Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Bottled mineral water is a widely consumed product in Brazil because it is considered a reliable source of drinking water. On the other hand, there is the great use of pesticides, which can reach and contaminate groundwater, the main source of mineral water. The present research had the objective of developing a method for the determination of residues of pesticides in bottled mineral water, using the technique of solid phase extraction with alternative adsorbent to the base of graphene oxide and liquid chromatography/mass spectrometry. For that, tests were performed to optimize the instrumental and extraction conditions for the analysis of 6 pesticides (alachlor, atrazine, carbaryl, carbofuran, pyrimicarb and endosulfan sulfate). The analytes were extracted with graphene oxide and a mixture of methanol and acetonitrile, presenting satisfactory recovery values (76 ± 1.6 and 100 ± 2.4%) in a concentration range of 0.5 to 2.5 μg L-1. In optimal conditions good linearity and sensitivity were obtained in a range of 1 to 1000 μg L-1 with determination coefficients above 0.99. The relative standard deviations for triplicate determinations were less than 12% and the limits of detection and quantification were in the range of 0.0003-0.017 μg L-1 0.001-0.05 μg L-1, respectively. The proposed method was applied in the determination of pesticides residues in bottled mineral water produced in Sergipe. / A água mineral engarrafada é um produto largamente consumido no Brasil por ser considerada fonte confiável de água potável. Em contrapartida, há o grande uso de agrotóxicos, que podem atingir e contaminar águas subterrâneas, principal fonte de água mineral. O presente trabalho tem como objetivo desenvolver um método para determinação de resíduos de agrotóxicos em água mineral engarrafada, utilizando a técnica de extração em fase sólida com adsorvente alternativo a base de óxido de grafeno e cromatografia líquidaespectrometria de massas. Para tanto, foram realizados testes para otimizar as condições instrumentais e de extração para análise de 6 agrotóxicos (alacloro atrazina, carbaril, carbofurano, pirimicarbe e sulfato de endosulfam). Os analitos foram extraídos com óxido de grafeno e uma mistura de metanol e acetonitrila, apresentando valores de recuperação satisfatórios (76±1,6 e 100±2,4%) em um intervalo de concentração 0,5 a 2,5 μg L-1. Sob condições ótimas foi obtida boa linearidade e sensibilidade em um intervalo de 1 a 1000 μg L-1 com coeficientes de determinação superiores a 0,99. Os desvios padrão relativos para determinações em triplicata foram inferiores a 12% e os limites de detecção e quantificação ficaram no intervalo de 0,0003–0,017 μg L-1 0,001–0,05 μg L-1, respectivamente. O método proposto foi aplicado na determinação de resíduos de agrotóxicos em água mineral engarrafada produzida em Sergipe. / São Cristóvão, SE

Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / In the present study, a new nanocomposite based on ZnCdTe semiconductor nanocrystals synthesized in situ on reduced graphene oxide was obtained. The characterization of the heterostructure was done by transmission electronic microscopic and using spectroscopic emission and UV-Vis absorption techniques, where it was possible to observe the growth of nanocrystals in the rGO reduced graphene oxide matrix, as well as to estimate the value of the optical band gap. Cyclic voltammetry was used as a complementary characterization technique which was created to investigate the surface of the nanomaterial and calculate the band gap, obtaining approximate value to the optic. The study of the multifunctionality in applications of the obtained nanocomposite was carried out using the material as base of an electrochemical sensor and also, as a catalyst in the process of degradation of the methylene blue dye by exposure to the ultrasound waves, using the sonocatalysis procedure. To evaluate the electrochemical properties of the modified carbon paste electrodes with nanocomposite were prepared, with an effective area equal to 0.30 cm2. The modified electrode showed high sensitivity in the detection of the pesticide carbendazim. The parameters for the best conditions of analysis were established and a calibration curve was constructed with a behavior proportional to the concentration of the electroactive species in a linear range of 9.98.10-8 to 1.20.10-5 mol L-1, with limit of detection and quantification equal to 9.20.10-8 and 2.80.10-7 mol L-1, respectively. The method developed was applied in real samples of orange juice, which detected a concentration of 2.91.10-5 mol L-1 of the analyte, above that allowed by the legislation, indicating a possible contamination of the matrix. The sonocatalytic procedure demonstrated that the presence of the nanocomposite as a catalyst in the dye degradation process favored the dye degradation reaction speed in which it was possible to observe its color change during the time of exposure to the ultrasonic energy. / No presente estudo, foi obtido um novo nanocompósito a base de nanocristais semicondutores de ZnCdTe sintetizados in situ em óxido de grafeno reduzido. As caracterizações da heteroestrutura foram realizadas através da microscopia eletrônica de transmissão e utilizando as técnicas espectroscópicas de emissão e absorção UV-Vis, em que foi possível observar o crescimento dos nanocristais na matriz de óxido de grafeno reduzido, como também estimar o valor do band gap óptico. A técnica de voltametria cíclica foi utilizada para investigar a superfície do nanomaterial e calcular o band gap eletroquímico, obtendo-se valor aproximado ao óptico. O estudo da multifuncionalidade em aplicações do nanocompósito obtido foi realizado utilizando o material como base de um sensor eletroquímico e também, como catalisador no processo de degradação do corante azul de metileno por exposição as ondas de ultrassom, empregando o procedimento de sonocatálise. Para avaliar as propriedades eletroquímicas, eletrodos de pasta de carbono modificados com o nanocompósito foram preparados, com uma área efetiva igual 0,30 cm2. O eletrodo modificado mostrou elevada sensibilidade na detecção do pesticida carbendazim. Os parâmetros para as melhores condições de análise foram estabelecidos e uma curva de calibração foi construída com um comportamento proporcional a concentração da espécie eletroativa em uma faixa linear de 9,98.10-8 a 1,20.10-5 mol L-1, apresentando um limite de detecção e quantificação igual a 9,20.10-8 e 2,80.10-7 mol L-1, respectivamente. O método desenvolvido foi aplicado em amostras reais de suco de laranja, o qual detectou uma concentração de 2,91.10-5 mol L-1 do analito, este valor está acima do permitido pela legislação, indicando uma possível contaminação da matriz. O procedimento sonocatalítico demonstrou que a presença do nanocompósito como catalisador no processo de degradação do corante favoreceu a velocidade da reação de degradação do corante no qual, foi possível observar a sua mudança de cor do decorrer do tempo de exposição à energia ultrassônica. / São Cristóvão, SE

Submitted by Fabio Sobreira Campos da Costa (fabio.sobreira@ufpe.br) on 2016-08-31T14:13:50Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Tese doutorado Bárbara V M Silva.pdf: 8451335 bytes, checksum: 8f05c2e3a44caad45cfbe00e5b36c3eb (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-31T14:13:50Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Tese doutorado Bárbara V M Silva.pdf: 8451335 bytes, checksum: 8f05c2e3a44caad45cfbe00e5b36c3eb (MD5) Previous issue date: 2016-02-24 / CAPEs / A presente tese descreve o desenvolvimento de sensores eletroquímicos para imunoensaios empregando a tecnologia de eletrodos impressos com a finalidade de detectar a troponina T cardíaca, o marcador mais específico, atualmente, do infarto agudo do miocárdio. Um dos desafios na confecção de sensores eletroquímicos para imunoensaios é alcançar baixos limites de detecção. Nanomateriais de carbono são, recentemente, considerados excelentes estratégias no preparo de superfícies sensoras devido às suas excelentes propriedades, tais como rápida transferência elétrica e atividade catalítica, aumento da relação superfície/volume e, consequentemente, maior quantidade de biomoléculas imobilizadas. Nesta tese, nanotubos de carbono e grafeno foram utilizados sob diferentes abordagens para modificação de superfícies eletródicas. Um imunossensor baseado em eletrodos serigrafados obtidos pela impressão de filmes de nanotubos de carbono amino funcionalizados incorporados em tinta de carbono foi desenvolvido para detecção “livre de marcação”. Os grupos amino dos nanotubos expostos na interface sensora impressa foram utilizados para imobilização orientada dos anticorpos monoclonais anti-troponina T. Os nanofilmes impressos apresentaram uma excelente estabilidade e reprodutibilidade, exibindo um desvio padrão relativo (DP) menor que ~2% (n = 8), comparado com controle (DP ~9%, n = 8). A resposta analítica do sensor, obtida por voltametria de pulso diferencial, apresentou uma faixa linear entre 0,0025 e 0,5 ng/mL de troponina T (r = 0,995; p<0,0001; n=7), combinado a um baixo erro relativo (<<1%) e limite de detecção de 0,0035 ng/mL. Com o propósito de substituir os anticorpos anti-troponina T, visto que estes constituem parte onerosa do dispositivo, um sensor biomimético foi desenvolvido a partir de uma superfície nanoestruturada de grafeno e polipirrol. A técnica de impressão biomimética em superfície (“surface imprinting”) foi utilizada como estratégia para simplificar e reduzir em uma única etapa a produção das cavidades biomiméticas. Estas foram obtidas através da eletropolimerização do polipirrol e derivados copoliméricos orgânicos mimetizando grupos proteicos amino-reativos. As respostas analíticas do sensor foram geradas por voltametria de pulso diferencial, exibindo uma faixa linear de resposta variando de 0,01 a 0,1 ng/mL de troponina T (r = 0,9953; p<0,0001; n=5) e um limite de detecção de 0,006 ng/mL, mostrando um ótimo desempenho do sensor biomimético. As cavidades biomiméticas apresentaram uma constante de dissociação (KD) de 7,3 10- 13 mol/L, indicando boa afinidade à troponina quando comparadas com o sensor controle (sem troponina T), KD igual a 11,6 10-13 mol/L. Em conclusão, ambas as plataformas sensoras mostram potencial para detecção da troponina T em níveis de importância clínica no diagnóstico do infarto agudo, constituindo testes de pronto atendimento para emergências cardiológicas. / This thesis describes the development of electrochemical sensors for immunoassay by using a screen-printed electrodes technology in order to detect the human cardiac troponin T, the most important marker currently of the acute myocardial infarction. One of the challenges in the manufacturing of electrochemical sensors for immunoassays is to reach low limits of detection. Carbon nanomaterials are recently considered excellent strategies in preparing sensing surfaces due to theirs excellent properties, such as rapid electrical transfer and catalytic activity, increase surface / volume ratio and, consequently, offering higher amount of immobilized biomolecules. In this thesis, carbon nanotubes and graphene were used under different approaches in order to modify the sensors surfaces. An immunosensor based on screen printed electrode obtained by printing of amino functionalized carbon nanotubes films incorporated into carbon ink has been developed for "label-free" detection. The amino groups exposed on the imprinted sensor interface were utilized for oriented immobilization of the monoclonal antibody anti-troponin T. The imprinted nanofilms showed an excellent stability and reproducibility, exhibiting a relative standard deviation (RSD) less than ~2% (n = 8) compared to control (RSD ~9%, n = 8). The analytical response of the sensor, obtained by differential pulse voltammetry, showed a linear range between 0.0025 and 0.5 ng/mL (r = 0.995; p <0.0001, n = 7), combined with a low relative error (<< 1 %) and a calculated limit of detection of 0.0035 ng/mL. In order to replace the anti-troponin T antibody, since these are costly part of the device, a biomimetic sensor was developed from a nanostructured surface of graphene and polypyrrole. The biomimetic technique of surface imprinting was used as a strategy for simplify and reduce in a one-step production of the biomimetic cavities. These were obtained by electropolymerization of the pyrrole and its organic copolymers mimicking amino reactive protein groups. The analytical responses of the sensor were obtained by differential pulse voltammetry, exhibiting a linear range response in 0.01 and 0.1 ng/mL of troponin T (r = 0.9953; p <0.0001, n = 5) and a limit of detection of 0.006 ng/mL, showing a good performance of the biomimetic sensor. The biomimetic sites exhibited a dissociation constant (KD) of 7.3 10-13 mol/L, indicating a good affinity to troponin when compared to its control (without troponin T), KD equal to 11.6 10-13 mol/L. In conclusion, both sensor platform the sensor platforms showed a potential for troponin T detection in levels of clinical important for acute myocardial infarction diagnostic, constituting point-of-care testing for cardiac emergency departments.

Submitted by MARCIA ROVADOSCHI (marciar@unifra.br) on 2018-08-20T12:55:10Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_MarianaZancanTonel.pdf: 6177598 bytes, checksum: e830fe652c79ad380053f80cae3e2382 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-20T12:55:10Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_MarianaZancanTonel.pdf: 6177598 bytes, checksum: e830fe652c79ad380053f80cae3e2382 (MD5) Previous issue date: 2017-08-25 / Graphene is a nanomaterial that has several applications including drug delivery and pollutant remover. However, graphene is hydrophobic, which makes it difficult to apply in biological media, and one of the alternatives is through functionalization. At the same time, aromatic molecules are precursors of several essential compounds for life, and are also important in industry. However, some of them are pollutants that can severely affect people and the environment, so developing effective removal methods is extremely interesting. Some molecules of biological interest like dopamine and serotonin have an aromatic part, recent studies show the use of these molecules as mediators for specific and selective drug delivery. Therefore, the study of the interaction of these molecules as pure and modified graphene is of great importance in the biomedical area as well as for diagnostic and treatment studies. In this work, we perform a theoretical study through the density functional theory; initially we analyze the changes caused by the effect of the concentration of the functional groups -COOH, -COH, -OH, -O- or -NH2 on graphene. The results show that in all cases it is possible to modulate the electronic properties depending on the number and location of the groups. Subsequently, we analyzed the graphene pure and functionalized with a group -COOH, -COH, -OH, -O- or -NH2, with the molecules of biological interest as dopamine, serotonin and the pollutants: benzene, aniline, benzoic acid and phenol. The results show that all interactions occur under a physical adsorption regime, there are no changes in the original geometric structures of the molecules after adsorption, it may be of interest to create possible routes as mediators for the delivery of drugs and to assist in the treatment of various diseases or in a system of removal of pollutants based on pristine and modified graphene. Finally, we developed a method to parameterize the benzene-benzene and benzene-graphene force field through the data obtained from the ab initio calculations, the results obtained agree with studies described in the literature. Thus, this work presents the understanding through the simulation of the biomedical part for drug delivery systems, and removal of pollutants, in addition to the parameterization to be used in simulations of the biological environment which may aid in the development of future experimental studies. / O grafeno é um nanomaterial que possui diversas aplicações tecnológicas entre elas como carreador de fármacos e removedor de poluentes. No entanto, o grafeno é hidrofóbico, o que dificulta sua aplicação em meios biológicos, sendo que uma das alternativas para controlar este problema é através de funcionalizações. Paralelamente, moléculas aromáticas são precursoras de diversos compostos imprescindíveis para a vida, e também são importantes na indústria. No entanto, algumas delas são poluentes que podem afetar severamente as pessoas e o meio ambiente. Assim, o desenvolvimento de métodos efetivos para remoção desses é extremante importante. Algumas moléculas de interesse biológico como a dopamina e serotonina apresentam parte aromática. Estudos recentes têm mostrado a utilização dessas moléculas como mediadoras para entrega de fármacos específica e seletiva. Portanto, o estudo dessas moléculas visando este tipo de aplicação é de grande importância na área biomédica. Realizamos um estudo teórico através da Teoria do Funcional da Densidade. Inicialmente, analisamos as alterações causadas pelo efeito da concentração de grupos funcionais -COOH, -COH, -OH, -O- ou -NH2 no grafeno. Os resultados mostram que em todos os casos é possível modular as propriedades eletrônicas dependendo do número e do local dos grupos. Posteriormente, analisamos o grafeno puro e funcionalizado com um grupo –COOH, -COH, -OH, –O- ou -NH2, com as moléculas de interesse biológico dopamina, serotonina e os poluentes benzeno, anilina, ácido benzóico e fenol. Os resultados mostram que todas as interações ocorrem sob um regime de adsorção física, sem alterações nas estruturas geométricas originais das moléculas após adsorção. Esses resultados são de interesse para criar possíveis rotas como mediadores para a entrega de fármacos e auxiliar no tratamento de várias doenças ou ainda em um sistema de remoção de poluentes baseados no grafeno puro e modificado. E, por fim, desenvolvemos um novo método para parametrizar campo de força do benzeno-benzeno e benzeno-grafeno através dos dados obtidos dos cálculos ab initio. Os resultados obtidos concordam com estudos descritos na literatura. Dessa forma, este trabalho apresenta a compreensão através da simulação da parte biomédica para sistemas de drug delivery, e remoção de poluentes, além da parametrização para ser usado em simulações do meio biológico o que poderá auxiliar no desenvolvimento de estudos experimentais futuros.

Submitted by Geandra Rodrigues (geandrar@gmail.com) on 2018-01-10T13:05:24Z No. of bitstreams: 1 eduilybenvindovazfreire.pdf: 26345792 bytes, checksum: f56583c0c3a78800d1e94a7d0a63726f (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2018-01-23T11:45:18Z (GMT) No. of bitstreams: 1 eduilybenvindovazfreire.pdf: 26345792 bytes, checksum: f56583c0c3a78800d1e94a7d0a63726f (MD5) / Made available in DSpace on 2018-01-23T11:45:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 eduilybenvindovazfreire.pdf: 26345792 bytes, checksum: f56583c0c3a78800d1e94a7d0a63726f (MD5) Previous issue date: 2017-07-18 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Recentemente, o óxido de grafeno (GO) tornou-se um material de grande interesse físico e tecnológico e não só um material intermediário na síntese de grafeno, mas também como um produto para aplicações diretas. Na tentativa de tornar o GO mais próximo do grafeno, estruturalmente e tecnologicamente falando, o material passa por um processo de redução dos grupos funcionais oxigenados aderidos. Entretanto esse processo de redução não consegue retirar totalmente os grupos funcionais, e a esse material não completamente livre de grupos baseados no oxigênio damos o nome de óxido de grafeno reduzido (rGO). O rGO ao longo dos últimos anos se tornou alvo de pesquisas e muitas aplicações científicas e tec-nológicas como, por exemplo, em dispositivos eletrônicos orgânicos, como diodos emissores de luz (OLEDs), células solares, entre muitos outros. Para tornar este material ainda mais interessante para a área de eletrônica orgânica, propomos a dopagem das nossas moléculas de óxido de grafeno reduzido (rGOm) com átomos de boro, nitrogênio, alumínio silício, fósforo, gálio, germânio e arsênio, um de cada vez e de forma substitutiva. Nosso objetivo e´ fazer com que nosso material se torne um melhor condutor, mantendo ou melhorando sua transparência, pensando no uso deste material como eletrodos em dispositivos orgânicos. Neste trabalho, objetivamos estudar nossas moléculas de óxido de grafeno reduzido (rGOm) nos seus aspectos estruturais e eletrônicos, utilizando métodos semi-empíricos e ab initio a nível DFT, implementados nos programas GAMESS e MOPAC. Usamos como modelos de rGO estruturas contendo 42, 84 e 154 átomos, derivados da molécula de coroneno com adição de três grupos funcionais oxigenados: hidroxil, carboxil e epoxi. Começamos o trabalho fazendo uma busca conformacional da estrutura das nossas rGOm incluindo cada grupo funcional oxigenado ligado aos carbonos dos coronenos. Estudamos as rGOm juntamente com a dopagem, substituindo carbonos na estrutura pelos seguintes átomos: nitrogênio (N), boro (B), fósforo (P), silício (Si), alumínio (Al), arsênio (As), germânio (Ge) e gálio (Ga). Substituímos um átomo da folha de carbono de cada vez. Analisamos o gap de energia entre os estados eletrônicos de fronteira do material, a fim de encontrar tanto o sítio com menor energia total como o sítio com menor valor de gap. Realizamos os cálculos de energia e valor de gap das dopagens mencionadas acima em diferentes níveis de métodos, utilizamos tanto métodos semiempírico (PM3, PM6), quanto DFT (B3LYP, com base 6-31G), fizemos também comparação entre diferentes tipos de aproximação (UHF e RHF) com o objetivo de saber se essas aproximações eram compatíveis entre sícomparando energia total, gap e geometria. Por fim, um dos principais resultados foi a dopagem da rGOm com alumínio. O alumínio quando colocado em alguns sítios específicos promove a aproximação dos orbitais de fronteira, diminuindo o gap, tornando a rGOm do-pado com alumínio um material com propensão a melhor condução elétrica que a rGOm sem dopagem, o que aumenta o interesse na utilização deste material para eletrônica orgânica. / Recently, graphene oxide (GO) has become a material of great physical and technological interest and not only an intermediate material in the synthesis of graphene, but also as a product for direct applications. In an attempt to make GO closer to graphene, structurally and technologically speaking, the material undergoes a process of reduction of adhered oxygenated functional groups. Howe-ver, this reduction process does not completely remove the functional groups, and this material which is not completely free of oxygen-based groups, is called redu-ced graphene oxide (rGO). Over the past few years, RGO has become the target of research and many scientific and technological applications, such as organic electronic devices such as light-emitting diodes (OLEDs), solar cells, and many others. To make this material even more interesting to the area of organic elec-tronics, we propose the doping of our reduced graphene oxide molecules (rGO m) with boron, nitrogen, silicon aluminium, phosphorus, gallium, germanium and arsenic, one at a time and in a substitute way. Our goal is to make our material become a better conductor, maintaining or improving its transparency, thinking of using this material as electrodes in organic devices. In this work, we aim to study our reduced graphene oxide molecules (rGOm) in their structural and electronic aspects, using semi-empirical and ab initio methods at the DFT level, implemented in the GAMESS and MOPAC programs. We used as RGO models structures containing 42, 84 and 154 atoms derived from the coronon molecule with addition of three oxygenated functional groups: hidroxyl, carboxyl and epoxy. We begin the work by making a conformational search of the structure of our rGOm including each oxygenated functional group attached to the carbon atoms of the coronenes. We study the rGOm along with doping, replacing carbons in the structure with the following atoms: nitrogen (N), boron (B), phosphorus (P), silicon (Si), aluminium (Al), arsenic, germanium (Ge) and gallium (Ga). We replace one atom of the carbon sheet each time. We analyzed the energy gap between the border electronic states of the material in order to find both the site with the lowest total energy and the site with the least gap value. We performed the energy calculations and gap value of the above-mentioned dops at different levels of methods, we used both semi-empirical methods (PM3, PM6) and DFT (B3LYP, based on 6-31G), we also compared different types of approximations (UHF and RHF) in order to know if these were compatible with each other comparing total energy, gap and geometry. Finally, one of the main results was the doping of rGOm with aluminium. Aluminium when placed at some specific sites promotes the approach of border orbitals by reducing the gap, making aluminium-doped rGOm a material with a propensity for better electrical conduction than rGOm without doping, which increases the interest in using this material for organic electronics.

O objetivo deste trabalho é investigar a aplicação ressoadores WGM (Whispering-Gallery Mode) em plataforma SOI (silicon-on-insulator) baseados em grafeno como candidatas potenciais para aplicações como moduladores de eletro-absorção. O grafeno apresenta variação de condutividade considerável quando submetido a uma aplicação de tensão, o que reflete na parte imaginária de seu índice de refração (relacionada às perdas de propagação). Com isso, é possível atribuir estados ligado e desligado (on-off) que conferem ao dispositivo sua característica de modulação óptica. A geometria utilizada é do tipo anel, o que permite uma elevada seletividade em frequência possibilitando, assim, uma grande profundidade de modulação. As simulações foram realizadas no software de elementos finitos COMSOL Multiphysics, o qual é bastante apropriado para a definição das diferentes figuras de mérito a serem utilizadas para a caracterização do desempenho do modulador. / The goal of this work is to investigate SOI (silicon on insulator) WGM (Whispering-Gallery Modes) resonators based on graphene as potential candidates for electro-absorption modulator applications. Graphene conductivity varies substantially when submitted to an applied voltage, which reflects directly in the imaginary part of its refractive index (responsible for the propagation losses). Therefore, it is possible to assign on-off states that render the device its optical modulation characteristics. The geometry adopted for the design is the ring type, which allows high frequency selectivity and modulation depth. The simulations were carried out in the finite elements software COMSOL Multiphysics, which is quite appropriate for the definition of the different figure of merits to be used in the modulator characterization.

Made available in DSpace on 2016-03-15T19:36:55Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2015-08-18 / Fundo Mackenzie de Pesquisa / A two-dimensional structure with a thickness of one atom in a Bravais lattice in a "honeycomb". So it is known graphene, with interesting property both in basal plane as the edges of the material. Consisting of carbon atoms in its sp2 hybridization, graphene has applications to mechanical areas, electrical, optical, chemistry, biology. This requires mastered the techniques of obtaining graphene. This paper presents the study of obtaining exfoliated material, seeking to control the process as well as obtain graphene by electrochemical. The process of obtaining exfoliation is important because through it can obtain more control over the exfoliated material. The material obtained was analyzed by Raman spectroscopy. Our results show that it is possible to obtain exfoliated material, and as the spectra material by analyzing the intensity of the peaks. / Uma estrutura bidimensional com a espessura de um átomo, em uma rede de bravais em forma de favos de mel . Assim é conhecido o grafeno, com propriedade interessante tanto no plano basal como nas bordas do material. Constituído de átomos de carbono em sua hibridização sp2, o grafeno possui aplicações às áreas de mecânica, elétrica, ótica, química, biologia. Para isso é necessário dominar as técnicas de obtenção de grafeno. Este trabalho apresenta o estudo da obtenção de material esfoliado, buscando controle no processo, além de se obter grafeno por via eletroquímica. O processo de obtenção por esfoliação eletroquímica é importante, pois por meio dele pode-se adquirir mais controle sobre o material esfoliado. O material obtido foi analisado através da técnica de Espectroscopia Raman. Os resultados mostraram que é possível obter material esfoliado e a análise deste material através da intensidade das bandas de seu espectro Raman.

Submitted by Marta Toyoda (1144061@mackenzie.br) on 2018-03-09T17:28:22Z No. of bitstreams: 2 FABIANA CAMPOS CASALLAS.pdf: 2682694 bytes, checksum: bc947d453c8e9c7e23a2ea64ea99f9e2 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Paola Damato (repositorio@mackenzie.br) on 2018-06-08T20:52:07Z (GMT) No. of bitstreams: 2 FABIANA CAMPOS CASALLAS.pdf: 2682694 bytes, checksum: bc947d453c8e9c7e23a2ea64ea99f9e2 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-08T20:52:07Z (GMT). No. of bitstreams: 2 FABIANA CAMPOS CASALLAS.pdf: 2682694 bytes, checksum: bc947d453c8e9c7e23a2ea64ea99f9e2 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017-11-29 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de São Paulo / Fundo Mackenzie de Pesquisa / This work presents studies and simulations of phase modulators in optical signals with the use of integrated components based on silicon photonics with graphene to improve the data transmission capacity (bandwidth) due to the increasing demand generated by new and modern last generation used in industries and residences nowaday. A brief description of the history of research on graphene, its characteristics and challenges in the area of phase modulation will be presented, emphasizing the applications with modulation by electro-refraction. Through numerical simulations, optical phase modulators based on silicon waveguides with graphene transferred on these guides were designed, quasi-TE and quasi-TM modes were evaluated. Although most graphene-based integrated modulators have been shown to operate in quasi-TE mode, this work demonstrates that the best performance achieved was for quasi-TM mode operation due to a higher concentration of the optical field in the region where the graphene is deposited on the waveguide. The best performance was achieved for a waveguide formed by silicon with 2 layers of graphene in its upper part, separated by a dielectric alumina material, with operation in the quasi-TM mode, with VpL of 0,5 V.mm and electro-optical bandwidth up to 2,85 GHz. / Este trabalho apresenta estudos e simulações de moduladores de fase para sinais ópticos utilizando componentes integrados baseados na fotônica do silício com grafeno visando atender à grande demanda de transmissão de dados (largura de banda) utilizados em indústrias e residências ultimamente. Será apresentada uma breve descrição do histórico de pesquisas sobre o grafeno, suas características e desafios na área de modulação de fase de sinais, dando ênfase às aplicações eletro ópticas com modulação por eletro-refração. Através de simulações numéricas foram projetados moduladores ópticos de fase baseados em guias de onda de silício com o grafeno transferido sobre esses guias, foram avaliados os modos quase-TE e quase-TM. Apesar de a maioria dos moduladores integrados baseados em grafeno que foram demonstrados trabalharem com operação quase-TE, neste trabalho demonstra-se que o melhor desempenho alcançado foi para o modo quase-TM devido a uma maior concentração do campo óptico na região onde o grafeno ´e depositado sobre o guia de onda. O melhor desempenho alcançado foi para um guia de onda formado por silício com 2 camadas de grafeno em sua parte superior, separadas por um material dielétrico de alumina, com operação no modo quase-TM, com VpL de 0,5 V.mm e largura de banda eletro óptica de até 2,85 GHz.

A miniaturização de uma biocélula a combustível (BC) enzimática de glicose/O2 para aplicação em dispositivos bioeletrônicos implantáveis representa um grande desafio em eletroquímica moderna. Isso porque é preciso desenvolver bioeletrodos com alta atividade bioeletrocatalítica, com enzimas fortemente ligadas a superfície eletródica. Além disso, o próprio processo de micromanipulação é desafiador, uma vez que é desejável obter biocélulas miniaturizadas e com alta densidade de potência. Assim, propõe-se aqui o desenvolvimento de uma BC que atenda os requisitos supracitados. Para isso, desenvolveram-se bioânodos e biocátodos compostos por folhas de grafeno individuais modificadas com as enzimas glicose desidrogenase (GDh) e bilirrubina oxidase (BOx), respectivamente. Eletrodos de grafeno com área de 10-3 cm2 e espessura de 0,9 ± 0,2 nm foram utilizados em um microchip de Si/SiO2. Observou-se que o grafeno transferido para o microchip permanecia com contaminações de cobre, mesmo após a utilização dos métodos químicos tradicionais de remoção desse metal. A presença de cobre é decorrente do processo de fabricação do grafeno, neste caso, a deposição química em fase vapor (CVD). Para remover qualquer resíduo deste metal, submeteu-se o grafeno a um procedimento de remoção eletroquímica de cobre, denominada aqui como e-etching. Uma vez não observada qualquer corrente faradaica residual associada às impurezas, obtiveram-se os bioeletrodos com a GDh e a BOx. Para a imobilização enzimática, utilizou-se a ligação covalente via funcionalização com o ácido 4-aminobenzóico. As curvas de polarização de estado quase-estacionário obtidas com os bioeletrodos em tampão fosfato pH 7,0 revelaram correntes de onset para oxidação de glicose em -0,13 V e redução de oxigênio em 0,45 V. Por fim, os eletrodos foram utilizados em uma BC sem membrana, operando no microchip de Si/SiO2, em eletrólito tampão fosfato saturado com O2 e glicose 8,0 mmol L-1. A BC apresentou um potencial de circuito aberto em 0,55 V, com densidade de potência volumétrica igual a 1,7 W cm-3, o maior valor reportado até os dias de hoje para uma BC. / The miniaturization of a glucose/O2 enzymatic biofuel cell (BFC) for application in implantable bioelectronic devices is a challenge in electrochemistry. For this purpose, the necessity of bioelectrodes development with high biocatalytic activity such as enzymes strongly attached to electrode surfaces is a current trend. Moreover, the micromanipulation procedure itself is a challenge since the obtention of BFCs with high power density is desirable. Then, the present study shows the partial results obtained in the development of a glucose/O2 BFC with the characteristics exemplified. For the later, bioanodes and biocathodes were obtained with single graphene flakes modified with the enzymes glucose dehydrogenase (GDh) and bilirubin oxidase (BOx), respectively. Graphene flakes electrodes with area of about 10-3 cm2 and thickness of 0,9 ± 0,2 nm were used in a Si/SiO2 microchip. It was observed that transferred graphene to the microchip remained with copper/copper oxide contamination even after the use of conventional methodologies for the remotion of the metal from single graphene foils. The presence of the remaining copper is due to the fabrication process of graphene by chemical vapor deposition (CVD). For the remotion of remaining impurities from graphene, the electrochemical remotion of copper from graphene was carried out in acidic media by the so called e-etching procedure. Since no residual faradaic current was observed due to metal/metal oxide impurities in graphene electrodes, the bioelectrodes were obtained with the enzymes GDh and BOx. The covalent functionalisation of graphene with 4-aminobenzoic acid via diazonium coupling reaction was used for the enzymatic immobilization. The quasi-stationary polarization curves obtained with the bioelectrodes in phosphate buffer pH = 7,0 showed onset oxidation current for glucose at -0.13V and reduction of molecular oxygen starting at +0.45V. Finally, the bioelectrodes were used in a membraneless BFC operating in a Si/SiO2 microchip under saturated oxygen and glucose 8 mmol L-1 in the electrolyte media. The BFC showed an open circuit potential at 0.55V and volumetric power density of 1.7 W cm-3, the highest value reported for an enzymatic BFC so far.

Orientador: Peter Alexander Bleinroth Schulz / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-21T19:08:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PaezGonzalez_CarlosJose_D.pdf: 7933355 bytes, checksum: 4672530a8e7ce7ec7622f32c76e28c83 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Neste trabalho analisamos as propriedades eletrônicas e de transporte de estruturas finitas de DNA por meio de métodos heurísticos. Examinamos inicialmente o comprimento de localização e número de participação como uma função do tamanho do sistema, da dependência da energia, da concentração dos nucleotídeos e do acoplamento entre os contatos e a molécula de DNA. Para tal finalidade usamos uma aproximação tight-binding efetiva que inclui a estrutura molecular. Nós também calculamos numericamente a corrente elétrica através de três tipos de sequências de DNA (telomérica, ?-DNA e p53-DNA), bem como através de padrões rede quadrada (auto-arranjo) construídos a partir de diferentes sequências de DNA. O cálculo da corrente é realizado através da integração da função de transmissão ao longo da gama de energias permitidas pelos potenciais químicos. O transporte de elétrons através de fios curtos de DNA de cadeia dupla, em que os elétrons estão fortemente acoplados aos modos vibracionais específicos do DNA foi também investigado. Dentro os principais resultados, mostramos que uma estrutura de DNA telomérico, quando tratada no regime totalmente coerente e a baixa temperatura, funciona como um excelente semicondutor. Platôs são claramente identificados nas curvas de corrente-Voltagem de estruturas teloméricas e estão presentes independentemente de tamanhos e da inicialização na sequência nos contatos. Nós também descobrimos que o acoplamento eletrodo-molécula pode influenciar drasticamente a magnitude da corrente. O conjunto de resultados permitem uma avaliação comparativa para investigações experimentais no sentido de possíveis aplicações na nanoeletrônica, bem como no escrutínio da grande diversidade de descobertas experimentais anteriores sobre propriedades de transporte em fitas de DNA / Abstract: This work is concerned with the electronic and transport properties of finite structures of DNA investigated by means of heuristic methods. We initially examined the localization length and participation number as a function of system size, energy dependence, concentration of nucleotides and the contact coupling between the leads and the DNA molecule. For such purpose we use an effective tight-binding approach including the molecular backbone. We also numerically calculated the electric current through three kinds of DNA sequences (telomeric, ? -DNA, and p53-DNA), as well as through two dimensional square lattice patterns (self-assembly) build from different DNA sequences. The calculation of current is performed by integrating the transmission function over the range of energies allowed by the chemical potentials. The electron transport through short double-stranded DNA wires, in which the electrons are strongly coupled to the specific vibrational modes of the DNA was also investigated. Within the main findings, we show that a telomeric DNA structure, when treated in the fully coherent low-temperature regime, works as an excellent semiconductor. Clear steps are apparent in the current-voltage curves of telomeric structures and are present independent of sizes and sequence initialization at the contacts. We also find that the molecule-electrode coupling can drastically influence the magnitude of the current. The set of results enable a benchmarking for experimental investigations towards possible nanoelectronic applications, as well as scrutiny of the large diversity in previous experimental findings concerning transport properties of DNA strands / Doutorado / Física / Doutor em Ciências