Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2017-01-10T12:12:36Z No. of bitstreams: 1 LucianaAraujoNascimento_TESE.pdf: 3313657 bytes, checksum: 8d85adb333c8ffbf5a14771e4ac06475 (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2017-01-11T11:48:21Z (GMT) No. of bitstreams: 1 LucianaAraujoNascimento_TESE.pdf: 3313657 bytes, checksum: 8d85adb333c8ffbf5a14771e4ac06475 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-11T11:48:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 LucianaAraujoNascimento_TESE.pdf: 3313657 bytes, checksum: 8d85adb333c8ffbf5a14771e4ac06475 (MD5) Previous issue date: 2016-02-24 / O objetivo do trabalho ? observar o efeito da purifica??o da quitosana (Qt) sobre a forma??o de filmes automontados utilizando complexos inorg?nicos: Na2[Fe(CN)5NO] (NPS) e cis-[Ru(bpy)2ImN(NO)](PF6)3 (RubpyNO), caracteriz?-los pelas t?cnicas de Uv-V?s, Infravermelho e voltametria c?clica. A Quitosana comercial foi purificada em tr?s diferentes formas: neutra, cloridrato e acetato. A caracteriza??o dessas apresentaram diferen?as significativas com rela??o as suas caracter?sticas como umidade, grau de desacetila??o, viscosidade e massa molar. Foi realizado o monitoramento pela t?cnica de Uv-vis do crescimento dos filmes de QtNeutra/NPS; QtAcetato/NPS; QtCloridrato/NPS; QtNeutra/ RubpyNO; QtAcetato/ RubpyNO e QtCloridrato/ RubpyNO. Dentre eles, a quitosana purificada na forma acetato mostrou melhor intera??o com os complexos, formando filmes com melhores ?ndices de correla??o R e deposi??o homog?nea dos materiais a cada bicamada formada. Essa intera??o foi confirmada pela an?lise do espectro do infravermelho dos filmes que apresentou bandas de ambos os compostos. Os estudos eletroqu?micos mostraram que os filmes formados possuem grande estabilidade, melhor resolu??o quando analisados a uma taxa de varredura de 50 mV.s-1 e que as amostras QtNeutra e QtAcetato com NPS apresentam os potenciais de pico melhores definidos sofrendo processos quase revers?veis de degrada??o. Os testes de rea??o de ?cido asc?rbico com os filmes de QtAcetato/NPS e QtAcetato/ RubpyNO mostraram que o primeiro apresentou uma melhor resposta eletroqu?mica. / Chitosan (Qt) has great technological application due to present atoxic features, biodegradable and renewable. The fact that a cationic polymer makes it capable of forming films by selfassembly technique, allowing its interaction with various compounds. In this context, this study aimed to evaluate the influence of purification of Qt in the neutral, acetate and hydrochloride forms in building self-assembled films by their interaction with nitrosyl complex (SNP and RubpyNO). Analysis of the degree of deacetylation, viscometry, infrared and thermal analysis showed that the purified Qt have different characteristics. The formation of the films was monitored by spectroscopy in the Uv-Vis region and characterized through spectroscopic techniques infrared (FTIR), thermal analysis (TG/DTG), cyclic voltammetry (CV), scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive X-ray (EDS). The results showed that Qt neutral and acetate forming films linear and homogeneous growth, with the interaction of both materials confirmed by FTIR technique. The results show that cyclic voltammetry of the neutral and acetate Qt films and the complex behave as semi-reversible processes, except the film QtAcetato/RubpyNO, which presents itself as an irreversible process. It was observed that chitosan affects the purification method presented in the redox process for the films due to the shape of weaker or stronger interaction of the particles according to the load presented by polycations and polyanions in solution during the formation of automounted film. The images obtained by SEM and EDS confirmed the presence of layers arranged with uniform coverage and homogeneous distribution of the elements in the film surface. The TG/DTG analysis confirmed thermal stability of the films before and after being subjected to VC. Reaction rolls of film with ascorbic acid (AA) and cysteine showed that the film QtNeutra/RubpyNO showed the best response to both substances. A straight line equation has been suggested for the determination of AA by QtNeutra/RubpyNO film and for the determination of cysteine, additional studies are required.

Este trabalho descreve a fabricação de filmes nanoestruturados de quitosana (Q) e metaloftalocianinastetrassulfonadas de níquel (NiTsPc), cobre (CuTsPc) e ferro (FeTsPc) pela técnica de automontagem. A formação dos filmes foi monitorada por espectroscopia na região do UV−vis, focalizando a absorbância da banda Q das metaloftalocianinas. A absorção aumentou linearmente com o número de bicamadas, indicando que a quantidade de metaloftalocianina adsorvida no filme é a mesma a cada bicamada depositada. A espessura média por bicamada variou entre 1,1 e 1,3 nm. Interações específicas nos filmes automontados foram analisadas por espectroscopia FTIR, nos modos de transmissão e reflexão, e Micro−Espectroscopia Raman, evidenciando a formação de interações iônicas entre grupos sulfônicos (SO3− da metaloftalocianina e grupos amina (NH3+) protonados da quitosana. Medidas de voltametria cíclica mostraram que os filmes de QNiTsPc sobre ITO são eletroativos, possuindo um par redox estável, reversível e bem definido em 0,80 V e 0,75 V, respectivamente. A corrente de pico anódica aumentou linearmente com a velocidade de varredura, indicando que a reação eletroquímica é controlada por um mecanismo de transferência de carga na superfície do eletrodo via saltos de elétrons (electronhopping). Entretanto, os filmes automontados de QCuTsPc e QFeTsPc apresentaram comportamentos instáveis e irreversíveis devido à possível formação de espécies agregadas adsorvidas no ITO. A partir dos resultados de voltametria cíclica e UV−vis determinaram−se os parâmetros de energia de gap (Eg), eletroafinidade (EA) e potencial de ionização (IP), mostrando que a energia de transição necessária do nível HOMO para o LUMO foi de 1,7 eV. Os eletrodos com filmes automontados foram utilizados como sensores de dopamina (DA) e ácido ascórbico (AA). Para ambos analitos, as concentrações utilizadas variaram de 5 x 10−6 a 1,5 x 10−4 mol L−1. O filme de QNiTsPc apresentou atividade eletrocalítica, alterando o potencial de oxidação da DA de 1,44 V, em ITO puro, para 0,76 V. Para os filmes de QCuTsPc e QFeTsPc, esse fenômeno não foi observado. O limite de detecção (LD) de DA e a AA foi obtido usando a equação de calibração de cada eletrodo, sendo da ordem de 10−5 mol L−1. O eletrodo com filme de QNiTsPc apresentou maior sensibilidade para ambos analitos. A seletividade dos eletrodos foi testada em soluções contendo AA e DA em diferentes proporções. A distinção entre os picos de oxidação do AA e DA não ocorreu para o filme automontado de QNiTsPc, devido ao efeito eletrocatalítico na oxidação da DA Por outro lado, os filmes de QCuTsPc e QFeTsPc apresentaram comportamento seletivo, distinguindo os picos de oxidação destes analitos. A seletividade apresentada pelo filme de QCuTsPc iniciou−se para concentrações de DA três vezes menor que AA e para o filme de QFeTsPc foi dez vezes menor que a de AA / ThisworkdescribesthefabricationofnanostructuredfilmswiththeLayer−by−layer (LbL) techniqueusingchitosan (Q) andmetallophthalocyaninesofnickel (NiTsPc), copper (CuTsPc) andiron (FeTsPc). The filmgrowthwasmonitoredwith UV−vis spectroscopy, focusingonthe Q−band ofthemetallophthalocyanines. The absorption increased linearly with the number of bilayers, thus pointing to the same amount of phthalocyanine being adsorbed in each bilayer. The average thickness per bilayer varied between 1.1 and 1.3 nm. Specific interactions in the LbL films were analysed with FTIR in transmission and reflection modes and Raman micro−Spectroscopy, which confirmed ionic interactions between the phthalocyanine sulfonic groups (SO3&#8722) and the chitosan amine groups (NH3+). Cyclic voltammograms showed that QNiTsPcLbL films on ITO are electroactive, with a well−defined, stable and reversible redox pair at 0.80 V and 0.75 V. The anodic peak current increased linearly with the scan rate, characteristic of electrochemical reactions controlled by electron hopping on the electrode surface. In contrast, CuTsPc and FeTsPcLbL films showed unstable and irreversible behaviour, probably due to adsorbed aggregated species on ITO. From the UV−VIS. Data and cyclic voltammograms, the energy gap (Eg), electroaffinity (EA) and ionization potencial (IP) were determined, leading to a HOMO−LUMO energy difference of 1.7 eV. Electrodes with LbL films were used for detecting dopamine (DA) and ascorbic acid (AA), in the concentration range from 5 x 10−6 to 1.5 X 10−4mol L−1. QNiTsPcLbL films showed electrocatalytic activity, by shifting the oxidation potential of DA from 1.44 V (for bare ITO) to 0.76 V. This did not occur with QCuTsPc and QFeTsPcLbL films. The limit of detection (LD) of DA and AA was obtained using the calibration equation for each electrode, being of the order to 10−5mol L−1. Electrodes made with QNiTsPcLbL films were the most sensitive. The selectivity of the electrodes was tested by using solutions containing DA and AA in different proportions. There was no distinction between AA and DA oxidation peaks for QNiTsPcLbL films, because of their electrocatalytic effect. On the other hand, using QCuTsPc and QFeTsPcLbL films one could distinguish between the two analytes. Distinction was made possible with QCuTsPcLbL films and DA concentrations three times less than the concentration of AA, while for QFeTsPcLbL films it was possible to distinguish DA concentrations ten times less than that of AA

Orientador: Teresa Dib Zambon Atvars / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-08T05:02:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Barros_DavisonStoraide_M.pdf: 2037047 bytes, checksum: bfc81c7ccb14370261c20ba48859e0ec (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Neste trabalho são estudadas as propriedades fotoquímicas e morfológicas de filmes automontados compostos de um polieletrólito fraco e azocorantes em função das condições impostas nas soluções de origem, como o pH, a força iônica e tamponamento. Na automontagem, os filmes são fabricados pela deposição de camadas alternadas de dois materiais, de cargas elétricas opostas, a partir de suas soluções aquosas em um substrato de vidro. Os materiais usados foram o polieletrólito catiônico hidrocloreto de poli(alilamina) (PAH) e três azocorantes aniônicos: Vermelho do Congo (CR), Ponceau SS (PSS) e Alaranjado de Metila (MO). Foram fabricados filmes de PAH/CR, PAH/PSS e PAH/MO. Para avaliar somente o efeito do pH, foram usados três valores de pH (3, 7 e 10). Para verificar o efeito da força iônica, foram usadas soluções aquosas de cloreto de potássio em diferentes concentrações e, para verificar a influência de tampão, foram usados três sistemas tampão, um para cada valor de pH. Foram usadas as técnicas de espectroscopia UV-vis e turbidimetria para investigar as propriedades espectroscópicas das soluções, dos filmes e a solubilidade do PAH. Foi utilizada a técnica de microscopia de força atômica para verificar a morfologia do filme. Observa-se que a deposição dos corantes e do PAH no filme depende de suas densidades de carga, bem como da presença de outras espécies iônicas em solução. Tanto um aumento do pH como a presença de contra-íons, leva a uma redução da carga do PAH e causa um aumento de sua adsorção no filme, acompanhado de um aumento de rugosidade superficial. Porém, a primeira condição pode ou não diminuir as cargas dos corantes e a segunda enfraquece a atração eletrostática, reduzindo as suas deposições. As interações do par corante-PAH induzem a agregação dos corantes em solução e nos filmes. As diferenças estruturais dos corantes são igualmente importantes, pois o CR e o PSS são os que mais se depositam e apresentam diferentes comportamentos de deposição em função do pH. Verifica-se também que o PAH interage distintamente com diferentes contra-íons, o que pode ser explicado considerando-se a especificidade iônica e não o simples conceito de força iônica / Abstract: In this work, the photochemical and morphological properties of layer-by-layer self¿assembly films made of a weak polyelectrolyte and azodyes are studied in dependence of the solution¿s pH, ionic strength and buffering. In self-assembly technique, films are made from deposition of alternate layers of two compounds, which have opposite electrical charges, from their solutions onto a glass substrate. We employed the polyelectrolyte poly(allylamine) hydrochloride (PAH) which is positively ionized when in aqueous solution and the three different anionic azodyes: Congo Red (CR), Ponceau SS (PSS) and Methyl Orange (MO). Films of PAH/CR, PAH/PSS and PAH/MO were prepared. To investigate only the pH effect, three pH values were used (3, 7 and 10). To investigate the ionic strength, potassium chloride aqueous solution at different concentrations were used and to verify the buffer effect, three buffer systems were used, one for each pH. The UV-Vis Spectroscopy and Turbidimetry were employed to study the spectroscopic properties of the solutions, films and PAH solubility. The Atomic Force Microscopy was used to verify the film morphology. One observes that the dyes and PAH deposition depend on their charge densities as well the presence of other ionic species. An increase in solution¿s pH and/or the presence of counter-ions reduces PAH¿s charge increasing its adsorption on film, accompanied by a higher surface roughness. Differently, the first condition can or cannot reduce the dye¿s charge and the second weakens the electrostatic interaction, reducing dye adsorption. The pair dye-PAH interactions induces the dye aggregation both in solution and film. The structural differences between dyes are equally important, as CR and PSS are the ones that adsorb most and show different deposition behavior in function of solution¿s pH. Also, one verifies that PAH interacts distinctly with different counter-ions, a fact that can be explained considering ionic specificity and not by the simple concept of ionic strength / Mestrado / Físico-Química / Mestre em Química

O presente trabalho está direcionado à pesquisa básica de novos materiais com propriedades adequadas para armazenamento de íons lítio e aplicação em dispositivos eletrocrômicos. Realizou-se uma investigação eletroquímica de nanocompósitos automontados à base de hexaniobato (H2K2Nb6O17)/polialilamina (PAH), além da sua morfologia e os efeitos gerados pelo transporte iônico e eletrônico nas propriedades eletrocrômicas, visando um melhor entendimento dos processos envolvidos em eletrodos com alta eficiência eletrocrômica. Filmes finos foram crescidos a partir do método de automontagem layer-by-layer (LbL), o que permite o controle da espessura e nanoarquitetura, de forma a aumentar a velocidade de difusão de íons lítio na matriz H2K2RNb6O17/PAH, que corresponde a velocidade limitante da reação. Propõe-se um novo método para a determinação do coeficiente de difusão óptico de íons lítio nestes filmes, baseado na Técnica de Titulação Galvanostática Intermitente (GITT). Eletrodos modificados como H2K2Nb6O17, obtidos a partir dos métodos dip-coating e casting também foram examinados para uma melhor compreensão a respeito da intercalação dos íons lítio na matriz hospedeira. / This work is devoted to the basic research of new materials with properties suitable for storage of lithium ions and application in electrochromic devices. An electrochemical investigation of self-assembled nanocomposites based on hexaniobate (H2K2Nb6O17) / poly(allylamine hydrochloride) (PAH) was performed, as well as their morphology and the effects generated by the electronic and ionic transports on the electrochromic properties, aiming at a better understanding of the processes involved in electrodes with high electrochromic efficiency. Thin films were grown by means of the layer-by-layer (LBL) self-assembly method, which enables the control of thickness and nanoarchitecture in order to increase the diffusion speed of lithium ions in the matrix H2KR2Nb6O17/PAH that corresponds to the limiting-rate step of the reaction. A new method, based on the Galvanostatic Intermittent Titration Technique (GITT), was proposed for determining the optical diffusion coefficient of lithium ions in the films. H2KR2Nb6O17 modified electrodes obtained from the dip-coating and casting methods were also examined for a better understanding on the intercalation of lithium ions in the host matrix.

Filmes finos de dióxido de titânio (TiO2), ácido poli(vinil sulfônico) (PVS) e oxo-hidroxo de tungstênio (WOxHy) foram preparados a partir do método de automontagem Layer-by-Layer (LbL), permitindo um alto controle de espessura e nanoarquitetura. As propriedades de armazenamento e transporte de íons lítio foram investigadas visando à utilização destes materiais em baterias secundárias e dispositivos eletrocrômicos. Foram utilizadas as técnicas de microscopia de força atômica (AFM), voltametria cíclica, cronoamperometria, titulação galvanostática intermitente (GITT), espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE) e espectroscopia eletrônica. Os filmes apresentaram boa ciclabilidade e reversibilidade química nos processos de intercalação/desintercalação de íons lítio. Os filmes TiO2, TiO2/PVS e TiO2/WOxHy apresentaram carga reversível de 254 mC.cm-3, 260 mC.cm-3 e 296 mC.cm-3, respectivamente, e eficiência eletrocrômica de 30,9 cm2.C-1, 26,1 cm2.C-1 e 24,9 cm2.C-1, respectivamente, sob a incidência de radiação eletromagnética monocromática em 660 nm. Finalmente, valores do coeficiente de difusão de íons lítio foram determinados e relacionados com as capacidades específicas e com a velocidade da frente de onda colorida, a partir do modelo proposto neste trabalho. / Thin films of titanium dioxide (TiO2), poly(vinyl sulfonic acid) (PVS) and tungsten oxo-hydroxy (WOxHy) were prepared using the Layer-by-Layer (LbL) method, allowing for strict control of its thickness and nanoarchitecture. The properties of these films concerning lithium ion transport and storage were investigated, so that these materials can be applied in secondary batteries and electrochromic devices in the future. The films were characterized by atomic force microscopy (AFM), cyclic voltammetry (CV), chronoamperometry, galvanostatic intermittent titration technique (GITT), electrochemical impedance spectroscopy (EIS), and electronic spectroscopy. The films presented good chemical cyclability and reversibility regarding the Li+ insertion and deinsertion process. TiO2, TiO2/PVS, and TiO2/WOxHy films presented reversible charge about 254 mC.cm-3, 260 mC.cm-3, and 296 mC.cm-3, respectively, and coloration efficiency under 660 nm radiation of 30.9 cm2.C-1, 26.1 cm2.C-1, and 24.9 cm2.C-1, respectively. Finally, lithium ion diffusion coefficients can be determined and related with specific capacities and diffusion of coloring waves using the model proposed in this work.

A liberação controlada de fármacos é um tópico importante para várias iniciativas em nanotecnologia devido ao possível impacto para a sociedade, com a criação de sistemas otimizados que garantam a liberação num sítio específico e a uma taxa controlada. Dentre os vários paradigmas de liberação controlada destaca-se o uso de lipossomos, uma vez que muitos fármacos e drogas podem ser transportados. Este trabalho descreve a fabricação de filmes automontados de lipossomos que incorporam o fármaco ibuprofeno. Os lipossomos foram preparados de dipalmitoil fosfatidil colina (DPPC), dipalmitoil fosfatidil glicerol (DPPG) e palmitoil-oleoil fosfatidil glicerol (POPG), cujas camadas foram alternadas por interações eletrostáticas com camadas do dendrímero PAMAM geração 4. Medidas de espalhamento dinâmico de luz indicaram que a incorporação do ibuprofeno tornou os lipossomos de DPPC e DPPG mais estáveis, com uma diminuição no diâmetro médio de 140 para 74 nm e 132 para 63nm, respectivamente. Ao contrário, os lipossomos de POPG ficaram menos estáveis, com aumento do diâmetro de 110 para 160 nm. A influência na estabilidade foi confirmada em medidas de microscopia de força atômica nos filmes automontados, que mostraram grande tendência à ruptura nos lipossomos de POPG com a incorporação de ibuprofeno. O crescimento dos filmes automontados foi investigado com espectroscopia de fluorescência e uma balança de cristal de quartzo. A intensidade da fluorescência devida ao ibuprofeno aumentou exponencialmente com o número de camadas depositadas, mas não por causa de uma crescente adsorção de ibuprofeno. Ao contrário, a quantidade de material adsorvido nas primeiras camadas aumentou inicialmente, mas depois diminuiu drasticamente após a 6ª. bicamada, e o filme praticamente pára de crescer a partir da 10ª. bicamada. Portanto, a grande fluorescência para filmes espessos deve ser associada a um ambiente favorável, que aumenta a emissão quântica do ibuprofeno. A liberação do ibuprofeno, estudada com medidas de fluorescência, é mais lenta quando incorporado em lipossomos. Em experimentos com uma membrana de diálise, notamos que o tempo de decaimento do ibuprofeno puro é 5,2 h, enquanto este tempo aumentou para 9,2 e 8 h para ibuprofeno encapsulado em lipossomos de DPPG e POPG, respectivamente. O ibuprofeno também foi liberado de filmes automontados contendo lipossomos de DPPG e POPG, o que é promissor para o uso em bandagens (patches). / Controlled drug delivery is a key issue in a number of nanotechnology endeavors owing to the large impact on society that may achieved if improved systems are created which allows for delivery at a specific target and with a controlled rate. Among the various paradigms employed in drug delivery, the use of liposomes is prominent because a variety of drug molecules can be carried. This work describes the fabrication of layer-by-layer (LbL) films made with liposomes incorporating ibuprofen. The liposomes were made with dipalmitoyl phosphatidyl choline (DPPC), dipalmitoyl phosphatidyl glycerol (DPPG) and palmitoyl-oleoyl-phosphatidyl glycerol (POPG), whose layers were alternated with layers of the dendrimer PAMAM generation 4 via electrostatic interactions. According to dynamic light scattering measurements, the incorporation of ibuprofen caused DPPC and DPPG liposomes to become more stable, with a decrease in diameter from 140 to 74 nm and from 132 to 63 nm, respectively. In contrast, liposomes from POPG became less stable, with an increase in size from 110 to 160 nm. These results were confirmed with atomic force microscopy images of LbL films, which showed a large tendency to rupture for POPG liposomes. The film growth was monitored with fluorescence spectroscopy and a quartz crystal microbalance (QCM). The fluorescence intensity arising from ibuprofen increased exponentially with the number of layers, but this was not caused by an increased adsorption of ibuprofen. Instead, the QCM measurements showed that the amount of material adsorbed increases initially with the number of PAMAM/liposome(ibuprofen) layers, but after the 6th bilayer it decreases sharply and film growth practically stops after the 10th layer. Therefore, the inevitable conclusion is that the increased fluorescence is due to a favorable environment for the ibuprofen, whose quantum emission efficiency increases with the number of layers deposited. Also using fluorescence measurements, we noted that release of ibuprofen was delayed when incorporated in liposomes. For instance, in a membrane dialysis experiment, the characteristic decay time was 3.5 h for ibuprofen in solution, whereas this time increased to 9.2 and 8 h for ibuprofen encapsulated into DPPG and POPG liposomes, respectively. Ibuprofen could also be released from the LbL films made with DPPG and POPG liposomes, which is promising for further use in patches.

Neste trabalho foram estudadas as propriedades de adsorção de poli(omethoxianilina) (POMA) em filmes automontados, nos quais camadas de POMA foram alternadas com camadas de ácido polivinil sulfônico (PVS). Devido à baixa solubilidade da POMA, o método de preparação das soluções aquosas de POMA interfere nas características da adsorção. Para POMA com controle de massa molar, que contém fração de alta massa, a cinética de adsorção de uma camada de POMA em filmes de POMAlPVS obedece a um processo de dois estágios. O primeiro é um processo de primeira ordem enquanto o segundo é descrito pela função de Johnson-Mehl-Avrami com n=1, característico de crescimento de bastões. Este tipo de crescimento foi confirmado através de análises do tamanho dos agregados em medidas de microscopia de força atômica (AFM). As propriedades morfológicas desses filmes POMAlPVS foram analisadas usando leis de escala, onde a dimensão fractal foi 2.2, indicando adsorção self-affine. Para POMA polidispersa sem controle da massa molar, a quantidade de material adsorvido aumenta não monotonicamente com o tempo devido à competição entre os mecanismos de adsorção e dessorção. Tal competição foi também manifestada nas propriedades morfológicas, com o tamanho do grão nos filmes de POMAlPVS aumentando não monotonicamente com o tempo. A importância das ligações de hidrogênio no mecanismo de adsorção para POMA foi demonstrada em alguns experimentos. Por exemplo, foi mostrado que a adsorção é eficiente para soluções de POMA com pH 5 em que a POMA não está dopada e, portanto a atração iônica não pode ser responsável pela adsorção. Além disso, observou-se adsorção não autolimitada da POMA, a qual depende das interrupções no processo de adsorção. Foi notada, através de medidas de calorimetria de varredura diferencial (DSC), a presença de água no pó de POMA e em filmes automontados POMAlPVS sobre esferas de sílica. A energia de adsorção variou de 6 a 15 kcallmol, que pode ser atribuída a ligações de hidrogênio. Devido a ligações de H a quantidade de material adsorvido aumenta com o número de bicamadas, e isto é refletido na isoterma de adsorção da POMA. As isotermas foram analisadas com o modelo de Filippova que descreve a cinética de adsorção de polieletrólitos em uma superfícies plana, e permite obter energias de ativação para as interações entre polieletrólitos/polieletrólitos, polieletrólitoslinterface e polieletrólitos/solvente. A energia de interação entre as moléculas adsorvidas no substrato (vidro ou filme automontado com bicamadas de POMAlPVS) aumenta com o número de bicamadas de 0.9 kcallmol para substrato de vidro a 5.39 kcal/mol para uma camada de POMA adsorvida em um filme com 10 bicamadas de POMAlPVS / This thesis addresses the adsorption properties of poly(o-methoxyaniline) (POMA) in layer-by-Iayer (LBL) films, for which POMA layers were alternated with layers of the polyanionic poly(vinylsulfonicacid) (PVS). Due to the reduced solubility of POMA, the method of preparation of POMA aqueous solution sinterfered in the adsorption characteristics. For POMA with controlled mass, which contained high molecular weight fractions, the kinetics of adsorption of a POMA layer on already deposited POMA/PVS films obeyed a two-step process. The first process is a firs torder kinetics process while the second one is described by the Johnson-Mehl-Avrami function with n = 1, characteristic of preferential growth of cylinders. This growth was confirmed in the analysis of aggregate size in atomic force microscopy (AFM) measurements. The morphological properties of these POMA/PVS films were analyzed using scaling laws, where the fractal dimension was approximately 2.2, denoting self-affine adsorption. For polydisperse POMA with no control of \"molecular weight\", the amount of material adsorbed increased non-monotonically with time due to a competition between adsorption and desorption mechanisms. Such competition was also manifested in themorphological properties, with the grain size in POMA/PVS films increasing non-monotonically with time. The importance of H-bonding in the adsorption mechanisms for POMA was demonstrated in several instances. For example, it is shown that POMA adsorption is efficient for solutions with pH 5 where POMA is not doped and therefore ionic attraction cannot be held responsible for adsorption. Moreover, non-self-limited adsorption of POMA was demonstrated, which depended on the interruptions in the adsorption process. H-bonding probably occurs in entrained water, which was shown to be present in POMA powder and in POMA/PVS films deposited on silica particles, using differential scanning calorimetry (DSC). Activation energies of 6-15 kcal/mol were estimated, which can be attributed to H-bonding. Because of H-bonding interactions the amount of material adsorbed increases with the number of bilayers, and this is reflected in the adsorption isotherms for POMA. The latter were analyzed with Fillippova\'s model in which the adsorption kinetics of polyelectrolytes on a planar surface is described. It allows estimation of activation energies characterizing interactions between polyelectrolyte/polyelectrolyte, polyelectrolyte/interface and polyelectrolyte/solvent. The energy of interaction between the molecules to be adsorbed and the substrate (bare or coated with POMA/PVS layers) increases with the number of bilayers, from 0.9 kcal/mol for the bare substrate to 5.39 kcal/mol for a POMA layer adsorbed on a 10-bilayer POMA/PVS film

Neste trabalho, aplicamos técnicas de óptica não-linear de segunda ordem, em particular a Espectroscopia por Geração de Soma de Freqüências (SFG) e a Geração de Segundo Harmônico (SHG), para investigar a adsorção e o ordenamento molecular de filmes automontados de polieletrólitos variando-se os parâmetros que influenciam a adsorção (pH, força iônica, densidade de carga), além de investigar a estabilidade térmica e possíveis transições de fases nesses filmes multicamadas como função do pH das soluções e o do número de camadas. A espectroscopia SFG de filmes dos polieletrólitos poly(allylamine hydrochloride) (PAH) e poly(styrene sulfonate) (PSS) permitiu acompanhar a adsorção das camadas pelo monitoramento do campo elétrico na interface (substrato+filme adsorvido)/solução. As medidas de fase do sinal SFG confirmaram a supercompensação de cargas em todos os valores de pH estudados, exceto a pH 12, onde a adsorção foi possível devido a interações eletrostáticas locais. Os filmes secos mostraram grande ordenamento e homogeneidade quando a secagem era espontânea (sem a ação de jato de N2), independentemente do pH. Nestes filmes, observou-se pela primeira vez que as camadas adsorvidas podem alterar o ordenamento e a conformação das cadeias previamente adsorvidas. A espectroscopia SFG também apontou para a redução da densidade de carga e do ordenamento molecular quando a força iônica era aumentada, devido ao efeito de blindagem eletrostática. Os filmes tornaram-se mais inomogêneos e desordenados em virtude da compensação extrínseca. O efeito da força iônica foi o de reduzir a densidade de carga e assim o ordenamento molecular, mesmo se a secagem fosse espontânea. A técnica de SHG foi aplicada a filmes automontados de PAH e PS-119 para confirmar sua estabilidade térmica em função do pH e do número de camadas, além de verificar o ordenamento molecular antes e após o tratamento térmico. Os resultados mostraram que os filmes não são termicamente estáveis: o sinal é completamente destruído à temperatura de 150oC aproximadamente, ao contrário do que relata a literatura. As medidas SHG também confirmaram a isotropia dos filmes no plano das amostras, independente do pH ou do número de camadas. Comparando-se o sinal SHG antes e depois do aquecimento, comprovou-se que após o resfriamento lento, o sinal era restituído a quase o mesmo valor que antes, mostrando que o processo de desordem térmica é reversível. Entretanto, nenhuma transição de fase foi observada, pois a redução do sinal SHG foi lenta e gradual, sem nenhuma variação brusca que caracterizasse uma transição vítrea. Enfim, nossas medidas do sinal SHG em função do número de camadas também discordaram dos resultados da literatura, pois a susceptibilidade de segunda ordem não cresceu linearmente com o número de bicamadas. Isso indica que as moléculas não adsorvem com mesmo ordenamento em cada bicamada. Desse modo, podemos concluir que as técnicas SFG e SHG fornecem informação a nível microscópico que podem levar ao aprimoramento das aplicações dos filmes automontados, e que seriam difíceis de obter com técnicas tradicionais. / In this study, we have applied second-order nonlinear optical techniques, in particular Sum-Frequency Generation (SFG) and Second-Harmonic Generation (SHG), to investigate the adsorption and the molecular ordering of self-assembled polyelectrolyte films varying the parameters which are relevant to polyelectrolyte adsorption (pH, ionic strength, charge density), besides investigating the thermal stability and possible phase transistions in these multilayer films as function of pH of the solutions and of the number of layers. SFG spectroscopy of films fabricated with the polyelectrolytes PAH and PSS allowed us to monitor the adsorption of each layer by the electric field at the (substrate+adsorbed film)/solution interface. Phase-measurements of the SFG signal confirmed that charge supercompensation occurred at all pH values investigated, except at pH 12, where the adsorption was possible by local electrostatic interactions. Dry films have shown great order and homogeneity if the drying was spontaneous (without blow-drying with N2), independently of pH. In these films, it was observed for the first time that layer adsorption can modify the order and the conformation of previously adsorbed chains. SFG spectroscopy also pointed to the reduction of the charge density and of the molecular order if the ionic strength was increased, due to the electrostatic screening effect. The films were more inhomogeneous and disordered due to extrinsic charge compensation. The effect of the ionic strength was to reduce the charge density and the molecular order, even if the drying were slow (spontaneous). The SHG technique was applied to LBL films of PAH and PS-119 to confirm their thermal stability as a function of pH of the solutions and the number of layers, besides comparing the molecular order before and after the thermal treatment. The results have shown that the films are not thermally stable, with the SHG signal nearly vanished if the temperature of 150 oC is reached, in contrast of what is reported in the literature. SHG measurements have also confirmed that the films are isotropic in the plan of the samples, independent of pH or the number of layers. Comparing the SHG signal before and after heating, it was found that the SHG signal was considerably reduced at high temperatures, but after slow cooling it was recovered to almost the same value as before heating, showing that the thermal disorder is reversible. However, no phase transistion was observed, since the SHG signal reduction was slow and gradual, without any sudden change that would characterize a glass transition. At last, our SHG measurements as a function of the number of layers also disagreed with results in the literature, therefore the second order susceptibility did not grow linearly with the number of bilayers. This indicates that the molecules do not adsorb with same order in each bilayer. Therefore, we can conclude that SFG and SHG techniques provide information on the film arrangement at the microscopic level which could be difficult to get with traditional techniques and could also lead to the improvement of applications of LBL films.

O transistor de efeito de campo de porta estendida e separada (SEGFET) é um dispositivo alternativo ao tradicional transistor de efeito de campo seletivo a íons (ISFET). A grande vantagem desse dispositivo se refere ao seu fácil processamento, ou seja, se restringe somente a manipulação do eletrodo de porta, evitando processos convencionais de microeletrônica. Neste sentido, sensores iônicos e biossensores podem ser facilmente implementados combinando materiais de reconhecimento químico e/ou biológico. Por sua vez, a técnica de fabricação de filmes finos camada por camada (layer-by-layer, LbL) se mostra versátil para manipulação de diversos tipos de materiais em nível molecular. Materiais orgânicos e inorgânicos podem ser automontados em substratos sólidos por meio da simples adsorção eletrostática formando compósitos com propriedades únicas com o objetivo de serem aplicados em sensores ou biossensores. Neste trabalho, o conceito de dispositivo SEGFET foi combinado com a técnica LbL por meio da manipulação de materiais orgânicos (polieletrólitos, dendrímeros e polianilina) e inorgânicos (TiO2 e V2O5) nanoparticulados a fim de se obter novos sensores de pH e biossensores para a detecção de glicose e uréia, dois importantes analitos de interesse clínico. Numa primeira etapa, diferentes filmes LbL foram produzidos, caracterizados e testados como camada sensível (porta estendida) em dispositivos SEGFETs. Todos os sistemas estudados se mostraram promissores como sensores de pH, ou seja, com uma sensibilidade próxima do valor teórico sugerido pela equação de Nernst (59,15 mV.pH-1). Esses resultados podem ser atribuídos à natureza anfotérica do material da última camada no filme LbL. Numa segunda etapa, as enzima glicose oxidase (GOx) e urease foram convenientemente imobilizadas nos filmes LbL. Pelo fato dessas enzimas gerarem ou consumirem prótons durante a catálise da reação, os filmes LbL modificados enzimaticamente foram utilizados em biossensores de glicose e uréia, apresentando eficiente detecção. Assim, a união de dispositivos SEGFET com a técnica de automontagem se mostrou promissora para construção de sensores e biossensores eficientes e de baixo custo. / Separative extended gate field-effect transistor (SEGFET) device is an alternative to the conventional ion-sensitive field-effect transistor (ISFET). The great advantage of SEGFET refers to its easy processing, i.e., it is limited under only manipulation of the gate electrode, avoiding the conventional microelectronic processes. In this way, ion sensors and biosensors can be easily implemented combining chemical and/or biological recognition materials. In turn, the layer-by-layer (LbL) technique shows be versatile for handling various types of materials at molecular level. In this thesis, the concept of SEGFET device was combined with the LbL technique through the manipulation of organic (polyelectrolytes, dendrimers and poly (aniline)) and inorganic materials (TiO2 and V2O5 nanoparticles) in order to get new pH sensors and biosensors for the detection of glucose and urea, two important analytes of clinical interest. In a first step, different LbL films were produced, characterized and tested as the sensitive layer (extended gate) in SEGFETs devices. All studied systems were promissing as pH sensors, i.e., with a sensitivity close to the theoretical value suggested by Nernst equation (59.15 mV.pH-1). These results can be attributed to the amphoteric nature of the material in the last layer of the LbL films. In a second step, glucose oxidase (GOx) and urease enzymes were conveniently immobilized onto LbL films. Because these enzymes generate or consume protons during catalysis of the reaction, the enzymatically modified LbL films were used in biosensors for glucose and urea, with efficient detection. Thus, the union of SEGFET devices with the LbL technique is promising to building up efficient and low-cost sensors and biosensors.

Esta tese descreve a preparação, caracterização e desenvolvimento de biossensores baseados na imobilização de enzimas em filmes nanoestruturados. Os filmes foram obtidos pela técnica de automontagem do inglês Layer-by-Layer (LbL) ou pela técnica de Langmuir-Blodgett (LB). A tese se divide em três partes: a primeira parte teve como objetivo o estudo e a aplicação de filmes finos nanoestruturados, contendo enzima tirosinase (Tyr), em biossensores para detecção de moléculas antioxidantes (polifenóis), visando sua aplicação na indústria de alimentos, em especial a de vinhos tintos. Foi utilizada a técnica LB para a imobilização da enzima Tyr sobre substratos sólidos (ITO ou Pt) sem que a enzima perdesse sua atividade. A enzima foi incorporada a filmes LB mistos de ácido araquídico (AA) e bisftalocianina de lutécio (LuPc2) pela injeção na subfase aquosa. A LuPc2 foi usada como mediadora de transferência de cargas. Foi possível a detecção do composto fenólico representativo pirrogalol. Estudos de voltametría cíclica demonstraram que o biossensor possui uma boa reprodutibilidade com desvio padrão de ca. 2% (n = 4), limite dinâmico de até 400 \'mü\'M (potencial aplicado de 0,4 V; R2: 0,993), sensibilidade de 1,54 \'mü\'A.\'mü\'M POT.-1/\'CM POT.2\' e limite de detecção (critério 3\'sigma\'0/m) de 4,87 x \'10 POT.-2\' \'mü\'M (n = 10). A segunda parte do trabalho descreve o desenvolvimento de sensores eletroquímicos baseados em filmes automontados LbL de hidrocloreto de polialilamina (PAH) e LuPc2. A motivação para o estudo foi a troca do material biológico (Tyr) pela LuPc2, a qual possui poder catalítico e relativa seletividade, capaz de mimetizar algumas proteínas. A LuPc2 foi utilizada como enzima artificial na quantificação de catecol e pirogalol como representantes de compostos fenólicos. Em medidas de voltametria, o sensor automontado de PAH/LuPc2 apresentou boa linearidade (R2 = 0,992) na faixa de até 500 \'mü\'M, com uma sensibilidade de 90 nA/\'mü\'M e limite de detecção de 8 \'mü\'M. Nas medidas cronoamperométricas, os sensores apresentaram uma ampla faixa linear (R2 = 0,994; tempo de resposta de 60 s) de até 900 \'mü\'M e limite de detecção (LD) de 37,5 x \'10 POT.-8\' M (sensibilidade de 20 nA/\'mü\'M) para o catecol. Por fim, estudou-se a fabricação de filmes LbL baseados em dendrímero poli(propileno imina) (PPID) e metaloftalocianina tetrasulfonada de níquel (NiTsPc) em sensores baseados em transistores de efeito de campo (FET). Neste caso, os filmes foram utilizados como membranas sensíveis na aplicação de sensores de pH e \'H IND.2\'O IND.2\'. Também se demonstra a importância de se utilizar estruturas dendríticas nesse tipo de filme, comparando estes filmes com aqueles contendo um polieletrólito fraco linear (PAH). Foi dada ênfase à fabricação dos filmes pela técnica LbL e sua aplicação em sensores do tipo FET de porta estendida e separada (SEGFET). Filmes LbL baseados em enzimas artificiais se mostram bastante promissores em aplicações reais por serem relativamente baratos e simples, possibilitando o uso de variados tipos de materiais. A utilização desses filmes em dispositivos baseados em estruturas SEGFET possibilita a miniaturização dos sensores bem como sua produção unindo técnicas convencionais de fabricação microeletrônica. / This thesis describes the preparation, characterization and development of biosensors based on nanostructured films containing immobilized enzymes and metallophthalocyanines. The films were obtained using the Layer-by-Layer (LbL) or Langmuir-Blodgett (LB) techniques. In the first part of the thesis we describe the development of nanostructured thin films containing the enzyme tyrosinase (Tyr) and their use as biosensors for detection of antioxidants molecules (polyphenols), which find applications in the food industry, specialy red wines. The enzyme was incorporated into the mixed LB films of arachidic acid (AA) and lutetium bisphthalocyanine (LuPc2) by injection into the aqueous subphase followed by transference to ITO or Pt electrodes. The representative phenolic compound molecule to be detected was pyrogallol. Cyclic voltammetry studies shown that the biosensor response is highly reproducible with a standard deviation of ca. 2% (n = 4), dynamic range up to 400 \'mü\'M (applied potential of 0.4 V; R2: 0.993), sensitivity of 1.54 \'mü\'A/\'mü\'M.\'CM POT.2\' and detection limit (3 \'sigma\'0/m criteria) of 4.87 x \'10 POT.-2\' \'mü\'M (n = 10). The second part of this thesis focus on the development of electrochemical sensors based on LbL films of poly(allylamine hydrochloride) (PAH) and LuPc2. The purpose of the study was to change the biological material (Tyr) by LuPc2. LuPc2 was used as an artificial enzyme in the quantification of catechol and pyrogallol as representative of phenolic compounds. In voltammetric measurements, the LbL PAH/LuPc2 sensors presented good linearity (R2 = 0.992) in the range up to 500 \'mü\'M with a sensitivity of 90 nA/\'mü\'M and detection limit of 8 \'mü\'M. As revealed by chronoamperometry measurements, the sensors exhibited a wide linear range (R2 = 0.994; response time of 60 s) up to 900 M and detection limit of 37.5 × \'10 POT.-8\' \'mü\'M (sensibility of 20 nA/\'mü\'M) for catechol. Finally, we investigated the fabrication of LbL films based on poly(propylene imine) dendrimer (PPID) and nickel tetrasulfonated phthalocyanine (NiTsPc) as active elements in devices based on field effect transistors (FET). The films were used as sensitive membranes applied as pH and \'H IND.2\'O IND.2\' sensors. It was shown the importance on the LbL technique and its application in FET-based sensors such as the separated and extended gate FET (SEGFET). LBL films based on artificial enzymes exhibit great promise in real applications due to their low cost and simplicity. The use of these films in devices based on SEGFET structures allows miniaturization of the sensors and their production combining conventional microelectronics fabrication and nanotechnological tools.