Realising Si-based electrically driven light emitters in a process technology compatible with mainstream microelectronics CMOS technology is key requirement for the implementation of low-cost Si-based optoelectronics and thus one of the big challenges of semiconductor technology. This work has focused on the development of microcavity enhanced silicon LEDs (MCLEDs), including their design, fabrication, and experimental as well as theoretical analysis. As a light emitting layer the abrupt pn-junction of a Si diode was used, which was fabricated by ion implantation of boron into n-type silicon. Such forward biased pn-junctions exhibit room-temperature EL at a wavelength of 1138 nm with a reasonably high power efficiency of 0.1%. Two MCLEDs emitting light at the resonant wavelength about 1150 nm were demonstrated: a) 1-lambda MCLED with the resonator formed by 90 nm thin metallic CoSi2 mirror at the bottom and semitransparent distributed Bragg reflector (DBR) on the top; b) 5.5-lambda MCLED with the resonator formed by high reflecting DBR at the bottom and semitransparent top DBR. Using the appoach of the 5.5-lambda MCLED with two DBRs the extraction efficiency is enhanced by about 65% compared to the silicon bulk pn-junction diode.

Submitted by Milena Rubi (milenarubi@ufscar.br) on 2017-08-16T17:19:17Z No. of bitstreams: 1 CAROSSI_Lory_2017.pdf: 61131706 bytes, checksum: 687def06b5a758fcb457d49f53a494b1 (MD5) / Approved for entry into archive by Milena Rubi (milenarubi@ufscar.br) on 2017-08-16T17:19:27Z (GMT) No. of bitstreams: 1 CAROSSI_Lory_2017.pdf: 61131706 bytes, checksum: 687def06b5a758fcb457d49f53a494b1 (MD5) / Approved for entry into archive by Milena Rubi (milenarubi@ufscar.br) on 2017-08-16T17:19:33Z (GMT) No. of bitstreams: 1 CAROSSI_Lory_2017.pdf: 61131706 bytes, checksum: 687def06b5a758fcb457d49f53a494b1 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-16T17:19:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CAROSSI_Lory_2017.pdf: 61131706 bytes, checksum: 687def06b5a758fcb457d49f53a494b1 (MD5) Previous issue date: 2015-02-11 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Nanoporous anodic alumina films (NAA) may present different behavior to reflectance and photoluminescence techniques, with Fabry-Pérot interferences and waveguide properties. This phenomenon makes possible the use of NAA as transducer signal in optical sensors. In this work, we investigated how the pre-treatment, the number of steps of anodizing, the anodizing electrolyte mode and temperature affect electrochemical characteristics, morphological and optical mainly NAA. As a result, it was noticeable that the realization of electropolishing is necessary for both the NAA with good regularity as to make it possible to obtain a spectrum with the Fabry-Pérot interference. If the fabrication of NAA is done in two steps, it is possible to obtain reflectance spectra and luminescence fringed with better amplitudes, areas and heights. Regarding the anodizing mode, both the NAA anodized in galvanostatic how potentiostatic showed similar morphologies and spectra with fringes, but the interferences were better defined when the galvanostatic mode was performed. Regarding the temperature, it was noticeable that the change of this parameter leads influences the porous oxide thickness. The spectrum of the luminescence and reflectance increasing the electrolyte temperature caused an increase in interference. However, the range and resolution of interference decreased with increasing temperature. The oxide thicknesses were estimated by energy variation (?E), graph slope between order and 1/? and fast Fourier transform (FFT) techniques. The ratio of film thickness and pore diameter (L/dp) was performed to validate the NAA films with better waveguides property. Moreover, the surface composition analysis of NAA films anodized in phosphoric acid, oxalic acid and mixtures thereof by backscattering spectroscopy Rutherford (RBS) was performed. From simulations it was possible to note that the amount of carbon in the porous oxide structure is practically zero, which may indicate that the origin of the luminescence is related to the presence of more centers F. / Filmes de alumina anódica porosa (AAP) podem apresentar, espectros de reflectância e luminescência com interferências de Fabry-Pérot e propriedades de guias de onda. Esse fenômeno possibilita que a AAP possa ser utilizada como plataforma em sensores ópticos. Neste trabalho, foi investigado como o pré-tratamento, o número de etapas de anodização, o modo de anodização e a temperatura do eletrólito afetam características eletroquímicas, morfológicas e principalmente ópticas da AAP. Como resultado, foi possível notar que a realização do eletropolimento é necessário para obter tanto a AAP com boa regularidade como para que seja possível obter um espectro com as interferências Fabry-Pérot. Se a fabricação da AAP for feita em duas etapas, é possível obter espectros de reflectância e luminescência com franjas com melhores amplitudes, áreas e alturas. Com relação ao modo de anodização, tanto as AAPs anodizadas em modo galvanostático como potenciostático apresentaram morfologias semelhantes e espectros com franjas, mas as interferências foram melhor definidas quando o modo galvanostático foi realizado. Com relação à temperatura, foi possível notar que a mudança desse parâmetro ocasiona influencia na espessura do óxido poroso. Quanto aos espectros de luminescência e reflectância, o aumento da temperatura do eletrólito ocasionou um aumento no número de interferências. Entretanto, a amplitude e a resolução das interferências diminuíram com o aumento da temperatura. A espessura do filme poroso foi estimada pelas técnicas de variação de energia (?E), coeficiente angular do gráfico entre ordem da interferência e 1/? e através da transformada rápida de Fourier (FFT). E foi utilizada a razão entre a espessura do filme e diâmetro do poro (Esp/Dp) para averiguar os filmes de AAP com guias de onda que pudessem ser utilizadas como substratos para sensores ópticos. Além disso, foi realizada a análise de composição superficial dos filmes de AAP anodizados em ácido fosfórico, oxálico e mistura destes ácidos pela técnica de espectroscopia de retroespalhamento de Rutherford (RBS). A partir das simulações realizadas foi possível notar que a quantidade que carbono na estrutura do oxido poroso é praticamente nula, o que pode indicar que a origem da luminescência está relacionada à presença dos centros F.

Tunneling phenomenon has been studied since the time of Sir Isaac Newton. In the case of neutron tunneling phenomenon, it is the quantum mechanics wave-particle duality which manifests itself. In this case, particularly, the neutron wave-packet under total reflection condition suffers the so-called frustrated total reflection as known in standard optics. More accurately, this tunneling phenomenon shows itself via sharp dips in the plateau of total reflection. The prerequisite to observe such quantum mechanics phenomenon lies within a thin film Fabry-Perot resonator configuration. This thin film Fabry-Perot resonator geometry consists of two reflecting mirrors separated by a transparent material from a neutron optics viewpoint. In view of the specific neutron scattering properties related to the spin of the neutron wave-packet. As a direct proof, isotopic nickel based thin films Fabry-Perot resonator have been fabricated by depositing thin film of nickel by ion beam sputtering. The vacuum chamber was pumped down to the pressure of 10-8 mbar and deposition was performed at pressure of 2x10-4 mbar. The deposition rate was kept at 1.5 nm / minute and thickness layers were monitored by a calibrated quartz microbalance. Unpolarized neutron reflectometry measurements were carried out at the ORPHEE reactor using the time-of-flight EROS reflectometer. The incidence neutron wavelength varied between 3 – 25 Å. The grazing angle and angular resolution were of the order of 0.8˚ and 0.05 respectively. The software program, a Matlab routine for the simulation of specular X-ray and neutron reflectivity data with matrix technique, was employed to simulate the phenomenon and thereafter the experimentally obtained data and calculated (theoretical) data were compared. From the analysis of the comparison, a conclusion was drawn about the agreement between experimental data and theoretical data. The tunneling phenomenon has been observed in nanostructured isotopic nickel based thin film Fabry-Perot resonator. It manifested itself by the existence of dips, tunneling resonances, in the total reflection plateau due to quasi-bound states in the isotopic nickel based thin film Fabry-Perot resonator. In total, there were 7 tunneling resonances. The full widths at half maximum of these dips were found to decrease with increasing momentum wave vector transfer (Q) and this correlated to the neutron lifetime in the nanostructured isotopic nickel based thin film Fabry-Perot resonator. / Physics / M. Sc. (Physics)

As doenças raras são epidemiologicamente caracterizadas por ocorrerem entre 0,65-1:1.000 indivíduos. Houve importante incremento no surgimento de tratamentos específicos para muitas destas condições a partir da publicação de legislações específicas em diferentes países (sendo o pioneiro em 1983 nos EUA o chamado 'Orphan Drug Act'). Dentre as doenças que dispõem atualmente de tratamento específico está a Doença de Fabry, uma doença genética classificada erro inato do metabolismo do grupo das doenças Lísossômica se caracterizada pelo acúmulo de glicoesfíngol ipídíos no endotélio vascular, o que ocasiona problemas renais, cardíovasculares e neurológicos. Os problemas renais e cardíovasculares são os responsáveis pela maior morbi-mortalídade entre os portadores da doença. Esta ocorre em homens e mulheres, com manifestações heterogêneas entre indivíduos e diferentes gêneros. O tratamento específ ico da doença é através da chamada Terapia de Reposição Enzimática (TRE) havendo duas opções existentes: a agalsidase alfa e a agalsidase beta. Não há, porém, consenso sobre os resultados da TRE sobre desfechos clínicos relevantes. O alto custo associado a esta terapêutica (cerca de 200 mil dólares/ano/por paciente adulto) é o dificulta o acesso dos pacientes à mesma. Uma das formas se racionalizar a incorporação de tecnologias novas na área de saúde, que se caracteriza empreender uma avaliação objetiva de benefícios e custos associados é a chamada Avaliação de Tecnologias de Saúde. Este conjunto de métodos é cada vez mais empregado para auxiliar ou nortear decisões na área de saúde. Existem, no entanto , dificuldades associadas ao seu emprego no campo das doenças raras. Nossa proposta consiste em tendo como modelo a Doença de Fabry, obter um panorama da situação no Brasil a o acesso a tratamentos de alto custo para doenças raras, e, analisar a aplicabilidade dos princípios da avaliação de tecnologias de saúde no campo das doenças raras, tentando por fim colaborar no aprimoramento do processo de acessibilidade a estes tratamentos. OBJETIVOS Objetivo geral : Avaliar o acesso no Brasil a tratamentos de doenças raras e a aplicabilidade da avaliação de tecnolog ias em saúde no contexto específico destas. Objetivos específicos: 1) Caracterizar as políticas existentes no Brasil em relação ao acesso de medicamentos para doenças raras e avaliar as formas empregadas para este acesso. 2) Colaborar no aprimoramento do processo de incorporação destes tratamentos (de al to custo) no segmento das doenças raras, através da aplicação de principias de 'aval iação de tecnologias em saúde', usando como exemplo a Doença de Fabry. 3) Identificar e propor possíveis estratégias que possam colaborar para uma acessibilidade adequada e justa a tratamentos cl inicamente efetivos no campo das doenças raras. MÉTODOS 1) Foi realizada uma revisão da literatura caracterizando as politicas brasileiras na área de medicamentos e aval iando as formas de acesso utilizadas pelos pacientes; 2) Uma segunda revisão, de caráter sistemático, sobre os efeitos da TRE na DF, foca d a nos efe itos sobre a nefropatia e a cardiopatia (sistemas cujo comprometimento em pacientes com DF causa maior morbi-mortalidade) da doença foi feita. Baseado nos dados obtidos elaborou-se um modelo probabilístico (markoviano) para avaliar o efeito da TRE sobre a nefropatia da DF seguido de aval iação do custo-efetividade. A partir de uma análise destes resultados e da li teratura, foram identificados os aspectos que mais influenciariam a acessibilidade ao tratamento, seguida da elaboração de propostas para auxiliar a incorporação e a acessibil idade a estes tratamentos. RESULTADOS 1) A política de assistência farmacêutica brasileira atual é baseada em elencos de medicamentos divididos em atenção básica e do 'componente especiali zado'. Não existe uma política especifica direcionada aos tratamentos (de alto custo) dos portadores de doenças raras. 2) A revisão empreendida mostrou que dentre os dois sistemas aval iados de forma particular (pela morbi-mortalidade associada) havia mais dados quer sobre história natural , quer sobre efeitos da TRE em relação à nefropatia, tendo sido esta escolh ida então como foco da modelagem . O modelo construido foi capaz de identificar um subgrupo de pacientes com DF que quando tratado com TRE tem redução significativa (diferença absoluta de 10%) na probabilidade de ter progressão da nefropatia (evoluir a estágio dialítico). A despeito dos benefícios observados a análise mostrou ser esta opção não custo-efetiva no contexto existente (custo é superior ao limite preconizado pela OMS de s 3 vezes o PIB per capíta do Brasil). 3) A acessibilidade é ainda um obstáculo ao uso destes medicamentos. O custo é o limitante central da acessibilidade aos tratamentos específicos destas patologias. Atuar em aspectos associados a este e às pol íticas vigentes seriam formas de tentar mudar este cenário. CONCLUSÕES 1) Não há em nosso país políticas que sistematizem o processo de incorporação de tratamentos (de alto custo) para doenças raras. O acesso a estes é disperso, no caso da DF não existe disponibil idade da terapia de reposição enzimática via SUS. 2) A revisão sobre o efeito da TRE na nefropatia mostrou resultados muito heterogêneos. Foi possivel, no entanto, elaborar um modelo avaliando TRE na nefropatia da DM, o qual é o primeiro conhecido utilizando este desfecho especifico e elaborado dentro contexto brasileiro. A despeito de identificado um subgrupo de pacientes que poderia beneficiar-se significativamente com o tratamento especifico a estratégia não foi custo-efetiva para este desfecho. Os custos associados foram o limitante central. Novas opções em termos de efetivação da incorporação destas tecnologias devem ser consideradas. / BACKGROUND. According to the WHO definition rare diseases occur between 0.65-1/1,000 individuals. The U.S. 'Orphan Drug Act' in 1983', the first legislation with incentives for the development of therapies for rare diseases had an impact on the development of treatments for these diseases. Fabry Disease (FD) is a rare genetic disease characterized by accumulation of glycosphingolipids in vascular endothelium leading to systemic dysfunction (renal, cardiovascular, and neurologic disease). This disease has specific treatment available, with two options of recombinant enzymes (alfa or betagalsidase) for enzyme replacement therapy (ERT). There are few controlled trials evaluating their effects, indicating some improvements in neuropathic pain, in heart abnormalities and in globotriaosylceramide (GL-3) levels. Nevertheless most of the clinical benefits of ERT are still unclear. Another aspect is the high cost associated with this treatment which makes it not easily accessible. OBJECTIVES: General Objective: Evaluate access to rare disease treatments in Brazil and the applicability of health technology assessment (HTA) in the context of these diseases. Specific objectives: 1) Evaluate the Brazilian governmental policies for rare diseases treatment and how the access to the treatments is actually done. 2) Evaluate the applicability of health technology assessment (HTA) in the context of rare diseases, using the example of Fabry disease. 3) Identify and propose strategies that could contribute to a fair access to clinically effective treatments for of rare diseases. METHODS: An extensive literature review about the Brazilian policies in the area was performed. In the sequence a systematic review about the subject ERT and FD was conducted. After this, a model estimating the likelihood of nephropathy progression with or without ERT was built, followed by a cost-effectiveness analysis. Another literature review focused in the identification of obstacles to accessibility and possible strategies to overcome them was conducted. RESULTS: 1) There is no specific policy in Brazil regarding high cost drugs for the treatment of rare diseases. 2) ERT appears to slow the progression of nephropathy in the Fonly proteinuria subgroup '. However the cost associated is very high making this option not cost-effective. 3) The accessibility to innovative treatments for rare diseases is not adequate and the high cost of these therapies is a major obstacle to change this scenario. CONCLUSION: There are no policies in Brazil to systematize the access to the specific (high cost) treatments for rare diseases. The model evaluating TRE in FD nephropathy was able to identify benefits for a subgroup of patients. It was the first known model using this specific outcome and built focusing the Brazilian context. However the ERT strategy was not cost-effective for this outcome. The costs associated with these therapies are very high and an important limiting factor to the access. the central. New options should be considered to offer adequate access to the (effective) therapies.

A doença de Fabry (DF, OMIM 301500) é uma doença lisossômica de depósito de herança ligada ao cromossomo X causada por mutações no gene GLA que levam à tradução da enzima lissomal α-galactosidase A (α-gal A, EC 3.2.1.22) com atividade deficiente ou nula. Como consequência, os substratos dessa enzima (majoritariamente globotriaosilceramida – Gb3 - e globotriaosilesfingosina – liso-Gb3) acumulam-se em diversos tecidos e fluidos corporais dos pacientes com DF. Estudos indicam que inflamação, estresse oxidativo e nitrosativo podem estar envolvidos na fisipatologia da DF, que ainda não está completamente esclarecida. Foi descrito previamente um aumento de parâmetros inflamatórios e próoxidantes em pacientes com DF durante a terapia de reposição enzimática (TRE), todavia se faz necessário avaliar tais parâmetros antes do início da TRE. Através de ensaios in vivo e in vitro em amostras de sangue e de urina de pacientes com DF, avaliamos alterações de estado redox, dano oxidativo a biomoléculas (incluindo lipídeos, proteínas e DNA) e níveis urinários de Gb3. No intuito de investigar os efeitos biológicos do mais recente biomarcador proposto para a DF, o liso-Gb3, realizamos ensaios in vitro em células embrionárias de epitélio renal humano (HEK-293T). Demonstramos, pela primeira vez, aumento de dano ao DNA em pacientes com DF. Ainda, observamos aumento de geração de espécies reativas nas mesmas amostras (através da sonda diclorofluoresceina - DCF) e, através do ensaio cometa com endonucleases, verificamos que o dano ao DNA é de natureza oxidativa em purinas nesses pacientes. Para avaliar a capacidade de reparo de DNA frente a um insulto oxidativo, realizamos o ensaio de desafio com peróxido de hidrogênio (H2O2), o qual demonstrou que os pacientes possuiam reparo aumentado (provavelmente como resposta ao estresse crônico), porém não suficientemente eficaz para reduzir o dano oxidativo basal a purinas a nível de indivíduos saudáveis. Observamos também que pacientes com DF antes de iniciar a TRE já possuíam níveis aumentados de lipoperoxidação (através da medida de espécies reativas ao ácido tiobarbitúrico – TBARS - e malondialdeído – MDA) e de estresse nitrosativo (medido através de nitrato e nitrito urinários), bem como desequilíbrios no sistema redox da glutationa (GSH - principal antioxidante intracelular, avaliado através da medida de GSH e da atividade das enzimas glutationa redutase, GR, e glutationa peroxidase, GPx). Após a TRE de longa duração (aproximadamente cinco anos), a lipoperoxidação e o estresse nitrosativo continuaram aumentados, porém o metabolismo da GSH foi normalizado a nível de indivíduos saudáveis (provavelmente também como resposta adaptativa ao estresse). Os níveis urinários de Gb3 diminuíram com a TRE, porém permaneceram ainda significativamente aumentados em relação aos controles. Concentrações de liso-Gb3 similares às encontradas no plasma de pacientes com DF tiveram efeito citotóxico significativo nas células renais, causaram dano ao DNA (incluindo dano oxidativo a purinas e pirimidinas) e induziram aumento na atividade da enzima antioxidante catalase (CAT) e na expressão da poli(ADP-ribose) polimerase 1 (PARP-1, enzima-chave no reparo de dano ao DNA por excisão de bases - BER). Por fim, analisando em conjunto os dados in vitro, podemos sugerir um mecanismo de ação para o liso-Gb3 no qual o H2O2, espécie reativa de conhecido papel sinalizador, atua como mediador. O H2O2 também ocupa papel central no mecanismo sugerido através dos estudos in vivo, de modo que os achados são complementares entre si e fornecem novos dados acerca da fisiopatologia da DF que podem ser úteis a estudos futuros na busca de terapias complementares à TRE, necessárias para a melhora clínica e de qualidade de vida dos pacientes com DF. / Fabry disease (FD, OMIM 301500) is an X-linked lysosomal storage disorder caused by mutations in GLA gene that lead to translated lysosomal enzyme α-galactosidade A (α-gal A, EC 3.2.1.22) with deficient or absent activity. Consequently, the enzyme’s substrates (mainly globotriaosylceramide – Gb3 and glotriaosylsphingosine – lyso-Gb3) accumulate in various tissues and body fluids of FD patients. Studies have pointed that inflammation, oxidative and nitrosative stress may be involved in FD pathophysiology, which is not completely known. It was previously described an increase of inflammatory and prooxidative parameters in FD patients during enzyme replacement therapy (ERT), although it is necessary to evaluate these parameters before the beginnig of ERT. Using in vivo and in vitro assays in blood and urine samples of FD patients, we evaluated abnormalities of redox status, oxidative damage to biomolecules (including lipids, proteins and DNA) and Gb3 urinary levels. In order to investigate the biological effects of the latest described biomarker for FD, lyso-Gb3, we performed in vitro assays in human embryonic kidney epithelial cells (HEK-293T). We demonstrated, for the first time, increased DNA damage in FD patients. Then, we observed increased reactive species generation (by dichlorofluorescein – DCF - probe) in the same samples and, by comet assay with endonucleases, we verified that DNA damage has an oxidative origin in purines in these patients. In order to evaluate repair capacity towards an oxidative insult, a challenge assay with hydrogen peroxide (H2O2) was performed, which demonstrated that patients had increased repair (probably as response to chronic stress), but not sufficiently effective to reduce basal oxidative damage in purines to healthy individuals’ levels. We also observed that FD patients even before initiating ERT already had increased lipid peroxidation levels (by thiobarbituric acid reactive species - TBARS - and malondialdehyde - MDA content) and nitrosative stress (by urinary nitrate and nitrite), as well as imbalances in glutathione (GSH) redox system (GSH – the main intracellular antioxidant, evaluated by GSH content and glutathione reductase, GR, and glutathione peroxidase, GPx, enzyme activities). After long-term ERT (approximately five years), lipid peroxidation and nitrosative stress remained increased, although GSH metabolism was restored to the level of healthy subjects (also probably as an adaptive response to stress). Gb3 urinary levels decreased after ERT, but remained already increased when compared to controls. Lyso-Gb3 levels similar to that found in plasma of FD patients caused significative cytotoxic effect on kidney cells, caused DNA damage (including oxidative damage to purines and pyrimidines) and induced increase in the antioxidant enzyme catalase (CAT) activity and poly(ADP-ribose) polymerase-1 (PARP-1) expression (key enzyme in DNA base excision repair). To conclude, analysing together the in vitro data, we could suggest a mechanism of action to lyso-Gb3 in which H2O2, reactive specie with well known signaling function, acts as a mediator. H2O2 has also a central role in the mechanism proponed by the in vivo studies, so that the findings are complementary and provide new data about FD pathophysiology that could be useful to future studies looking for complementary therapies to ERT, necessary to improvement in clinical aspects and life quality of FD patients.

Le phénomène d’up-conversion de photon (UpC) permet de générer de la lumière à longueurs d’onde plus courtes que la longueur d’onde d’excitation. Dans cette recherche, la synthese de couches minces dopées avec des ions de terres rares (RE3+) optiquement actifs, leurs caractérisations structurales, ainsi que leurs propriétés optiques et de photoluminescentes ont été étudiées. Les couches ont été élaborées par deux voies de dépôt de couche sur du silicium et des substrats transparents: tout d’abord, un dépôt chimique organométallique en phase vapeur (LI-MOCVD, AA-MOCVD) est utilisé pour le dépôt des couches minces de YF3 et Y2O3 co-dopées Er/Yb. Il est démontré que l’émission d’UpC de Er3+ avec une excitation à 972 nm est influencée par le réseau hôte. Par ailleurs, le traitement sol-gel, une technique chimique par voie humide, est utilisé pour la fabrication de couches minces Y2O3, SiO2 et TiO2 co-dopées Er/Yb par spin-coating. Une optimisation de l’´emission de lumière par UpC a été atteinte grâce à l’ajustement de la concentration de RE et de la température de traitement thermique. De plus, une approche différente a été étudiée pour atteindre une émission UpC renforcée : l’utilisation de microcavités diélectriques de Fabry-Pérot obtenues par sol-gel, constitués d’un empilement de couches de silice et d’oxyde de titane, avec Er/Yb:Y2O3 comme couche de cavité. Le but de ce travail est de répondre aux questions suivantes: comment la nature du réseau hôte et le niveau de dopage influencent l’émission radiative de l’Er3+? Quelles sont les conditions pour un bon matériau d’UpC et ses limites? Nous incluons également une discussion sur les perspectives d’une application possible d’une couche d’UpC dans un dispositif de cellule solaire, qui pourrait améliorer la réponse dans l’infrarouge. / Photon up-conversion (UpC) allows the generation of light of shorter wavelengths compared to the excitation wavelength. In this work the synthesis of thin films doped with optically active rare earth (RE3+) ions, their structural characterization, as well the optical and photoluminescence properties are highlighted. The emphasis lies on two different routes of film deposition on silicon and transparent substrates: first, metalorganic chemical vapor deposition (LI-MOCVD, AA-MOCVD) is introduced for the deposition of Er/Yb-doped YF3 and Y2O3 films and it is demonstrated, how the UpC emission of Er3+ upon 972 nm excitation is influenced by the host lattice. Secondly, sol-gel processing, a wet-chemical technique, is used for the fabrication of Er/Yb-doped Y2O3, SiO2 and TiO2 thin films by spin-coating. Optimization of the up-converted light emission was achieved through adjusting the RE concentration and the processing temperature. Moreover, in a different approach for achieving an enhanced UpC emission, sol-gel derived Fabry-Pérot dielectric microcavities, consisting of a multilayer stack of silica and titania layers and Er/Yb: Y2O3 as the cavity layer, are investigated. The aim of this work is to address the questions, how does the nature of the host lattice and doping level influence the radiative emission in Er3+, what are the requirements for a good upconverter material and what are the limitations? We also include a discussion of the application of an upconverter to a solar cell device, which may debatably enhance the response in the infrared.

A doença de Fabry (DF, OMIM 301500) é uma doença lisossômica de depósito de herança ligada ao cromossomo X causada por mutações no gene GLA que levam à tradução da enzima lissomal α-galactosidase A (α-gal A, EC 3.2.1.22) com atividade deficiente ou nula. Como consequência, os substratos dessa enzima (majoritariamente globotriaosilceramida – Gb3 - e globotriaosilesfingosina – liso-Gb3) acumulam-se em diversos tecidos e fluidos corporais dos pacientes com DF. Estudos indicam que inflamação, estresse oxidativo e nitrosativo podem estar envolvidos na fisipatologia da DF, que ainda não está completamente esclarecida. Foi descrito previamente um aumento de parâmetros inflamatórios e próoxidantes em pacientes com DF durante a terapia de reposição enzimática (TRE), todavia se faz necessário avaliar tais parâmetros antes do início da TRE. Através de ensaios in vivo e in vitro em amostras de sangue e de urina de pacientes com DF, avaliamos alterações de estado redox, dano oxidativo a biomoléculas (incluindo lipídeos, proteínas e DNA) e níveis urinários de Gb3. No intuito de investigar os efeitos biológicos do mais recente biomarcador proposto para a DF, o liso-Gb3, realizamos ensaios in vitro em células embrionárias de epitélio renal humano (HEK-293T). Demonstramos, pela primeira vez, aumento de dano ao DNA em pacientes com DF. Ainda, observamos aumento de geração de espécies reativas nas mesmas amostras (através da sonda diclorofluoresceina - DCF) e, através do ensaio cometa com endonucleases, verificamos que o dano ao DNA é de natureza oxidativa em purinas nesses pacientes. Para avaliar a capacidade de reparo de DNA frente a um insulto oxidativo, realizamos o ensaio de desafio com peróxido de hidrogênio (H2O2), o qual demonstrou que os pacientes possuiam reparo aumentado (provavelmente como resposta ao estresse crônico), porém não suficientemente eficaz para reduzir o dano oxidativo basal a purinas a nível de indivíduos saudáveis. Observamos também que pacientes com DF antes de iniciar a TRE já possuíam níveis aumentados de lipoperoxidação (através da medida de espécies reativas ao ácido tiobarbitúrico – TBARS - e malondialdeído – MDA) e de estresse nitrosativo (medido através de nitrato e nitrito urinários), bem como desequilíbrios no sistema redox da glutationa (GSH - principal antioxidante intracelular, avaliado através da medida de GSH e da atividade das enzimas glutationa redutase, GR, e glutationa peroxidase, GPx). Após a TRE de longa duração (aproximadamente cinco anos), a lipoperoxidação e o estresse nitrosativo continuaram aumentados, porém o metabolismo da GSH foi normalizado a nível de indivíduos saudáveis (provavelmente também como resposta adaptativa ao estresse). Os níveis urinários de Gb3 diminuíram com a TRE, porém permaneceram ainda significativamente aumentados em relação aos controles. Concentrações de liso-Gb3 similares às encontradas no plasma de pacientes com DF tiveram efeito citotóxico significativo nas células renais, causaram dano ao DNA (incluindo dano oxidativo a purinas e pirimidinas) e induziram aumento na atividade da enzima antioxidante catalase (CAT) e na expressão da poli(ADP-ribose) polimerase 1 (PARP-1, enzima-chave no reparo de dano ao DNA por excisão de bases - BER). Por fim, analisando em conjunto os dados in vitro, podemos sugerir um mecanismo de ação para o liso-Gb3 no qual o H2O2, espécie reativa de conhecido papel sinalizador, atua como mediador. O H2O2 também ocupa papel central no mecanismo sugerido através dos estudos in vivo, de modo que os achados são complementares entre si e fornecem novos dados acerca da fisiopatologia da DF que podem ser úteis a estudos futuros na busca de terapias complementares à TRE, necessárias para a melhora clínica e de qualidade de vida dos pacientes com DF. / Fabry disease (FD, OMIM 301500) is an X-linked lysosomal storage disorder caused by mutations in GLA gene that lead to translated lysosomal enzyme α-galactosidade A (α-gal A, EC 3.2.1.22) with deficient or absent activity. Consequently, the enzyme’s substrates (mainly globotriaosylceramide – Gb3 and glotriaosylsphingosine – lyso-Gb3) accumulate in various tissues and body fluids of FD patients. Studies have pointed that inflammation, oxidative and nitrosative stress may be involved in FD pathophysiology, which is not completely known. It was previously described an increase of inflammatory and prooxidative parameters in FD patients during enzyme replacement therapy (ERT), although it is necessary to evaluate these parameters before the beginnig of ERT. Using in vivo and in vitro assays in blood and urine samples of FD patients, we evaluated abnormalities of redox status, oxidative damage to biomolecules (including lipids, proteins and DNA) and Gb3 urinary levels. In order to investigate the biological effects of the latest described biomarker for FD, lyso-Gb3, we performed in vitro assays in human embryonic kidney epithelial cells (HEK-293T). We demonstrated, for the first time, increased DNA damage in FD patients. Then, we observed increased reactive species generation (by dichlorofluorescein – DCF - probe) in the same samples and, by comet assay with endonucleases, we verified that DNA damage has an oxidative origin in purines in these patients. In order to evaluate repair capacity towards an oxidative insult, a challenge assay with hydrogen peroxide (H2O2) was performed, which demonstrated that patients had increased repair (probably as response to chronic stress), but not sufficiently effective to reduce basal oxidative damage in purines to healthy individuals’ levels. We also observed that FD patients even before initiating ERT already had increased lipid peroxidation levels (by thiobarbituric acid reactive species - TBARS - and malondialdehyde - MDA content) and nitrosative stress (by urinary nitrate and nitrite), as well as imbalances in glutathione (GSH) redox system (GSH – the main intracellular antioxidant, evaluated by GSH content and glutathione reductase, GR, and glutathione peroxidase, GPx, enzyme activities). After long-term ERT (approximately five years), lipid peroxidation and nitrosative stress remained increased, although GSH metabolism was restored to the level of healthy subjects (also probably as an adaptive response to stress). Gb3 urinary levels decreased after ERT, but remained already increased when compared to controls. Lyso-Gb3 levels similar to that found in plasma of FD patients caused significative cytotoxic effect on kidney cells, caused DNA damage (including oxidative damage to purines and pyrimidines) and induced increase in the antioxidant enzyme catalase (CAT) activity and poly(ADP-ribose) polymerase-1 (PARP-1) expression (key enzyme in DNA base excision repair). To conclude, analysing together the in vitro data, we could suggest a mechanism of action to lyso-Gb3 in which H2O2, reactive specie with well known signaling function, acts as a mediator. H2O2 has also a central role in the mechanism proponed by the in vivo studies, so that the findings are complementary and provide new data about FD pathophysiology that could be useful to future studies looking for complementary therapies to ERT, necessary to improvement in clinical aspects and life quality of FD patients.

As doenças raras são epidemiologicamente caracterizadas por ocorrerem entre 0,65-1:1.000 indivíduos. Houve importante incremento no surgimento de tratamentos específicos para muitas destas condições a partir da publicação de legislações específicas em diferentes países (sendo o pioneiro em 1983 nos EUA o chamado 'Orphan Drug Act'). Dentre as doenças que dispõem atualmente de tratamento específico está a Doença de Fabry, uma doença genética classificada erro inato do metabolismo do grupo das doenças Lísossômica se caracterizada pelo acúmulo de glicoesfíngol ipídíos no endotélio vascular, o que ocasiona problemas renais, cardíovasculares e neurológicos. Os problemas renais e cardíovasculares são os responsáveis pela maior morbi-mortalídade entre os portadores da doença. Esta ocorre em homens e mulheres, com manifestações heterogêneas entre indivíduos e diferentes gêneros. O tratamento específ ico da doença é através da chamada Terapia de Reposição Enzimática (TRE) havendo duas opções existentes: a agalsidase alfa e a agalsidase beta. Não há, porém, consenso sobre os resultados da TRE sobre desfechos clínicos relevantes. O alto custo associado a esta terapêutica (cerca de 200 mil dólares/ano/por paciente adulto) é o dificulta o acesso dos pacientes à mesma. Uma das formas se racionalizar a incorporação de tecnologias novas na área de saúde, que se caracteriza empreender uma avaliação objetiva de benefícios e custos associados é a chamada Avaliação de Tecnologias de Saúde. Este conjunto de métodos é cada vez mais empregado para auxiliar ou nortear decisões na área de saúde. Existem, no entanto , dificuldades associadas ao seu emprego no campo das doenças raras. Nossa proposta consiste em tendo como modelo a Doença de Fabry, obter um panorama da situação no Brasil a o acesso a tratamentos de alto custo para doenças raras, e, analisar a aplicabilidade dos princípios da avaliação de tecnologias de saúde no campo das doenças raras, tentando por fim colaborar no aprimoramento do processo de acessibilidade a estes tratamentos. OBJETIVOS Objetivo geral : Avaliar o acesso no Brasil a tratamentos de doenças raras e a aplicabilidade da avaliação de tecnolog ias em saúde no contexto específico destas. Objetivos específicos: 1) Caracterizar as políticas existentes no Brasil em relação ao acesso de medicamentos para doenças raras e avaliar as formas empregadas para este acesso. 2) Colaborar no aprimoramento do processo de incorporação destes tratamentos (de al to custo) no segmento das doenças raras, através da aplicação de principias de 'aval iação de tecnologias em saúde', usando como exemplo a Doença de Fabry. 3) Identificar e propor possíveis estratégias que possam colaborar para uma acessibilidade adequada e justa a tratamentos cl inicamente efetivos no campo das doenças raras. MÉTODOS 1) Foi realizada uma revisão da literatura caracterizando as politicas brasileiras na área de medicamentos e aval iando as formas de acesso utilizadas pelos pacientes; 2) Uma segunda revisão, de caráter sistemático, sobre os efeitos da TRE na DF, foca d a nos efe itos sobre a nefropatia e a cardiopatia (sistemas cujo comprometimento em pacientes com DF causa maior morbi-mortalidade) da doença foi feita. Baseado nos dados obtidos elaborou-se um modelo probabilístico (markoviano) para avaliar o efeito da TRE sobre a nefropatia da DF seguido de aval iação do custo-efetividade. A partir de uma análise destes resultados e da li teratura, foram identificados os aspectos que mais influenciariam a acessibilidade ao tratamento, seguida da elaboração de propostas para auxiliar a incorporação e a acessibil idade a estes tratamentos. RESULTADOS 1) A política de assistência farmacêutica brasileira atual é baseada em elencos de medicamentos divididos em atenção básica e do 'componente especiali zado'. Não existe uma política especifica direcionada aos tratamentos (de alto custo) dos portadores de doenças raras. 2) A revisão empreendida mostrou que dentre os dois sistemas aval iados de forma particular (pela morbi-mortalidade associada) havia mais dados quer sobre história natural , quer sobre efeitos da TRE em relação à nefropatia, tendo sido esta escolh ida então como foco da modelagem . O modelo construido foi capaz de identificar um subgrupo de pacientes com DF que quando tratado com TRE tem redução significativa (diferença absoluta de 10%) na probabilidade de ter progressão da nefropatia (evoluir a estágio dialítico). A despeito dos benefícios observados a análise mostrou ser esta opção não custo-efetiva no contexto existente (custo é superior ao limite preconizado pela OMS de s 3 vezes o PIB per capíta do Brasil). 3) A acessibilidade é ainda um obstáculo ao uso destes medicamentos. O custo é o limitante central da acessibilidade aos tratamentos específicos destas patologias. Atuar em aspectos associados a este e às pol íticas vigentes seriam formas de tentar mudar este cenário. CONCLUSÕES 1) Não há em nosso país políticas que sistematizem o processo de incorporação de tratamentos (de alto custo) para doenças raras. O acesso a estes é disperso, no caso da DF não existe disponibil idade da terapia de reposição enzimática via SUS. 2) A revisão sobre o efeito da TRE na nefropatia mostrou resultados muito heterogêneos. Foi possivel, no entanto, elaborar um modelo avaliando TRE na nefropatia da DM, o qual é o primeiro conhecido utilizando este desfecho especifico e elaborado dentro contexto brasileiro. A despeito de identificado um subgrupo de pacientes que poderia beneficiar-se significativamente com o tratamento especifico a estratégia não foi custo-efetiva para este desfecho. Os custos associados foram o limitante central. Novas opções em termos de efetivação da incorporação destas tecnologias devem ser consideradas. / BACKGROUND. According to the WHO definition rare diseases occur between 0.65-1/1,000 individuals. The U.S. 'Orphan Drug Act' in 1983', the first legislation with incentives for the development of therapies for rare diseases had an impact on the development of treatments for these diseases. Fabry Disease (FD) is a rare genetic disease characterized by accumulation of glycosphingolipids in vascular endothelium leading to systemic dysfunction (renal, cardiovascular, and neurologic disease). This disease has specific treatment available, with two options of recombinant enzymes (alfa or betagalsidase) for enzyme replacement therapy (ERT). There are few controlled trials evaluating their effects, indicating some improvements in neuropathic pain, in heart abnormalities and in globotriaosylceramide (GL-3) levels. Nevertheless most of the clinical benefits of ERT are still unclear. Another aspect is the high cost associated with this treatment which makes it not easily accessible. OBJECTIVES: General Objective: Evaluate access to rare disease treatments in Brazil and the applicability of health technology assessment (HTA) in the context of these diseases. Specific objectives: 1) Evaluate the Brazilian governmental policies for rare diseases treatment and how the access to the treatments is actually done. 2) Evaluate the applicability of health technology assessment (HTA) in the context of rare diseases, using the example of Fabry disease. 3) Identify and propose strategies that could contribute to a fair access to clinically effective treatments for of rare diseases. METHODS: An extensive literature review about the Brazilian policies in the area was performed. In the sequence a systematic review about the subject ERT and FD was conducted. After this, a model estimating the likelihood of nephropathy progression with or without ERT was built, followed by a cost-effectiveness analysis. Another literature review focused in the identification of obstacles to accessibility and possible strategies to overcome them was conducted. RESULTS: 1) There is no specific policy in Brazil regarding high cost drugs for the treatment of rare diseases. 2) ERT appears to slow the progression of nephropathy in the Fonly proteinuria subgroup '. However the cost associated is very high making this option not cost-effective. 3) The accessibility to innovative treatments for rare diseases is not adequate and the high cost of these therapies is a major obstacle to change this scenario. CONCLUSION: There are no policies in Brazil to systematize the access to the specific (high cost) treatments for rare diseases. The model evaluating TRE in FD nephropathy was able to identify benefits for a subgroup of patients. It was the first known model using this specific outcome and built focusing the Brazilian context. However the ERT strategy was not cost-effective for this outcome. The costs associated with these therapies are very high and an important limiting factor to the access. the central. New options should be considered to offer adequate access to the (effective) therapies.

En cette fin d'année 2015, la construction de la 2e génération de détecteurs d'ondes gravitationnelles s'achève. Il s'agit des grands interféromètres de Michelson, dont les bras mesurent 3 km de long (Advanced Virgo) et 4 km de long (Advanced LIGO). Les ondes gravitationnelles, prédites par Einstein en 1916 dans sa théorie de la Relativité Générale n'ont pas été détectées de façon directe par la 1ère génération d'interféromètres. Mais aujourd'hui, la sensibilité a été augmentée d'un ordre de grandeur et le 100ème anniversaire de la théorie d'Einstein pourrait bien ouvrir officiellement l'ère de l'astronomie gravitationnelle. Si la sensibilité des nouveaux interféromètres est désormais exceptionnelle, c'est grâce aux avancées techniques et technologiques, et notamment grâce aux nouveaux miroirs des cavités Fabry-Pérot installés dans les bras de l'interféromètre. Cette thèse présente la conception, le développement et la caractérisation de ses miroirs aux qualités exceptionnelles. Elle s'intéresse aux pertes de lumière diffusée dans les cavités, pertes de diffusion générées par l'état de surface des miroirs et par les défauts d'uniformité des dépôts des couches minces à haute réflectivité. En étudiant la planéité des surfaces, nous verrons comment les modifications techniques du procédé de dépôt IBS ont permis d'améliorer la courbure et la planéité des surfaces. Nous verrons comment nous avons caractérisé ces surfaces avec l'interféromètre de Fizeau à décalage de longueur d'ondes. Nous montrerons enfin comment nous avons atteint les spécifications prévues lors de la conception des miroirs, diminuant les pertes de lumière diffusée dans les cavités Fabry-Pérot à un niveau encore inégalé de seulement quelques dizaines de ppm / In the year of 2015 the construction of the 2nd generation of detectors devoted to gravitational waves is going to be completed. These are large laser Michelson interferometers with arm respectively 3 km (Advanced Virgo) and 4 km (Advanced LIGO) in length. The gravitational waves, predicted by Einstein in 1916 within his theory of general relativity, have not been observed by the first generation of detectors. However, interferometers are now on the way of being ten times more sensitive than before, and so, on the 100th anniversary of the establishment of general relativity, the era of gravitational wave astronomy can start. If laser interferometer will be able to reach unprecedented sensitivity, it is thanks to new technological developments. In particular the new state of the art mirrors installed in the interferometer arms have exceptional performances. This thesis details the design, the development and the characterization of these remarkable large mirrors. My work will deal with the cavity optical loss due to the diffused light itself linked to the mirrors surface quality and to the high reflectivity coating uniformity. By studying the surface flatness, we will understand how it could be influenced by the deposition technique implemented in the coating machine. We will see also how to measure the mirror surfaces by wavelength shifting Fizeau interferometer. Finally, we will detail how we proceeded in order to reach the tight specifications for the mirrors, with in the end only tens of ppm for the cavity round trip losses

Cette thèse contribue à la compréhension fondamentale du phénomène de couplage fort de la lumière avec des molécules organiques en mettant en œuvre de nouveaux systèmes et de nouvelles techniques, afin d'étudier les modifications de propriétés de molécules couplées à des résonances photoniques. Nous présentons des techniques de nanofabrication avancées pour la création de grands réseaux de trous sur des métaux et de cavités de Fabry-Pérot (FP) nanofluidiques. Ces systèmes sont ensuite utilisés pour étudier, sous régime de couplage fort, les modifications des propriétés de surface et de volume de molécules organiques en phase solide et liquide. En particulier les transitions électroniques de molécules du colorant cyanine en solution liquide ont été couplées à des modes photoniques résonants de cavités FP nanofluidiques spécialement conçues. Leur couplage fort a conduit à une amélioration du rendement quantique d'émission, mettant en évidence la nature radiative des états polaritoniques. / This thesis contributes to the fundamental understanding of the phenomenon of strong coupling of light with organic molecules by implementing new systems and techniques in order to investigate property modifications of molecules coupled with photonic resonances. State-of-the-art nanofabrication techniques for the formation of large hole-array gratings in metals and nanofluidic Fabry-Perot (FP) cavities are presented. These systems were then invested to study, under strong coupling, surface and bulk properties modifications of organic molecules in the solid and liquid phase. In particular, electronic transitions of cyanine dye molecules in liquid solutions were coupled to resonant photonic modes of specially designed nanofluidic FP cavities. Their strong coupling has led to an enhancement of the emission quantum yield, highlighting the radiative nature of the associated polaritonic states.