanding on the influence of lattice defects on the subsequent magnetism. After the implantation the samples were annealed to recover some of the crystallinity lost due to the implantation process. After each process the samples were structurally characterized through x-ray diffraction, photoluminescence and Raman spectroscopies, and magnetically characterized through SQUID magnetometry. A quantitative measure of the transformations of the crystal lattices was obtained before and after annealing with the different techniques. Room-temperature ferromagnetic behavior was observed in the samples doped with different ions and a large influence of implanted dose was noted, in the structural properties and also in the magnetic properties.

Os nitretos do grupo III (AlN, GaN, InN) sao semicondutores extremamente importantes na atualidade principalmente por suas aplicacoes em dispositivos emissores de luz de alta eficiência no visível e no ultravioleta. Neste trabalho foram estudados filmes finos de nitreto de gálio cubico (c-GaN, zincblende) crescidos sobre substratos de carbeto de silício cubico (3C-SiC) por epitaxia de feixe molecular assistida por plasma (PA-MBE). Inicialmente analisou-se o processo de implantação iônica através de técnicas de simulação computacional. Tendo em vista os resultados obtidos pelas simulações, as amostras foram submetidas a processo de implantação iônica com energia de feixe de 200 keV e diferentes íons implantados (Fe, Mn e Cu) nas doses de 1.2 e 2.4 × 1016 cm2. Com a implantação de íons magnéticos buscou-se a criação de um semicondutor com resposta ferromagnética acima da temperatura ambiente, enquanto que com a implantação do íons não magnéticos buscou-se, principalmente, um maior entendimento sobre a influencia de defeitos da rede cristalina sobre o magnetismo do material. Posteriormente as implantações e com o intuito de recuperar a rede cristalina das amostras danificada pelo processo, as amostras foram submetidas a tratamento térmico. Apos cada um destes processos as amostras foram caracterizadas estruturalmente, através de medidas de difração de raios x, espectroscopia de fotoluminescência e espectroscopia Raman e também magneticamente utilizando-se um SQUID. Conseguiu-se a caracterizacao quantitativa das transformações da rede cristalina pre e pós tratamento térmico com as diferentes técnicas. Foi observado comportamento ferromagnético a temperatura ambiente em amostras dopadas com os diversos íons e notou-se uma grande influencia da dose implantada, tanto nas propriedades estruturais quanto magnéticas das amostras. / Group-III nitrides (AlN, GaN, InN) are presently very important semiconductors mainly because of applications in high-efficiency, visible and ultraviolet, light-emitting devices. In this work, thin films of cubic gallium nitride (c-GaN, zincblende), grown over cubic silicon carbide (3C-SiC) by plasmaassisted molecular beam epitaxy (PA-MBE) were studied. Initially the process of ion implantation was investigated with the aid of computer simulation software. Following the simulations results, the samples were implanted with a 200 keV ion-beam of three different ions (Fe, Mn and Cu) with doses of 1.2 and 2.4 × 1016 cm2. With the implantation of magnetic ions the formation of a semiconductor with room-temperature ferromagnetic response was expected, whereas the implantation of non-magnetic ions (Cu) was performed seeking a better understanding on the influence of lattice defects on the subsequent magnetism. After the implantation the samples were annealed to recover some of the crystallinity lost due to the implantation process. After each process the samples were structurally characterized through x-ray diffraction, photoluminescence and Raman spectroscopies, and magnetically characterized through SQUID magnetometry. A quantitative measure of the transformations of the crystal lattices was obtained before and after annealing with the different techniques. Room-temperature ferromagnetic behavior was observed in the samples doped with different ions and a large influence of implanted dose was noted, in the structural properties and also in the magnetic properties.

Orientador: Rickson Coelho Mesquita / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-25T21:15:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CanoRodriguez_Reember_M.pdf: 7820145 bytes, checksum: a3b06ecbe442d6ecf0266b22a280fb76 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: A capacidade de observar a fisiologia funcional do tecido humano tem crescido rapidamente nos últimos anos. Entre outras técnicas, destaca-se a espectroscopia óptica de difusão (DOS), uma técnica emergente que utiliza os princípios da difusão de fótons e permite o monitoramento do tecido biológico de forma continua e portátil. A partir da luz (~ 700 - 900 nm) espalhada pelo tecido é possível determinar variações relativas do seu coeficiente de absorção, que estão relacionadas com as concentrações de oxi-hemoglobina (HbO2) e deoxi-hemoglobina (HbR) presentes no sangue. Neste trabalho, utilizamos a técnica de DOS no domínio da frequência, e a informação da defasagem da onda espalhada (em relação _a onda incidida) para determinação das propriedades ópticas absolutas do tecido biológico e, consequentemente, da sua fisiologia. Em particular, comparamos diferentes modelos de propagação da luz no tecido (semi-infinito e duas camadas) e as propriedades ópticas derivadas destes modelos. Além disso, investigamos métodos de calibração do sinal óptico no tecido, do ponto de vista teórico e experimental, mostrando sua aplicabilidade em experimentos com humanos, no estado de repouso e em intervenções cirúrgicas / Abstract: The ability to observe the functional physiology of human tissue has grown rapidly in recent years. Among other techniques, we highlight diffuse optical spectroscopy (DOS), an emerging technique that utilizes the principles of diffusion of photons and allows monitoring of biological tissue continuously and portable way. From the light (~700 - 900 nm) scattered by tissue it is possible to determine the relative changes in the absorption coefficient, which are related to the concentrations of oxyhemoglobin (HbO2), and deoxyhemoglobin (HbR) in the blood. In this study, we used the technique DOS in the frequency domain, and the phase information of the scattered wave (related to incident wave) for determining the absolute optical properties of biological tissue and, consequently, the physiology. In particular, we compared different models of propagation of light (semi-infinite and two-layer) and the optical properties of tissue derived from these models. Furthermore, we investigated methods of calibration of the optical signal on the tissue from both the experimental and theoretical perspectives, demostrating its applicability in experiments with humans in the resting state and in surgical interventions / Mestrado / Física / Mestre em Física

Orientador: Rickson Coelho Mesquita / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-29T15:46:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ForeroTorres_EdwinJohan_M.pdf: 4179362 bytes, checksum: aee9e712d9413439ca126f8c0a72ca77 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: As técnicas de espectroscopia de difusão tais como a espectroscopia óptica de difusão (DOS) e a espectroscopia de correlação de difusão (DCS) permitem estudar as propriedades ópticas (ou estáticas) e dinâmicas, respectivamente, de meios turvos como o tecido biológico. Em geral, nestas técnicas se usam modelos de difusão da luz em meios turvos para estimar a intensidade da luz espalhada ou sua flutuação pelo meio, e através da comparação com dados experimentais, quantificar a concentração e o deslocamento quadrático médio das moléculas absorvedoras e espalhadoras que compõem os tecidos. No entanto, por serem técnicas relativamente recentes se conhece pouco em relação à propagação da luz em meios com diferentes geometrias, particularmente em relação com as propriedades dinâmicas. Por essa razão, para obter tais propriedades com estas técnicas é necessário assumir algumas características dos tecidos tais como homogeneidade e geometrias simples que nem sempre são correspondentes à situação real, o que pode ocasionar erros nas estimativas das propriedades. Nos últimos anos, os algoritmos de Monte Carlo têm sido cada vez mais usados para analisar a propagação da luz através de meios turvos, entre outras coisas porque envolvem poucas hipóteses e permitem simular meios com alto grau de heterogeneidade. Assim, este projeto propôs o estudo de simulações de Monte Carlo no problema de propagação da luz no tecido biológico, adaptando e modificando o algoritmo livre para download chamado mcxyz. Este estudo se enfocou em meios com geometrias semi-infinita e de duas camadas. Neste projeto também se estabeleceu uma metodologia para a obtenção das propriedades ópticas e dinâmicas de tecidos biológicos, implementando um algoritmo genético para o caso estático e um algoritmo de Levenberg-Marquardt para o caso dinâmico. Estes algoritmos foram testados sobre as medidas de DOS e DCS feitas na cabeça de voluntários sadios, comparando os resultados obtidos com os resultados encontrados pelas técnicas convencionais para meios semi-infinito e de duas camadas. Palavras-chaves: Monte Carlo, Espectroscopia de Difusão, Algoritmos de otimização / Abstract: Diffusion spectroscopy techniques such as optical diffusion spectroscopy (DOS) and diffusion correlation spectroscopy (DCS) allow to study the optical (or static) properties and dynamic respectively, of turbid media such as biological tissue. In general, in these techniques, difusse light models of turbid media are used to estimate the intensity of scattered light or a fluctuation in the middle and through comparison with experimental data, to quantify the concentration and the mean square displacement of the absorbing and scattering molecules which comprise tissues. However, recent techniques being relatively little is known regarding the propagation of light in media with different geometries, particularly in relation to the dynamic properties. For this reason, for such properties with these techniques it is needed to take some tissue characteristics such as homogeneity and simple geometries that are not always correspond to the real situation, which can lead to errors in estimates of property. In recent years, Monte Carlo algorithms have been increasingly used to analyze the light propagation through turbid media, among other things because they involve little hypothesis and allowing to simulate media with a high degree of heterogeneity. Thus, this project proposes the study of Monte Carlo simulations on the problem of propagation of light in biological tissue, adapting and modifying the algorithm to free download called mcxyz. This study is focused on media with semi-infinite geometries and two layers. This project also established a methodology to obtain the optical and dynamic properties of biological tissues, implementing genetic algorithms to the static case and Lenverberg Maquerest algorithm for dynamic case. These algorithms were tested on the DCS and DOS measurements made in head volunteers, comparing the results obtained with results obtained by conventional techniques for semi-infinite and two layers media. Keywords: Monte Carlo, Diffusion Spectroscopy, Optimization Algorithms / Mestrado / Física / Mestre em Física / 119701-7/2013 / CAPES

Orientador: Flávio Caldas da Cruz / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-30T20:50:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 IngaCaqui_MarvynWilliam_M.pdf: 57466489 bytes, checksum: e14e1adbe90a64e5b5e7ee380f180702 (MD5) Previous issue date: 2016 / Resumo: Neste trabalho desenvolvemos uma montagem óptica para realizar espectroscopia de alta sensibilidade através de medidas do tempo de decaimento da luz em uma cavidade óptica contendo uma amostra transparente (ring-down time spectroscopy). Usando um laser contínuo de comprimento de onda único em S32nm e uma cavidade de finesse moderada (16500), optamos por explorar o uso deste sistema para análise de amostras líquidas ou sólidas, ao invés do uso tradicional em espectroscopia de gases. Para isto utilizamos uma cubeta comercial intracavidade, com faces orientadas em ângulo de Brewster, para estudo de amostras líquidas. Uma análise das perdas residuais por reflexão nas faces foi realizada a fim de extrair o coeficiente de absorção do líquido. Demonstramos também o uso deste sistema para medidas de pequenos coeficientes de absorção de sólidos transparentes / Abstract: In this work, an experimental optical setup for high sensitivity ring-down time spectroscopy was developed. This is based on measurements of the light decay time in an optical cavity containing a transparent sample. Using a continuous-wave, single-wavelength laser at 532 nm and an optical cavity of moderate finesse (16500), we opted for exploring this system for analysis of liquid and solid samples, instead of the traditional use in gas spectroscopy. For this, an intracavity commercial cuvette with faces oriented at Brewster's angle was used for the study of liquid samples. An analysis of the limitations arising from the residual losses by reflection on the faces was carried out, in order to extract the absorption coefficient of the liquid. The usefulness of this system for measurements of the small absorption coefficients of transparent solids was also demonstrated / Mestrado / Física / Mestre em Física / 1186373/2013 / CAPES

Na primeira parte deste trabalho foi estudada a interação da porfirina catiônica meso-tetrakis N-metil-4-piridil (TMPyP) e a porfirina aniônica meso-tetrakis 4-fenilsulfonato (TPPS4) nas formas de base livre com sistemas modelos de membrana biológica (micelas iônicas, micelas mistas e vesículas de fosfolipídios) em soluções aquosas, através das técnicas de absorção ótica, espalhamento de luz ressonante (RLS do inglês \"resonante light scattering), fluorescência e SAXS, do inglês \"Small Angle X-Ray Scattering\". As curvas de SAXS das micelas catiônicas de CTAC (cloreto de cetiltrimetilamônio) foram ajustadas como um elipsóide prolato na ausência e na presença de 2-10 mM de TPPS4. Os dados de SAXS mostraram que a presença da porfirina TPPS4 modifica o centro hidrofóbico micelar, levando a formação de micelas menores. Através das análises dos dados de SAXS das micelas de SDS (dodecilsulfato de sódio) observamos que a forma da micela na ausência e na presença de 2-10 mM TMPyP apresenta a forma de um elipsóide prolato sem mudanças. Entretanto, o coeficiente de ionização, diminuiu com o aumento da concentração de porfirina, sugerindo a \"blindagem\" da carga aniônica do SDS pela porfirina catiônica. A supressão de fluorescência da TPPS4 e TMPyP foi estudada na ausência e na presença de diferentes micelas de surfactantes, tais como as de SDS, CTAC, HPS (N-hexadecil-N,N,dimetil-3-amônio-1-propano sulfato) e TX-100 (t-octil-fenoxi-polietoxi-etanol). O iodeto de potássio (KI) foi utilizado como supressor. Os gráficos de Stern-Volmer dos dados de fluorescência no estado estacionário foram ajustados pela equação quadrática, incluindo a supressão dinâmica (KD) e estática (KS). Os valores de KS são muito menores do que os valores de KD. Os resultados da TMPyP são consistentes com as constantes de ligação reportadas na literatura: uma redução significativa de supressão acontece para a TMPyP na presença de SDS, e uma redução moderada é observada para o sistema TMPyP-HPS e quase nenhuma mudança é vista para a TMPyP na presença de TX-100. Para o sistema CTAC-TPPS4 um aumento na supressão foi observado quando comparada com a TPPS4 em tampão puro. Isto provavelmente é associado ao acúmulo de iodeto na interface da micela catiônica. A atração entre a cabeça polar do CTAC e I-, e a repulsão entre SDS e I-, aumenta e reduz a supressão de fluorescência, respectivamente, das porfirinas que se localizam na interface micelar. A pequena supressão da TPPS4 em TX-100 é coerente com a forte ligação entre a TPPS4-TX-100 reportada na literatura. A TPPS4 e a TMPyP na presença de concentrações baixas dos surfactantes CTAC e SDS, respectivamente, apresentaram formação de agregados pré-micelares. A adição de surfactante neutro, TX-100, reduziu o efeito de agregação, acompanhada pelas várias técnicas espectroscópicas utilizadas neste trabalho. Portanto, sob condições onde temos a máxima formação de agregados (porfirina-surfactante), a titulação da TPPS4 com micelas de 40%CTAC-60%TX-100 e a TMPyP com micelas de 80%SDS-20%TX-100 não foi suficiente para eliminar a agregação, apesar da diminuição significativa do efeito de supressão de fluorescência e da intensidade de luz espalhada. A interação da TMPyP com 1-Palmitoil-2-Oleoil-sn-Glicero-3-fosfocolina (POPC), 1-Palmitoil-2-Oleoil-sn-Glicero-3-[Fosfo-rac-(1-glicero)] (POPG) e a mistura POPC + POPG é predominantemente devido à contribuição de eletrostática. O aumento da carga negativa, devido à adição de POPG, favorece a interação das vesículas com a porfirina catiônica. Na segunda parte deste trabalho foram estudados os efeitos de três surfactantes na estrutura oligomérica da hemoglobina extracelular gigante de Glossoscolex paulistus (HbGp) na sua forma oxi. O estudo com o SDS, CTAC e HPS permitiu diferenciar os efeitos de cargas opostas da cabeça polar dos surfactantes na dissociação da estrutura oligomérica e na autoxidação da hemoglobina. A interação do HPS com HbGp foi claramente menos intensa que a interação desta hemoglobina com os surfactantes catiônico (CTAC) e aniônico (SDS). Provavelmente, esta menor interação da HbGp com HPS, quando comparada com o SDS e o CTAC, é devido a menor atração eletrostática entre o HPS e os sítios iônicos da proteina. Dados espectroscópicos foram discutidos e comparados com os da literatura, afim de compreender a interação hemoglobina-surfactante, e como o ponto isoelétrico ácido (pI) pode influenciar na relação da estrutura-atividade das hemoglobinas gigantes extracelulares. As amostras de HbGp foram estudadas por espalhamento de luz dinâmico (DLS do inglês \"Dynamic light scattering\"). Na faixa de pH 6.0 a 8.0, HbGp é bastante estável e a distribuição de tamanho das partículas é monodispersa com um diâmetro hidrodinâmico médio (Dh) de 27 nm. O aumento dos valores de pH (pH>9.0) induziu um processo de dissociação irreversível, resultando num valor do Dh menor (10 nm). A diminuição do Dh sugere uma dissociação completa da hemoglobina. Em pH>9,0 a cinética de dissociação é lenta, com um mínimo 24 h para ser completada. As constantes cinéticas de dissociação aumentam progressivamente, com o aumento do valor do pH. As curvas de melting point para HbGp apresentaram dissociação oligomérica e desnaturação da proteina em função do pH. Os processos de autoxidação e dissociação estão intimamente relacionados, de modo que a dissociação da proteina oligomérica promove um aumento na velocidade de autoxidação e vice-versa. / In the first part of this work interactions of the cationic meso tetrakis (4-N-methilpyridil) porphyrin (TMPyP) and meso-tetrakis (4-sulfonatophenyl) porphyrin (TPPS4) in the free base forms with membrane model systems (ionic micelles, mixed micelles and phospholipids vesicles) in aqueous solutions, have been investigated by optical absorption, resonance light scattering (RLS), fluorescence and SAXS (Small Angle X-Ray Scattering). The best-fit SAXS curves were obtained assuming for cetyltrimethylammonium chloride (CTAC) micelle a prolate ellipsoidal shape in the absence and upon incorporation of 2-10 mM TPPS4. SAXS results show that the presence of TPPS4 impacts on micellar hydrophobic core, leading to a micellar reassembling into smaller micelles. SAXS data analysis demonstrated a prolate ellipsoidal shape for sodium dodecyl sulfate (SDS) micelles; no significant changes in shape and size were observed for SDS-TMPyP co-micelles. Moreover, the ionization coefficient, α, decreases with the increase of the porphyrin concentration, suggesting the \"screening\" of the anionic charge of SDS by the cationic porphyrin. These results are consistent with optical absorption, fluorescence and RLS spectroscopies data, allowing to conclude that neutral surfactants present a smaller interaction with the cationic porphyrin as compared with ionic surfactants. Fluorescence quenching of TPPS4 and TMPyP is studied in aqueous solution and upon addition of micelles of SDS, CTAC, N-hexadecyl-N,N-dimethyl-3-ammonio-1- propanesulfonate (HPS) and t-octylphenoxypolyethoxyethanol (Triton X-100). Potassium iodide (KI) was used as quencher. Steady-state Stern-Volmer plots were best fitted by a quadratic equation, including dynamic (KD) and static (KS) quenching. KS was significantly smaller than KD. For TMPyP quenching results are consistent with reported binding constants: a significant reduction of quenching takes place for SDS, a moderate reduction is observed for HPS and almost no change is seen for Triton X-100. For CTAC-TPPS4 system an enhancement of quenching was observed as compared to pure buffer. This is probably associated to accumulation of iodide at the cationic micellar interface. The attraction between CTAC headgroups and I-, and repulsion between SDS and I-, enhances and reduces the fluorescence quenching, respectively, of porphyrins located at the micellar interface. The small quenching of TPPS4 in Triton X-100 is consistent with strong binding as reported in the literature. Anionic TPPS4 and cationic TMPyP in the presence of low concentrations of the surfactants CTAC and SDS, respectively, showed formation of aggregates, monitored by optical absorption, fluorescence and resonance light scattering intensity (RLS). The addition of nonionic surfactant, Triton X-100, reduced the effect of aggregation monitored by the various techniques used in the present work. Therefore, under conditions for the maximum of aggregate formation (porphyrin-surfactant), apparently, the CTAC: TX-100 ratio equal to 40:60 and SDS:TX-100 ratio equal to 80:20 are not sufficient to eliminate aggregation, despite the significant decrease of the quenching effect of fluorescence and of the light scattering intensity. The interaction of TMPyP with 1-Palmitoyl-2-Oleoyl-sn- Glycero-3-Phosphocholine (POPC), 1-Palmitoyl-2-Oleoyl-sn-Glycero-3-[Phospho-rac-(1- glycerol)] (POPG) and the mixture POPC+POPG is predominantly due to the electrostatic contribution. The increase of the negative charge, due to addition of POPG, favors the interaction of vesicles with the cationic porphyrin. On the second part of this work the effects of three surfactants upon the oligomeric structure of the giant extracellular hemoglobin of Glossoscolex paulistus (HbGp) in the oxy - form was studied. The use of SDS, CTAC and HPS has allowed to differentiate the effects of opposite headgroup charges on the oligomeric structure dissociation and hemoglobin autoxidation. Furthermore, the interaction of HPS with HbGp was clearly less intense than the interaction of this hemoglobin with cationic (CTAC) and anionic (SDS) surfactants. Probably, this lower interaction with HPS is due to the lower electrostatic attraction between the HPS surfactant and the protein surface ionic sites when compared to the electrostatic interaction between HbGp and cationic and anionic surfactants. Spectroscopic data are discussed and compared with the literature in order to improve the understanding of hemoglobin-surfactant interaction as well as the acid isoelectric point (pI) influence of the giant extracellular hemoglobins on its structure-activity relationship. HbGp samples were studied by dynamic light scattering (DLS). In the pH from range 6.0 to 8.0, HbGp is stable and a monodisperse size distribution with a z-average hydrodynamic diameter (Dh) of 27±1 nm is observed. More alkaline pH (pH>9.0) induced an irreversible dissociation process, resulting in smaller Dh of 10±1 nm. Dh decrease suggests a complete hemoglobin dissociation. At pH 9.0 the dissociation kinetics is slow, taking a minimum of 24 h to be completed. Dissociation rate constants progressively increase at higher pH. Melting curves for HbGp showed oligomeric dissociation and protein denaturation as a function of pH. Autoxidation and dissociation processes are intimately related, so that oligomeric protein dissociation promotes the increase of autoxidation rate and vice-versa.

Orientador: Flavio Caldas da Cruz / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-06T01:07:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Figueira_DaviddaSilvaLeocadio_M.pdf: 3869897 bytes, checksum: 4f234a84a87a86465d0b4e90fa141658 (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: Esta tese apresenta o desenvolvimento de fontes de radiação coerente na região do azul baseadas em lasers semicondutores para excitar a transição de resfriamento e aprisionamento 1 S0-1P1 do Cálcio, em 423nm. Foi construído um laser de diodo em cavidade estendida emitindo em g =846 nm que foi empregado em uma configuração de Cavidade Estendida de Littman, estabilizada em freqüência pela técnica de Side-of-Fringe. Parte da potência deste laser foi amplificada por um amplificador óptico semicondutor. Potências superiores a 700mW em g =846nm foram obtidas. Parte desta potência do amplificador óptico (450mw) foi duplicada em frequência para g =423nm em um cristal de niobato de potássio(KNbO3), utilizado dentro de uma cavidade óptica ressonante com a freqüência do laser. A estabilização da cavidade óptica duplicadora de freqüência foi feita pela técnica de Hansch-Coulliaud . O sistema desenvolvido alcançou potências de 60mW de radiação coerente azul. Esta fonte laser portátil deverá ser utilizada para espectroscopia, resfriamento e aprisionamento de Cálcio / Abstract: This thesis presents the development of sources of coherent radiation in the blue region of the spectrum, based on semiconductors lasers, to excite the cooling and trapping 1S0-1P1 transition of neutral calcium atoms at 423nm. A diode laser emitting at g =846 nm was employed in an extended cavity Littman configuration, and stabilized in frequency by the Side-of-Fringe technique. Part of the laser power was amplified by an optical semiconductor amplifier. Output powers above 700mW at g =846nm were obtained. Part of this amplified power (450mW) was frequency doubled to g =423nm in a potassium niobate (KNbO3) crystal, placed inside a resonant optical cavity. The lock of the doubling optical cavity was made by the Hansch-Coulliaud technique. The developed system reached powers near 60mW of blue coherent radiation at 423nm. This portable laser source will be used for spectroscopy, cooling and trapping of calcium / Mestrado / Física / Mestre em Física

Na primeira parte deste trabalho foi estudada a interação da porfirina catiônica meso-tetrakis N-metil-4-piridil (TMPyP) e a porfirina aniônica meso-tetrakis 4-fenilsulfonato (TPPS4) nas formas de base livre com sistemas modelos de membrana biológica (micelas iônicas, micelas mistas e vesículas de fosfolipídios) em soluções aquosas, através das técnicas de absorção ótica, espalhamento de luz ressonante (RLS do inglês \"resonante light scattering), fluorescência e SAXS, do inglês \"Small Angle X-Ray Scattering\". As curvas de SAXS das micelas catiônicas de CTAC (cloreto de cetiltrimetilamônio) foram ajustadas como um elipsóide prolato na ausência e na presença de 2-10 mM de TPPS4. Os dados de SAXS mostraram que a presença da porfirina TPPS4 modifica o centro hidrofóbico micelar, levando a formação de micelas menores. Através das análises dos dados de SAXS das micelas de SDS (dodecilsulfato de sódio) observamos que a forma da micela na ausência e na presença de 2-10 mM TMPyP apresenta a forma de um elipsóide prolato sem mudanças. Entretanto, o coeficiente de ionização, diminuiu com o aumento da concentração de porfirina, sugerindo a \"blindagem\" da carga aniônica do SDS pela porfirina catiônica. A supressão de fluorescência da TPPS4 e TMPyP foi estudada na ausência e na presença de diferentes micelas de surfactantes, tais como as de SDS, CTAC, HPS (N-hexadecil-N,N,dimetil-3-amônio-1-propano sulfato) e TX-100 (t-octil-fenoxi-polietoxi-etanol). O iodeto de potássio (KI) foi utilizado como supressor. Os gráficos de Stern-Volmer dos dados de fluorescência no estado estacionário foram ajustados pela equação quadrática, incluindo a supressão dinâmica (KD) e estática (KS). Os valores de KS são muito menores do que os valores de KD. Os resultados da TMPyP são consistentes com as constantes de ligação reportadas na literatura: uma redução significativa de supressão acontece para a TMPyP na presença de SDS, e uma redução moderada é observada para o sistema TMPyP-HPS e quase nenhuma mudança é vista para a TMPyP na presença de TX-100. Para o sistema CTAC-TPPS4 um aumento na supressão foi observado quando comparada com a TPPS4 em tampão puro. Isto provavelmente é associado ao acúmulo de iodeto na interface da micela catiônica. A atração entre a cabeça polar do CTAC e I-, e a repulsão entre SDS e I-, aumenta e reduz a supressão de fluorescência, respectivamente, das porfirinas que se localizam na interface micelar. A pequena supressão da TPPS4 em TX-100 é coerente com a forte ligação entre a TPPS4-TX-100 reportada na literatura. A TPPS4 e a TMPyP na presença de concentrações baixas dos surfactantes CTAC e SDS, respectivamente, apresentaram formação de agregados pré-micelares. A adição de surfactante neutro, TX-100, reduziu o efeito de agregação, acompanhada pelas várias técnicas espectroscópicas utilizadas neste trabalho. Portanto, sob condições onde temos a máxima formação de agregados (porfirina-surfactante), a titulação da TPPS4 com micelas de 40%CTAC-60%TX-100 e a TMPyP com micelas de 80%SDS-20%TX-100 não foi suficiente para eliminar a agregação, apesar da diminuição significativa do efeito de supressão de fluorescência e da intensidade de luz espalhada. A interação da TMPyP com 1-Palmitoil-2-Oleoil-sn-Glicero-3-fosfocolina (POPC), 1-Palmitoil-2-Oleoil-sn-Glicero-3-[Fosfo-rac-(1-glicero)] (POPG) e a mistura POPC + POPG é predominantemente devido à contribuição de eletrostática. O aumento da carga negativa, devido à adição de POPG, favorece a interação das vesículas com a porfirina catiônica. Na segunda parte deste trabalho foram estudados os efeitos de três surfactantes na estrutura oligomérica da hemoglobina extracelular gigante de Glossoscolex paulistus (HbGp) na sua forma oxi. O estudo com o SDS, CTAC e HPS permitiu diferenciar os efeitos de cargas opostas da cabeça polar dos surfactantes na dissociação da estrutura oligomérica e na autoxidação da hemoglobina. A interação do HPS com HbGp foi claramente menos intensa que a interação desta hemoglobina com os surfactantes catiônico (CTAC) e aniônico (SDS). Provavelmente, esta menor interação da HbGp com HPS, quando comparada com o SDS e o CTAC, é devido a menor atração eletrostática entre o HPS e os sítios iônicos da proteina. Dados espectroscópicos foram discutidos e comparados com os da literatura, afim de compreender a interação hemoglobina-surfactante, e como o ponto isoelétrico ácido (pI) pode influenciar na relação da estrutura-atividade das hemoglobinas gigantes extracelulares. As amostras de HbGp foram estudadas por espalhamento de luz dinâmico (DLS do inglês \"Dynamic light scattering\"). Na faixa de pH 6.0 a 8.0, HbGp é bastante estável e a distribuição de tamanho das partículas é monodispersa com um diâmetro hidrodinâmico médio (Dh) de 27 nm. O aumento dos valores de pH (pH>9.0) induziu um processo de dissociação irreversível, resultando num valor do Dh menor (10 nm). A diminuição do Dh sugere uma dissociação completa da hemoglobina. Em pH>9,0 a cinética de dissociação é lenta, com um mínimo 24 h para ser completada. As constantes cinéticas de dissociação aumentam progressivamente, com o aumento do valor do pH. As curvas de melting point para HbGp apresentaram dissociação oligomérica e desnaturação da proteina em função do pH. Os processos de autoxidação e dissociação estão intimamente relacionados, de modo que a dissociação da proteina oligomérica promove um aumento na velocidade de autoxidação e vice-versa. / In the first part of this work interactions of the cationic meso tetrakis (4-N-methilpyridil) porphyrin (TMPyP) and meso-tetrakis (4-sulfonatophenyl) porphyrin (TPPS4) in the free base forms with membrane model systems (ionic micelles, mixed micelles and phospholipids vesicles) in aqueous solutions, have been investigated by optical absorption, resonance light scattering (RLS), fluorescence and SAXS (Small Angle X-Ray Scattering). The best-fit SAXS curves were obtained assuming for cetyltrimethylammonium chloride (CTAC) micelle a prolate ellipsoidal shape in the absence and upon incorporation of 2-10 mM TPPS4. SAXS results show that the presence of TPPS4 impacts on micellar hydrophobic core, leading to a micellar reassembling into smaller micelles. SAXS data analysis demonstrated a prolate ellipsoidal shape for sodium dodecyl sulfate (SDS) micelles; no significant changes in shape and size were observed for SDS-TMPyP co-micelles. Moreover, the ionization coefficient, α, decreases with the increase of the porphyrin concentration, suggesting the \"screening\" of the anionic charge of SDS by the cationic porphyrin. These results are consistent with optical absorption, fluorescence and RLS spectroscopies data, allowing to conclude that neutral surfactants present a smaller interaction with the cationic porphyrin as compared with ionic surfactants. Fluorescence quenching of TPPS4 and TMPyP is studied in aqueous solution and upon addition of micelles of SDS, CTAC, N-hexadecyl-N,N-dimethyl-3-ammonio-1- propanesulfonate (HPS) and t-octylphenoxypolyethoxyethanol (Triton X-100). Potassium iodide (KI) was used as quencher. Steady-state Stern-Volmer plots were best fitted by a quadratic equation, including dynamic (KD) and static (KS) quenching. KS was significantly smaller than KD. For TMPyP quenching results are consistent with reported binding constants: a significant reduction of quenching takes place for SDS, a moderate reduction is observed for HPS and almost no change is seen for Triton X-100. For CTAC-TPPS4 system an enhancement of quenching was observed as compared to pure buffer. This is probably associated to accumulation of iodide at the cationic micellar interface. The attraction between CTAC headgroups and I-, and repulsion between SDS and I-, enhances and reduces the fluorescence quenching, respectively, of porphyrins located at the micellar interface. The small quenching of TPPS4 in Triton X-100 is consistent with strong binding as reported in the literature. Anionic TPPS4 and cationic TMPyP in the presence of low concentrations of the surfactants CTAC and SDS, respectively, showed formation of aggregates, monitored by optical absorption, fluorescence and resonance light scattering intensity (RLS). The addition of nonionic surfactant, Triton X-100, reduced the effect of aggregation monitored by the various techniques used in the present work. Therefore, under conditions for the maximum of aggregate formation (porphyrin-surfactant), apparently, the CTAC: TX-100 ratio equal to 40:60 and SDS:TX-100 ratio equal to 80:20 are not sufficient to eliminate aggregation, despite the significant decrease of the quenching effect of fluorescence and of the light scattering intensity. The interaction of TMPyP with 1-Palmitoyl-2-Oleoyl-sn- Glycero-3-Phosphocholine (POPC), 1-Palmitoyl-2-Oleoyl-sn-Glycero-3-[Phospho-rac-(1- glycerol)] (POPG) and the mixture POPC+POPG is predominantly due to the electrostatic contribution. The increase of the negative charge, due to addition of POPG, favors the interaction of vesicles with the cationic porphyrin. On the second part of this work the effects of three surfactants upon the oligomeric structure of the giant extracellular hemoglobin of Glossoscolex paulistus (HbGp) in the oxy - form was studied. The use of SDS, CTAC and HPS has allowed to differentiate the effects of opposite headgroup charges on the oligomeric structure dissociation and hemoglobin autoxidation. Furthermore, the interaction of HPS with HbGp was clearly less intense than the interaction of this hemoglobin with cationic (CTAC) and anionic (SDS) surfactants. Probably, this lower interaction with HPS is due to the lower electrostatic attraction between the HPS surfactant and the protein surface ionic sites when compared to the electrostatic interaction between HbGp and cationic and anionic surfactants. Spectroscopic data are discussed and compared with the literature in order to improve the understanding of hemoglobin-surfactant interaction as well as the acid isoelectric point (pI) influence of the giant extracellular hemoglobins on its structure-activity relationship. HbGp samples were studied by dynamic light scattering (DLS). In the pH from range 6.0 to 8.0, HbGp is stable and a monodisperse size distribution with a z-average hydrodynamic diameter (Dh) of 27±1 nm is observed. More alkaline pH (pH>9.0) induced an irreversible dissociation process, resulting in smaller Dh of 10±1 nm. Dh decrease suggests a complete hemoglobin dissociation. At pH 9.0 the dissociation kinetics is slow, taking a minimum of 24 h to be completed. Dissociation rate constants progressively increase at higher pH. Melting curves for HbGp showed oligomeric dissociation and protein denaturation as a function of pH. Autoxidation and dissociation processes are intimately related, so that oligomeric protein dissociation promotes the increase of autoxidation rate and vice-versa.

Orientador: Rickson Coelho Mesquita / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-27T04:25:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Forti_RodrigoMenezes_M.pdf: 12387880 bytes, checksum: 7008f6dbed4a5d63effefff5a6582b33 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Técnicas de espectroscopia baseadas em óptica de difusão são essenciais para a obtenção das propriedades ópticas e dinâmicas em meios turvos, caracterizados pela predominância dos efeitos de espalhamento sobre a absorção. Nestas condições, a luz se propaga esfericamente no meio, num regime aproximadamente difusivo. A luz espalhada pode então ser detectada no mesmo plano de incidência, e sua detecção fornece informação das propriedades ópticas e dinâmicas das moléculas que compõem o meio. Em particular, a técnica encontra uma vasta aplicação no estudo das propriedades do tecido biológico, uma vez que este se comporta como um meio turvo na região do infravermelho próximo. Por se tratar de uma técnica experimental relativamente recente, pouco é conhecido em relação à propagação da luz em meios com diferentes geometrias, principalmente em relação às propriedades dinâmicas do meio. Este projeto propôs um estudo teórico-experimental detalhado da propagação da luz em meios turvos semi-infinitos e de duas camadas, com foco na obtenção das propriedades dinâmicas do meio, através de uma técnica óptica de difusão conhecida como espectroscopia de correlação de difusão (DCS). Mais especificamente, esse projeto testou as geometrias de um meio semi-infinito e de duas camadas, com o uso de simulações de Monte Carlo e experimentos em ambientes controlados. Foi mostrado que o uso da geometria de duas camadas, ao invés da de um meio semi-infinito, como é usualmente feito na literatura, traz melhoras significativas para a recuperação das propriedades de fluxo do meio. As geometrias usadas neste trabalho representam aproximações mais precisas das estruturas muscular e cerebral, por exemplo, e retratam diferentes situações encontradas em Biologia e Medicina. Por fim, o sistema também foi testado em voluntários sadios. Os resultados obtidos neste projeto tem aplicação direta nas áreas citadas, e podem contribuir significativamente para o desenvolvimento de técnicas físicas para o monitoramento cerebral e muscular na clínica médica / Abstract: Spectroscopic techniques based on diffuse optics are essential for determination of the optical and dynamical properties of turbid media, in which scattering predominates over absorption. Under these conditions, light propagates spherically in the medium, in an approximate diffusive regimen. Scattered light can thus be detected at the same plane of incidence, and its detection can provide information both on the optical and dynamical properties of the medium. Diffuse optical techniques are particularly useful to study the properties of biological tissue, since it behaves like a turbid medium in the near infrared region. Because diffuse optics is a relatively novel experimental technique, not much is known regarding the propagation of light in media with different geometries, particularly with relation to the dynamical properties of the medium. This project proposes a combined theoretical and experimental study of light propagation in semi-infinite and two-layered turbid media, focusing on the dynamical properties of the medium with a diffuse optical technique called diffuse correlation spectroscopy (DCS). More specifically, this project employed the semi-infinite and the two-layer geometries, testing them using Monte Carlo simulations and controlled enviroments. It was shown that by using a two-layer geometry, instead of the semi-infinite geometry, as routinely done in the literature, it is possible to significantly improve the accuracy of the recovered dynamical properties. The geometries tested in this work represent more accurate approximations for muscle and brain structures, for example, and therefore could depict different situations encountered in problems in the fields of Biology and Medicine. Last, the system was also tested in healthy subjects. The results obtained in this project have direct application in the above-cited fields, and may significantly contribute to the development of experimental techniques for diagnosis and/or monitoring of the brain and muscle in the clinic / Mestrado / Física / Mestre em Física

Orientador: Eliermes Arraes Meneses / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-26T09:54:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gazoto_AndreLuis_M.pdf: 15242675 bytes, checksum: ac4c94e41838cf002e9c0e1f968e4b63 (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: Neste trabalho realizamos um estudo sobre a influência da espessura nominal do poço quântico de InP nas propriedades ótica e estrutural de pontos quânticos de InP crescidos sobre InGaP. Foram utilizadas técnicas de espectroscopia ótica como fotoluminescência (PL), microfotoluminescência (?-PL) e fotoluminescência de excitação (PLE), assim como técnicas de caracterização estrutural Reflection High Energy Electron Diffraction (RHEED) e Atomic Force Microscopy (AFM). As questões envolvidas na evolução de um crescimento bidimensional para um tridimensional são investigadas em amostras crescidas pela técnica de Chemical Beam Epitaxy (CBE), utilizando-se o método Stranski-Krastanov de crescimento. Os resultados dessa investigação mostraram que as propriedades ótica e estrutural são fortemente correlacionadas e dependentes da espessura nominal do poço quântico de InP. Por AFM foi possível observar a formação de pontos quânticos a partir da rugosidade superficial do InP. Com o incremento na espessura nominal do poço quântico de InP o sistema evolui para uma configuração bimodal de ilhas pseudomórficas e com forma de tronco de pirâmide, formando assim duas famílias. A transição entre estas famílias se dá com o facetamento das ilhas pseudomórficas a partir de um volume crítico VC de cada ilha. O ponto em que essa transição ocorre pode ser determinado com o aparecimento de estruturas tipo chevron no padrão de difração do RHEED. Ficou claro que a transição de um crescimento bi para tridimensional não é abrupta, mas sim contínua. Foi encontrado também, um comportamento autolimitante para o raio desses pontos quânticos. A rica evolução do crescimento epitaxial de pontos quânticos de InP, observada pelas técnicas estruturais, pôde ser acompanhada também pelas técnicas óticas. A correlação dos dados estrutural e ótico confirmou uma evolução contínua de um crescimento 2D para um 3D com a coexistência destes dois modos de crescimento durante um certo intervalo de espessura do poço quântico de InP. Mostramos assim, que uma transição de fase de primeira ordem, comumente utilizada para descrever a transição entre os crescimentos bi e tridimensional, não descreve corretamente o crescimento epitaxial de pontos quânticos de InP/InGaP pelo método Stranski-Krastanov / Abstract: In this work we study the influence of the thickness of InP quantum well on the optical and structural properties of the InP quantum dots that were grown on the InGaP barrier. For this study we have used optical spectroscopy techniques such as Photoluminescence (PL), Micro-Photoluminescence (?-PL), Excitation Photoluminescence (PLE); as well as structural characterization techniques such as Reflection High Energy Electron Diffraction (RHEED) and Atomic Force Microscopy (AFM). The evolution of the bi-dimensional to tri-dimensional growth was investigated in the InP/InGaP samples grown by Stranski-Krastanov method in a Chemical Beam Epitaxy Reactor (CBE). The results show that the optical and structural properties are strongly correlated and depend of the InP thickness. Through the AFM technique was possible to observe the formation of quantum dots from the surface rougeness of the InP layer. By increasing the nominal thickness of the InP quantum well, the system evolves to a bimodal configuration, one of pseudomorfic islands, and other, of truncated pyramidal shapes, thus creating two structure families. The transition between these two families occurs with the facing of these pseudomorfic islands after a Vc critical volume is reached. The point where the transition occurs can be determined by the appearance of structures chevron like in the RHEED diffraction pattern. It became clear that the transition from the bi-dimensional to tri-dimensional growth is not abrupt, but continuous. The rich evolution of the epitaxial growth of the InP quantum dots, observed through the structural techniques, was also able to be followed through the optical techniques. The correlation between the structural and optical data confirmed a continuous evolution of the growth process of the quantum dots, with the coexistence of the two modes of growth, during a certain thickness interval of the InP. We thus demonstrate that a first order phase transition, used commonly to describe the transition between the bi and tri-dimensional growths, does not describe correctly the growth of the InP/InGaP quantum dots by Stranki-Krastanov method / Mestrado / Física / Mestre em Física