O presente trabalho está relacionado com o desenvolvimento e análise do desempenho eletroquímico de eletrodos compósitos do tipo nonwoven também chamados de free-standing binder/metal-free electrodes, em eletrólito líquido orgânico que contem íons de lítio. Os eletrodos de excelente resistência mecânica, livre de metais e binder, e que podem conter vários miligramas dematerial eletroativo por cm3, são constituídos por substratos de fibras de carbono derivado de poliacrilonitrila, e a carga eletroativa composta por nanotubos de carbono de parede múltipla (NTC) e nanotubos de MnO2 (NT). Foram utilizados dois tipos de substrato (denominados aqui de feltro e tecido de carbono) de diferentes condutividades eletrônicas e geometrias tridimensionais. O recobrimento das fibras de carbono dos nonwovens com NTC foi realizado por decomposição química de vapor (CVD) mantendo-se constante as variáveis operacionais, o que resultou em NTC do mesmo tipo para todas as amostras e um bom controle da massa depositada. O MnO2 foi incorporado por eletrodeposição em eletrólito aquoso, esse método garantiu um bom controle de massa eletrodepositada de NT. Os eletrodos obtidos foram caracterizados estruturalmente empregando-se microscopia de varredura (MEV), difração de raios-X e microscopia Raman. Para análise de desempenho eletroquímico e mecanismo de armazenagem/conversão de energia nos eletrodos empregadas as técnicas de voltametria e cronopotenciometria cíclicas. Os resultados mostram que os eletrodos compósitos são híbridos, podem atuar como capacitores e eletrodos de baterias de íons lítio. As metodologias aplicadas se mostram extremamente reprodutíveis reprodutivas e controláveis. Depedendo das composições e combinações foi possível obter capacidades específicas associadas com armazenagem/estocagem de lítio em altas densidades de corrente (A/g) na janela de potencial de 0,005 - 3,5V vs Li/Li+ (por exemplo, 800 mAh/g em 1 A/g, taxa C-rate = 1,25C, 400 mAh/g em 2,66A/g, taxa C-rate = 5C). A eficiência faradaica para o primeiro ciclo carga/descarga variou entre 83% e 54%, dependendo da quantidade de MnO2 e da corrente aplicada. Foi observado que é possível melhorar ainda mais os resultados com adição de outros constituintes, como por exemplo, a adição de partículas de prata (<1 % em peso). Neste caso os eletrodos forneceram eficiência faradaica de 83%, 1.100 mAh/g em 1,7A/g, em taxa C-rate = 1,66C e 550 mAh/g em 2,8A/g em taxa C-rate = 5C). Em termos de capacitância os compósitos também se mostram muito positivos. Valores de capacitância da ordem de 180F/g foram facilmente obtidos em tempos de descarga de 58s e num intervalo de potencial em relação ao Li/Li+ (~3,05 V vs H2/H+) de 1,4 a 3,8V vs Li/Li+, o que permite gerar densidade de energia e potência da ordem de 63 Wh/kg e 3,6 kW/kg respectivamente. Os eletrodos estudados podem atuar como eletrodo em baterias de íons lítio e em dispositivos de capacitores, o que significa que pode ser útil para o desenvolvimento de sistemas híbridos de armazenamento/conversão de energia, particularmente, de sistemas híbridos bipolar bateria-supercapacitor. / The present work is correlated with the development and electrochemical analisys of a nonwoven kind of electrode, also called as free-standing binder/metal-free electrodes, into lithium-ion liquid organic electrolyte, whereas the constituents are the substrate made of carbon fiber derived from carbonization of polyacrylonitrile, and the electroactive material which are defective multi-walled carbon nanotubes (MWCNT) and MnO2 nanotubes. Two types of nonwoven substrates (here denominated felt and cloth) with different electronic conductivity and three-dimensional geometry were employed. MWCNT coating of the nonwoven carbon fibers was achieved with chemical vapor decomposition (CVD) of methanol at same growth conditions, which resulted in electrodes with same type of MWCNT and a good control of the deposited mass. MnO2 was incorporaded by electrodeposition in aqueous electrolyte and this methodology was found appropriate to provide electrodes with same MnO2 NT loading, although the structural phase of MnO2 was affect by nonwoven substrate type. The robusts electrodes able to support several miligrams of electroactive material per cm3 obtained were structurally characterized using scanning electron microscopy (SEM, TEM), X-ray diffraction and Raman microscopy. It was employed cyclic voltammetry at different scan rate and chronopotentiometry (discharge/charge curves at galvanostatic conditions) aiming the understanding of the electrochemical performance and mechanism of energy storage/conversion of MnO2/MWCNT coated nonwoven electrodes. The results show that the composite electrode is hybrid, can act like capacitor or lithium ion battery electrode. It can provide very high specific capacity associated with storage/extraction of Li same in elevated gravimetric current density of A/g in the potential window of 0.005-3.5V vs Li/Li+ (e.g 800 mAh/g at 1 A/g, rate = 1,25C, 400 mAh/g at 2,66A/g, rate = 5C). The Faradic efficiency measure during the first charge/discharge cycle was between 83% to 54% depending on amount of MnO2 constituent and applied current. It was also observed a gain in the electrochemical performance of MnO2/MWCNT coated nonwoven electrode with Ag nanoparticles addition (about 1% wt). With presence of Ag constituent into the composites nonwovens it was found for instance 83% of Faradic efficiency at 1st discharge/charge cycle, 1,100 mAh/g at 1,7A/g rate = 1,66C and 550 mAh/g at 2,8A/g rate = 5C. In terms of capacitance the nonwoven were able to provide values like 180 F/g during 58s in high voltage window (1.4-3.8V vs LI/Li+) which correspond to energy and power density of 63 Wh/kg e 3.6 kW/kg, respectively. The electrodes developed in the present study could therefore act both as an electrode for Li intercalation and for capacitors devices, which means that it can be useful for the development of hybrid energy storage/conversion systems, particularly, bipolar battery-supercapacitor hybrid single.

Neste trabalho, foi desenvolvido um material híbrido inédito carvão ativado/nanotubos de carbono/nanopartículas de prata para as aplicações em bateria de íons de lítio e capacitor eletroquímico de dupla camada. O compósito foi preparado por crescimento dos nanotubos de carbono diretamente sobre o carvão ativado via deposição química de vapor e depois nanopartículas de prata foram incorporadas no carvão ativado/nanotubos de carbono. A morfologia do compósito foi analisada por microscopia eletrônica de varredura. Investigação das propriedades de intercalação de lítio no carvão ativado (CA), carvão ativado/nanotubos de carbono (CA/NTC), carvão ativado/prata (CA/Ag) e carvão ativado/nanotubos de carbono/prata (CA/NTC/Ag) foi conduzida por voltametria cíclica e ciclos de carga/descarga, utilizando dois diferentes eletrólitos. Verificou-se que o ânodo de CA/NTC/Ag apresenta mais elevado valor de capacidade específica reversível que a grafita em eletrólito comercial, provavelmente devido à rede tridimensional com elevada condutividade eletrônica formada por nanotubos de carbono e nanopartículas de prata nos poros e nas rugosidades do substrato. Além disso, os nanotubos de carbono podem exibir elevada capacidade de armazenamento de lítio. Outra vantagem do CA/NTC/Ag é que a rede de nanotubos de carbono acomoda a expansão de volume das partículas de prata durante a ciclagem do eletrodo, mantendo-as bem adsorvidas na superfície do CA/NTC. Os resultados confirmaram a existência do sinergismo entre os componentes do CA/NTC/Ag, que promove características eletroquímicas superiores àquelas dos constituintes isolados. / In this work, an unpublished hybrid material activated carbon/carbon nanotubes/silver nanoparticles was developed for lithium ion battery and electrochemical double layer capacitor applications. The composite was prepared by growing carbon nanotubes directly on the activated carbon via chemical vapor deposition and after silver nanoparticles were incorporated on the activated carbon/carbon nanotubes. The composites morphology was analyzed by scanning electron microscopy. Investigation of lithium intercalation properties in activated carbon (AC), activated carbon/carbon nanotubes (AC/CNT), activated carbon/silver (AC/Ag) and activated carbon/carbon nanotubes/silver (AC/CNT/Ag) was carried out by cyclic voltammetry and charge/discharge cycles by making use of two different electrolytes. It was found that the AC/CNT/Ag anode presents higher reversible specific capacity value in comparison with graphite in commercial electrolyte, probably due to the three dimensional network with high electronic conductivity formed by carbon nanotubes and silver nanoparticles in the substrates pores and roughness. Furthermore, carbon nanotubes can exhibit high lithium storage capacity. Another advantage of the AC/CNT/Ag is that the network of carbon nanotubes accommodates volume expansion of the silver particles during electrode cycling, keeping them well adsorbed on the surface of the AC/CNT. The results confirmed the existence of synergism between the components of the AC/CNT/Ag, which promotes electrochemical characteristics that are higher than those of the individual constituents.

O aumento no consumo energético e a crescente preocupação ambiental frente à emissão de gases poluentes criam um apelo mundial favorável para pesquisas de novas tecnologias não poluentes de fontes de energia. Baterias recarregáveis de lítio-ar em solventes não aquosos possuem uma alta densidade de energia teórica (5200 Wh kg-1), o que as tornam promissoras para aplicação em dispositivos estacionários e em veículos elétricos. Entretanto, muitos problemas relacionados ao cátodo necessitam ser contornados para permitir a aplicação desta tecnologia, por exemplo, a baixa reversibilidade das reações, baixa potência e instabilidades dos materiais empregados nos eletrodos e dos solventes eletrolíticos. Assim, neste trabalho um modelo cinético foi empregado para os dados experimentais de espectroscopia de impedância eletroquímica, para a obtenção das constantes cinéticas das etapas elementares do mecanismo da reação de redução de oxigênio (RRO), o que permitiu investigar a influência de parâmetros como o tipo e tamanho de partícula do eletrocatalisador, o papel do solvente utilizado na RRO e compreender melhor as reações ocorridas no cátodo dessa bateria. A investigação inicial se deu com a utilização de sistemas menos complexos como uma folha de platina ou eletrodo de carbono vítreo como eletrodos de trabalho em 1,2-dimetoxietano (DME)/perclorato de lítio (LiClO4). A seguir, sistemas complexos com a presença de nanopartículas de carbono favoreceu o processo de adsorção das moléculas de oxigênio e aumentou ligeiramente (uma ordem de magnitude) a etapa de formação de superóxido de lítio (etapa determinante de reação) quando comparada com os eletrodos de platina e carbono vítreo, atribuída à presença dos grupos laterais mediando à transferência eletrônica para as moléculas de oxigênio. No entanto, foi observada uma rápida passivação da superfície eletrocatalítica através da formação de filmes finos de Li2O2 e Li2CO3 aumentando o sobrepotencial da bateria durante a carga (diferença de potencial entre a carga e descarga > 1 V). Adicionalmente, a incorporação das nanopartículas de platina (Ptnp), ao invés da folha de platina, resultou no aumento da constante cinética da etapa determinante da reação em duas ordens de magnitude, o qual pode ser atribuído a uma mudança das propriedades eletrônicas na banda d metálica em função do tamanho nanométrico das partículas, e estas modificações contribuíram para uma melhor eficiência energética quando comparado ao sistema sem a presença de eletrocatalisador. Entretanto, as Ptnp se mostraram não específicas para a RRO, catalisando as reações de degradação do solvente eletrolítico e diminuindo rapidamente a eficiência energética do dispositivo prático, devido ao acúmulo de material no eletrodo. O emprego de líquido iônico como solvente eletrolítico, ao invés de DME, promoveu uma maior estabilização do intermediário superóxido formado na primeira etapa de transferência eletrônica, devido à interação com os cátions do líquido iônico em solução, o qual resultou em um valor de constante cinética da formação do superóxido de três ordens de magnitude maior que o obtido com o mesmo eletrodo de carbono vítreo em DME, além de diminuir as reações de degradação do solvente. Estes fatores podem contribuir para uma maior potência e ciclabilidade da bateria de lítio-ar operando com líquidos iônicos. / The increasing in energetic consumption and environmental concerning toward rising in the emission of pollutant gases create a favorable scenario to develop non-pollutant technologies and more efficient energy storages. Rechargeable non-aqueous lithium-air batteries possess high theoretical energy density (5200 Wh kg-1), characterizing as a promising system to stationary and electric vehicles applications. However, many issues on the cathode electrode should be addressed to enable this technology, for example, low reversibility of the reactions, low rate-capability and instabilities issues from cathode materials and electrolytic solvents. Here, a kinetic model was employed for modulate the experimental impedance data in order to obtain the rate constants of elementary steps from oxygen reduction reaction (ORR), which allows the investigation of the role of some parameters such as, type and grain size of electrocatalysts, and the solvent influence. The initial investigation were with less complexes systems of platinum bulk or glassy carbon as the working electrode in 1,2-dimethoxyethane (DME)/lithium perchlorate (LiClO4). Based on that, the role of carbon nanoparticles in the ORR was an increasing the oxygen adsorption process, and by slightly increasing (one order of magnitude) the superoxide formation (rate determining step) as when compared with platinum and glassy carbon electrodes due to the presence of side groups acting as mediators to the electron transfer. Nonetheless, a fast surface passivation was observed in function of Li2O2 and Li2CO3 thin films formations, and these films increase the battery overpotential during the charge process (potential difference between charge/discharge >1V). In addition, dispersed platinum nanoparticles (Ptnp) resulted in an increase of two orders of magnitude on the rate constant of the rate determining step when compared to platinum bulk. This can be explained due to changes in electronic properties of metallic d-bands in function of nanometric size. These changes contributed to enhance the energetic efficiency of the practical device when compared to the non-catalyzed system. However, the Ptnp were non-specific toward the ORR catalyzing the electrolyte degradation reactions, and decreasing the energy efficiency faster than the non-catalyzed system. The ionic liquid rather than DME promoted better stabilization process for intermediary superoxide due to interaction between cations present in solution, resulting in an outstanding enhancement of the rate constant for rate determining step (three orders of magnitude) when compared to the same working electrode in DME. In addition, decrease the electrolyte degradation reaction. These factors can improve a higher rate-capability and cycle life of the practical lithium-air batteries.

Carbenoides são intermediários altamente reativos que desempenham um papel fundamental em estratégias sintéticas modernas. Essas espécies são muito semelhantes aos carbenos no estado singleto, visto que possuem um caráter ambifílico e reagem por um mecanismo concertado, levando a produtos estereoespecíficos. Estudos preliminares demonstraram a versatilidade de um carbenoide misto de magnésio e lítio (ClCH2 MgCl·LiCl) na reação com diversos aldeídos aromáticos, alifáticos e heterocíclicos. Desta maneira, o objetivo deste trabalho foi estudar a quimiosseletividade de tal reagente e investigar a aplicação deste na síntese diasterosseletiva do (2S,3S)-N-Boc-3amino-1,2-epóxi-4-fenilbutano e seu diastereoisômero de configuração (2R,3S). Para a primeira parte do trabalho, selecionamos alguns aldeídos contendo grupos funcionais, tais como, ésteres, nitrilas, cetonas, amida, entre outros. De maneira geral, o carbenoide de magnésio mostrou-se muito eficiente e quimiosseletivo, levando a 14 cloridrinas funcionalizadas em bons rendimentos isolados, contudo, quando grupos doadores de elétrons estavam presentes na posição 4 do anel, o aldeído apresentou uma diminuição de reatividade e impossibilitou a obtenção do produto desejado. Por fim, estudos preliminares visando à preparação dos epóxidos de configuração (2S,3S) e (2R,3S) foram também realizados e os resultados são discutidos de forma detalhada no texto. / Carbenoids are a class of highly reactive intermediate compounds that play a key role in modern synthetic strategies. These species show a state very similar to that of singlet state carbenes since they have an ambiphilic character and react by a concerted mechanism, something that allows them to afford stereospecific products. Previous studies demonstrated the versatility of a mixed magnesium and lithium carbenoid (ClCH 2 MgCl·LiCl) in the reaction with a number of aromatic, aliphatic and heterocyclic aldehydes. In this way, the objective of this work was to study the chemoselectivity of such reagent and investigate its application in the diastereoselective synthesis of (2S,3S)-N-Boc-3-amino-1,2-epoxy-4-phenylbutane and its diastereoisomer of configuration (2R,3S). For the first part of the work we selected some aldehyde containing functional groups such as esters, nitriles, ketones and amide, among others. In summary, the magnesium carbenoid proved to be very efficient and chemoselective, leading to 14 functionalized chlorohydrins in good isolated yields. Nevertheless, when electron donating groups were present at the position 4 of the substrates ring, the resulting aldehyde showed a decrease in reactivity, which precluded us to obtain the desired product. Finally, preliminary studies aiming the preparation of the epoxides of configuration (2S,3S) and (2R,3S) were also investigated and the results are discussed in detail in the text.

Materiais auto-organizados constituídos de V2O5 xerogel, poli(etilenoimina) (PEI) e nanopartículas de carbono (NpCs) foram obtidos por meio da técnica camada-por-camada (LbL). A metodologia aplicada permitiu a obtenção de filmes finos com elevado controle de espessura além de permitir um crescimento linear dos filmes, denominados neste trabalho V2O5/PEI e V2O5/PEI/NpCs. Além disso, o desempenho eletroquímico dos materiais auto-organizados foi comparado a um eletrodo de V2O5. Análises de FTIR mostraram que interações específicas entre os grupos amina do PEI e os grupos carboxila do V2O5 são responsáveis pelo crescimento do filme. Estas interações permitem a formação de um campo eletrostático capaz de blindar as interações entre os íons lítio e os oxigênios da vanadila (V=O) e, por consequência, são responsáveis pelo aumento na mobilidade iônica dos íons lítio no interior da matriz hospedeira e, portanto, um aumento na capacidade de armazenamento de carga. Resultados obtidos através de medidas de carga/descarga mostram que o V2O5/PEI/NpCs apresenta uma melhor desempenho do que os demais materiais estudados neste trabalho. Estes resultados mostram que a capacidade específica do V2O5/PEI/NpCs foi de 137 mA h g-1 para a menor densidade de corrente aplicada e aproximadamente 1,6 vezes maior do que os valores de capacidade específica para os outros materiais para a maior densidade de corrente aplicada. Além disso, estas medidas permitiram a observação de uma menor variação na razão estequiométrica máxima (xmáx) em função das densidades de corrente aplicadas para os filmes auto-organizados, fato este relacionado a uma maior mobilidade iônica dos íons lítio no interior dessas matrizes. Os resultados obtidos a partir de espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS) mostraram que a difusão dos íons lítio no interior das matrizes auto-organizadas é maior do que no caso do V2O5, cujos valores do coeficiente de difusão foram de 1,64 x 10-15, 1,21 x 10-14 e 2,26 x 10-14 cm2 s-1 para os filmes V2O5, V2O5/PEI e V2O5/PEI/NpCs, respectivamente. Sendo assim, o polímero e as NpCs promoveram novos caminhos condutores e permitiram a conexão elétrica entre camadas isoladas da matriz V2O5. Dessa forma, novos nanocompósitos foram obtidos visando demonstrar o método de auto-organização empregado para melhorar o transporte de carga em matrizes hospedeiras. / Self-assembled materials constituted of V2O5 xerogel, poly (ethyleneimine) (PEI), and carbon nanoparticles (CNPs) were obtained by the layer-by-layer (LbL) technique. The applied methodology permitted the obtainment of thin films with high thickness control and also permitted a linear growth of the films, which will be named V2O5/PEI and V2O5/PEI/CNPs. Besides, the electrochemical performance of the self-assembled materials was compared to a V2O5 electrode. FTIR analyses showed that the specific interactions between the amine groups of PEI and the vanadyl groups of the V2O5 are responsible for the film growth. These interactions permitted the formation of an electrostatic shield capable of hindering the interactions between the lithium ions and the vanadyl oxygen atoms (V=O) and are consequently responsible for the enhancement on the ionic mobility of the lithium ions within the host matrix, leading to a higher energy storage capability. Results obtained by the charge/discharge measurements showed that V2O5/PEI/CNPs presents a better performance than the other materials studied for this research. These results demonstrated that the specific capacity of the V2O5/PEI/CNPs was 137 mA h g-1 under the lowest current density applied and approximately 1.6 times higher than the specific capacity values obtained for the other materials under the highest current density applied. Moreover, it was observed that the variation of the maximum stoichiometric ratio (xmax) as a function of the current density is lower for the self-assembled materials than for the V2O5 electrode, which can be related to the higher ionic mobility of the lithium ion within the self-assembled materials. Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) data demonstrated that the diffusion of the lithium ions within the self-assembled materials is higher than within the V2O5 electrode, and the diffusion coefficients were 1.64 x 10-15, 1.21 x 10-14 e 2.26 x 10-14 cm2 s-1 for V2O5, V2O5/PEI and V2O5/PEI/CNPs, respectively. Thus, the polymer and the CNPs provided new conducting pathways and connected isolated V2O5 chains in the host matrix. Therefore, novel spontaneous nanocomposites were formed, aiming to demonstrate the self-assembled method adopted for improving charge transport within host matrices.

Objetivos: (1) determinar a carga de fratura e o modo de falha de laminados cerâmicos ultrafinos processados via CAD-CAM em função da microestrutura do material (vitrocerâmica à base de dissilicato de lítio ou porcelana à base de leucita); (2) desenvolver metodologia de ciclagem mecânica para determinar o tempo de vida e o modo de falha de laminados cerâmicos ultrafinos processados via CADCAM. Materiais e métodos: dezesseis dentes humanos, incisivos centrais superiores, foram utilizados para confecção dos espécimes. Os dentes sofreram mínimo preparo, em esmalte, para adequada adaptação dos laminados cerâmicos ultrafinos. Os laminados de dissilicato de lítio e de porcelana foram confeccionados via CAD-CAM e cimentados com cimento resinoso sobre os dentes. Quatro espécimes de cada grupo foram levados à máquina de ensaios universal para determinação da carga de fratura dos laminados. Para o desenvolvimento de metodologia para determinação do tempo de vida dos laminados, uma série de testes piloto foi realizada, utilizando-se diferentes parâmetros como: tipo de antagonista (dentes naturais ou roletes metálicos), carga aplicada (20, 30 ou 40 N) e esquema de ciclo mastigatório (incisão ou deslizamento). Os padrões de falha dos laminados foram analisados em um estereomicroscópio, e os resultados obtidos no ensaio de carga de fratura foram analisados por ANOVA e teste de Tukey. Resultados: o valor médio obtido de carga de fratura para o dissilicato de lítio foi de 431,8 ± 217,9 N, enquanto que para a porcelana foi de 454,4 ± 72,1 N. Não houve diferença estatística entre os valores de carga de fratura encontrados, porém, o desvio padrão e o coeficiente de variação da vitrocerâmica foram muito superiores em relação aos da porcelana. Houve diferença no modo de falha dos materiais testados, sendo que a porcelana apresentou um maior número de falha por lascamento e o dissilicato de lítio apresentou maior quantidade de falha da estrutura dental. Na ciclagem mecânica, para cada condição testada, uma resposta diferente foi obtida. No tipo de ciclo incisão, os antagonistas (dente natural) fraturaram quando as cargas de 30 N e 40 N foram aplicadas. No tipo de ciclo deslizamento, o antagonista (dente natural) sofreu desgaste da borda incisal com carga de 30 N. Para o antagonista rolete metálico, quando a carga de 30 N foi aplicada ocorreu fratura do laminado, e quando aplicada a carga de 20 N, houve desgaste excessivo do rolete metálico. Conclusão: (1) o material utilizado não afetou a carga de fratura dos laminados cerâmicos ultrafinos quando o teste estático foi utilizado. Entretanto, o modo de falha foi significativamente diferente, sendo que a porcelana sofreu mais lascamentos do que o dissilicato de lítio; o qual, por sua vez, apresentou a maioria das falhas relacionadas à estrutura dental. (2) Não foi possível determinar uma combinação de parâmetros de ciclagem mecânica que permitisse a determinação dos parâmetros de fadiga para laminados cerâmicos ultrafinos, já que o número máximo de ciclos alcançados foi de 536.818 ciclos. Dessa forma, estudos futuros precisam ser realizados para que uma metodologia apropriada permita determinar parâmetros de fadiga clinicamente relevantes para laminados cerâmicos ultrafinos em dentes anteriores. / Objectives: (1) to determine the fracture load and the failure mode of the ultra-thin ceramic laminates processed via CAD-CAM according to the microstructure of the material (lithium disilicate-based glass-ceramic or leucite-based porcelain); (2) to develop a fatigue methodology capable of determining the lifetime of ultra-thin ceramic laminates processed via CAD-CAM. Materials and methods: sixteen human maxillary central incisors were used to produce the specimens. The teeth required minimal preparation on the enamel for proper adaptation of the ultra-thin ceramic laminates. Ceramic laminates made of lithium disilicate and feldspathic porcelain with thicknesses between 0.3 mm to 0.5 mm were produced via CAD-CAM and cemented with resin cement. Four specimens of each group were taken to a universal testing machine to determine the fracture load of the laminates. For the development of a fatigue methodology, a series of pilot tests was performed using different parameters such as: type of antagonist (natural teeth or metal roller), applied load (20, 30 or 40 N), and type of masticatory cycle (incision or sliding). Failure modes were analysed using a stereomicroscope. Fracture load data were analysed by ANOVA and Tukey\'s test. Results: the mean fracture load obtained for the glass-ceramic was 431.8 ± 217.9 N, while that obtained for the porcelain was 454.4 ± 72.1 N. There was no statistical difference between the mean fracture load values; however, the standard deviation and the coefficient of the variation of the glass-ceramic were both higher than those obtained for the porcelain. There was also a difference in the failure modes for the two materials tested. The porcelain showed a higher number of factures due to chipping and the lithium disilicate showed a higher number of tooth structure failure. The fatigue experiment showed different results depending on the condition analysed. In the incision cycle, the antagonists (natural tooth) fractured when loads of 30 N and 40 N were applied. In the slide type of cycle, the antagonist (natural tooth) suffered wear on the incisal edge after applying 30 N of load. For the metal roller antagonist, when a 30 N load was applied, the ceramic laminate fractured, and when a 20 N load was applied, an excessive wear of the metal roller occurred. Conclusion: (1) The material used did not affect the fracture load of ultra-thin ceramic laminates when the static test was used. However, the failure mode was significantly different, as porcelain suffered more chipping than the lithium disilicate; which, in turn, showed most fails related to the tooth structure. (2) It was not possible to determine the combination of the mechanical cycling parameters that would allow the determination of fatigue parameters for ultra-thin ceramic laminates, since the maximum number of cycles reached was 536,818 cycles. In this way, future studies need to be carried out so that a clinically relevant methodology can be developed to determine the fatigue parameters of ultra-thin ceramic laminates in the anterior teeth.

Carbamazepina (Carba) é um anticonvulsivante, uma droga psicotrópica muito utilizada no tratamento de pacientes com distúrbios intelectuais. Esta droga foi utilizada para diminuir o volume urinário no Diabetes Insípido (DI), pois possui um efeito antidiurético, mas a incidência de hiponatremia é uma ocorrência comum. O lítio é uma das drogas mais importantes para o tratamento do distúrbio bipolar. No entanto, ele tem uma grande capacidade de induzir DI dificultando o seu uso em pacientes debilitados psicologicamente. Atualmente, a associação destas drogas é frequentemente utilizada para o tratamento de pacientes com distúrbios psiquiátricos e neurológicos. O objetivo deste trabalho foi investigar o efeito da Carba no ducto coletor medular interno (DCMI) de ratos normais e elucidar a sua ação no DI induzido pelo lítio: 1) Estudos in vitro- A) Estudos com microperfusão de segmentos isolados do néfron onde a permeabilidade à água (Pf, m/sec) foi determinada em DCMI perfundidos de ratos normais (n=20) na presença de Carba à 10-5 M, e na ausência de HAD. B) estudos com a técnica de Imunoblotting para avaliar a expressão da proteína Aquaporina 2 (AQP2) em suspensão de túbulos de DCMI de ratos normais incubados com 10-5 M de Carba por 30 minutos. 2) Estudos in vivo A) quatro grupos foram formados: a) Controle (n=5); b) Li (40 mmol/Kg/dieta por 3 semanas; n=4); c) Li+Carba (40 mmol Li/Kg/dieta + 400 mg carba/Kg/dia por 3 semanas; n=5); d) Carba (400 mg /Kg/dia por 3 semanas; n=5); - B) estudo da expressão da AQP2 no DCMI destes quatro grupos pela técnica de Western Blot. Resultados: 1) Estudos in vitro A) nos estudos de microperfusão a carba adicionada ao banho aumentou a Pf dos DCMI, na ausência de HAD (n=6) Controle12,3+ 3,6, Carba-62,6+14,8 (p<0,01), Recuperação (Rec)-17,4+5,5 (p<0,01). Com o intuito de estudar o mecanismo pelo qual a Carba ativa a cascata do HAD, foi utilizado o inibidor do receptor V2 do HAD (AV2; n=10): Controle-23,5+5,2, Carba-37,4±4,4 (p<0,01), Carba+AV2-19,6±5,0 (p<0,05), Rec-21,4+5,5; e Controle-18,6+7,0, AV2-27,3+7,2, AV2+Carba-25,3+5,7, Rec-32,6+6,4. O inibidor da PKA (H8; n=4) também foi utilizado: Controle-15,0+9,0, Carba-106,1+12,3 (p<0,01), Carba+H8-60,3+16,4 (p<0,01), Rec- 44,5+13,2. B) a análise densitométrica mostrou um aumento de 38,8% na expressão da AQP2 (Controle-100,0+8,3 vs. Carba-138,8+12,12, p<0,05); 1) Estudos in vivo Volume urinário (UV, mL/24h) Controle-10,7+3,0, Li-62,6+6,0 (p<0,001), Li+Carba-28,5+4,9 (p<0,001), Carba-23,3+3,0 (<0,001). Osmolalidade urinária (mOsm/Kg/H2O) Controle-819,6+175,7, Li-149,4+18,0 (p<0,01), Li+Carba-251,5+39,7 (p<0,05), Carba-396,2+75,5 (p<0,01). FENa+ (%) - Controle-0,15+0,01, Li-0,10+0,02, Li+Carba-0,12+0,02, Carba-0,11+0,02. Expressão da AQP2 (%) Controle-100,0+6,7, Li-55,8+5,4 (p<0,01), Li+Carba-75,8+9,6 (p<0,01), Carba- 99,7+4,7 (p<0,05). Não houve diferenças significantes no Na+, K+ e Osmolalidade plasmáticas. Em resumo, nossos dados revelaram que a Carba diminui o UV, aumenta a osmolalidade urinária e a expressão da AQP2 no DI induzido pelo lítio, e aumenta a permeabilidade à água, provavelmente agindo diretamente no receptor da vasopressina (V2). Estes resultados enfatizam que a hiponatremia encontrada nos pacientes que fazem uso da Carba pode ser explicada, pelo menos em parte, pelo aumento da permeabilidade osmótica no DCMI e que a poliúria do DI ocasionado pelo uso do lítio pode ser diminuída com a associação da Carba. / Carbamazepine (Carba) is an anticonvulsant and a psychotropic medication commonly used in the treatment of patients with intellectual disability (ID). This drug has been used to try to decrease the urinary volume in Diabetes Insipidus (DI) because Carba presents an antidiuretic effect, but the incidence of the hyponatremia in neurological patients is a common ocurrence. Lithium (Li) is one of the most important drugs used to treat bipolar mood disorders. However, Li has the undesirable capacity to induce DI complicating its usage in patients psychologically weakened. Nowadays, the association of these drugs is used in the treatment of patients with psychiatric and neurological problems. Our objective was to investigate the effect of Carba in the Inner Medullary Collecting Duct (IMCD) and elucidate its effect in the lithium-induced DI: 1) In vitro study: A) Microperfusion studies the water permeability (Pf, m/sec) was determined in normal rats IMCD isolated and perfused by the standard methods. Carba 10-5M was added to the bath fluid. B) Immunoblotting studies for AQP2 protein expression in IMCD tubule suspension from normal rats incubated with Carba 10-5M for 30 minutes. 2) In vivo study A) four groups of normal rats were done - a) Control (C, n=5); b) Li (40 mmol/kg/food/3 weeks n=4) c) Li+Carba (40 mmol Li/kg/food/3 weeks and 400 mg Carba/kg/bw/2 last weeks, n=5); and Carba (400 mg Carba/kg/bw/3weeks, n=5); - B) AQP2 expression in IMCD from the four groups, by Western Blot. Results: 1) In vitro study A) in microperfusion, Carba added to the bath in Vasopressin (Vp) absence (n=6) increased Pf Control-12.3+3.6, Carba-62.6+14.8 (p<0.01), Recuperation (Rec)-17.4+5.5 (p<0.01). In order to study the mechanism by which Carba activates the Vp cascade, the antagonist of the Vp receptor 2 (AV2; n=10) was used: Control-23.5+5.2, Carba-37.4±4.4 (p<0.01), Carba+AV2-19.6±5.0 (p<0.05), Rec-21.4+5.5; and Control-18.6+7.0, AV2- 27.3+7.2, AV2+Carba-25.3+5.7, Rec-32.6+6.4. The PKA inhibitor (H8; n=4) was also used: Control-15.0+9.0, Carba-106.1+12.3 (p<0,01), Carba+H8-60.3+16.4 (p<0.01), Rec-44.5+13.2. B) the densitometric analysis showed an increased of 38.8% in AQP2 expression (Control- 100.0+8.3 vs. Carba-138.8+12.12, p<0.05); B) In vivo study Urinary volume (UV, mL/24h) Control-10.7+3.0, Li-62.6+6.0 (p<0.001), Li+Carba-28.5+4.9 (p<0.001), Carba-23.3+3.0 (p<0.001). Urinary Osmolality (mOsm/Kg/H2O) Control-819.6+175.7, Li-149.4+18.0 (p<0.01), Li+Carba-251.5+39.7 (p<0.05), Carba-396.2+75.5 (p<0.01). FENa+ (%) - Control- 0.15+0.01, Li-0.10+0.03, Li+Carba-0.12+0.02, Carba-0.11+0.02. AQP2 expression (%) Control-100.0+6.7, Li-55.8+5,4 (p<0.01), Li+Carba-75.8+9.6 (p<0.01), Carba-99.7+4.7 (p<0.05). There were no significant differences in Na+, K+ and plasma osmolality. In summary, our data showed that Carba decreased the UV, increased the UOsm and the AQP2 expression in Li-induced DI, increased the water permeability, probably acting directly in the Vp V2 receptor-Protein G complex, since its action was blocked by the specific Vp V2 receptor antagonist. These results emphazise that the hyponatremia found in patients using Carba could be explained, at least in part, by increased osmotic permeability of IMCD. In addition, poliuria observed in lithium-induced DI can be decreased with Carba-treatment.

Os pacientes que usam lítio (Li) para tratamento do transtorno bipolar freqüentemente apresentam poliúria e deficiência de concentração urinária, sintomas do Diabetes Insipidus nefrogênico (DIN). Animais tratados com Li apresentam baixos níveis de produção de adenosina monofosfato cíclico (AMPc) em resposta ao hormônio antidiurético (HAD). O Sildenafil (Sil), um inibidor da fosfodiesterase 5 (PDE5), eleva os níveis intracelulares de guanosina monofosfato cíclico (GMPc), levando a inserção de aquaporina 2 (AQP2) na membrana plasmática das células do ducto coletor. Portanto, inibidores de PDE podem promover a inserção de AQP2 na membrana plasmática mesmo sem a ativação do receptor de HAD, indicando a participação de uma via alternativa mediada pelo GMPc. Nós investigamos o efeito do Sil na expressão renal das proteínas de membrana AQP2, UT-A1, NKCC2, NHE3, P-ENaC em ratos com DIN induzido pelo Li. Ratos Wistar foram divididos nos seguintes grupos: grupo controle, recebendo dieta alimentar normal durante quatro semanas; grupo Li, recebendo dieta alimentar normal com 40 mmol Li por quilo de dieta durante quatro semanas; grupo Li + Sil, recebendo dieta alimentar normal com 40 mmol Li por quilo de dieta durante quatro semanas e 200 mg por quilo de dieta de Sil a partir da segunda semana; grupo Sil, recebendo dieta alimentar normal durante a primeira semana e a partir da segunda semana recebendo dieta normal com 200 mg de Sil por quilo de dieta. Os animais do grupo Li desenvolveram poliúria, diminuição da osmolalidade urinária e diminuição da expressão da AQP2. No grupo Li+Sil, o Sil foi capaz de reverter parcialmente a poliúria, diminuir o clearance de água livre, aumentar a osmolalidade urinária e aumentar a expressão da AQP2. A expressão de UTA1 foi completamente normalizada com o tratamento com Sil. A expressão das proteínas NKCC2 e NHE3 apresentaram-se aumentadas no grupo tratado com Li, e o Sil não foi capaz de reverter tal alteração. Além disso, o tratamento com Sil reverteu completamente o aumento da resistência vascular renal. Assim, concluímos que o tratamento com Sil em ratos com DIN melhora a poliúria, aumenta a smolalidade urinária e diminui o clearance de água livre pelo aumento da expressão de AQP2 e UT-A1. O tratamento com Sil pode ser benéfico para pacientes que sofrem com DIN induzida pelo Li. / Patients taking lithium to treat bipolar disorder often present polyuria and urinary concentrating defect. In addition, lithium-treated animals present lower cyclic adenosine monophosphate production in response to vasopressin. Sildenafil (Sil), a phosphodiesterase 5 (PDE5) inhibitor, elevates intracellular cyclic guanosine monophosphate (cGMP) levels, leading to plasma membrane accumulation of aquaporin 2 (AQP2). Therefore, PDE inhibitors might induce AQP2 membrane insertion even without vasopressin receptor activation by activating a parallel cGMP-mediated signal transduction pathway. We investigated the effect of sildenafil on renal expression of AQP2, UT-A1, sodium/hydrogen exchanger (NHE3), type 1 bumetanide-sensitive Na-K-2Cl cotransporter (NKCC2), and the epithelial sodium channel alpha subunit (P-ENaC). Wistar rats received lithium (40 mmol/kg food) or not for 4 weeks (Li or control), some rats also receiving sildenafil (200 mg/kg food) in weeks 2-4, with or without lithium (Li+Sil or Sil). In Li+Sil rats, urine output was markedly lower, as was water free clearance, whereas urine osmolality was higher. Semiquantitative immunoblotting revealed the following: AQP2 expression was partially normalized; UT-A1 expression was completely normalized; expression of NKCC2 and NHE3 was significantly higher in Li rats (although not significantly different between Li+Sil rats and Li rats); and P-ENaC protein expression was unaltered in all groups. Sildenafil treatment completely reversed the lithium-induced increase in renal vascular resistance. In conclusion, sildenafil treatment of lithium-induced nephrogenic diabetes insipidus (NDI) improves polyuria, increases urinary osmolality, and decreases free water clearance via upregulation of renal AQP2 and UT-A1. Sildenafil treatment could be beneficial in patients with lithium-induced NDI.

Introdução: A epilepsia do lobo temporal mesial (ELTM) é a forma mais comum de epilepsia na população adulta, tendo a esclerose hipocampal como principal substrato neuropatológico. Uma elevada proporção dos pacientes com ELTM apresentam história familiar positiva para a epilepsia, sugerindo a participação de fatores genéticos nesta síndrome. O citoesqueleto neuronal é essencial para os processos fisiológicos das células nervosas e crises epilépticas parecem afetar esta estrutura. O citoesqueleto neuronal possui importantes componentes regulatórios, dentre eles as proteínas associadas aos microtúbulos do tipo 2 (MAP2) e tau. Objetivos: Avaliar a densidade neuronal (células imunomarcadas com NeuN), neobrotamento das fibras musgosas (por histoquímica de neo-Timm) e a expressão imunohistoquímica das proteínas MAP2 e tau no hipocampo de casos cirúrgicos de ELTM (subtipos familiar e esporádico) e controles. As mesmas análises foram conduzidas no modelo animal de lítiopilocarpina. Métodos: Casos ELTM (n=38) foram divididos em ELTM familiar (n=20) e ETLM esporádica (n=18). Hipocampos controles (n=10) foram provenientes de necrópsias de sujeitos sem histórico de problemas neurológicos. No modelo animal de lítio-pilocarpina, animais submetidos ao status epilepticus (SE) foram sacrificados nos seguintes tempos pós-SE: 1, 7, 15 e 60 dias e classificados como grupos SE1, SE7, SE15 e SE60. Animais controle foram injetados com salina. Resultados: O grupo ELTM apresentou menor densidade neuronal que o controle nas regiões da camada granular, hilo, CA4, CA3, CA1 e prosubículo. O grupo ELTM mostrou maior valor de cinza da histoquímica de neo-Timm na camada granular, molecular interna e molecular externa e maior espessura do neobrotamento axonal na camada molecular interna em relação ao grupo controle. O grupo ELTM esporádica teve maior valor de cinza da histoquímica de neo-Timm e tendência à maior espessura do neobrotamento que o grupo ELTM familiar na camada molecular interna. O grupo ELTM apresentou menor expressão de MAP2 que o grupo controle no hilo, CA4, CA3, CA1 e prosubículo e maior expressão que o controle na camada granular, CA2 e parasubículo. O grupo ELTM esporádica teve maior expressão de MAP2 que o grupo ELTM familiar em CA1 e córtex entorrinal. O grupo ELTM apresentou maior expressão de tau que o grupo controle nas regiões da camada granular, hilo, CA3, CA2 e córtex entorrinal. O grupo ELTM esporádica demonstrou menor imunorreatividade para tau que o grupo ELTM familiar no córtex entorrinal. No modelo de lítio-pilocarpina, os grupos submetidos ao SE apresentaram menor densidade neuronal e maior neobrotamento que o grupo salina. Quanto à expressão de MAP2, os grupos SE60 e SE15 apresentaram maiores valores de expressão que os demais grupos em todas as regiões analisadas. A expressão de tau em CA3 não foi diferente entre os grupos animais analisados. Conclusão: Nossos resultados existem perda neuronal, reorganização sináptica das fibras musgosas e alterações na expressão de proteínas MAP2 e tau no hipocampo de pacientes com ELTM. Dentre os casos ELTM, encontramos diferenças no neobrotamento de fibras musgosas e na expressão de MAP2 e tau entre os grupos ELTM familiar e esporádica, indicando que estes grupos se apresentam de forma distinta em relação à epilepsia. Encontramos resultados II semelhantes em relação à densidade neuronal e o neobrotamento de fibras musgosas entre pacientes com ELTM e no modelo experimental. Porém, em relação à expressão das proteínas MAP2 e tau, encontramos algumas diferenças entre humanos e animais com ELTM. Nossos resultados sugerem que apesar do modelo de epilepsia induzida por lítio-pilocarpina ser relevante para o estudo da ELTM humana e mimetizar importantes aspectos neuropatológicos, a correspondência quanto à expressão de algumas proteínas estruturais não é completa. Estudos adicionais de expressão de proteínas do citoesqueleto em outros modelos animais de ELTM serão de grande importância para o melhor entendimento do processo epileptogênco. / Introduction: Mesial temporal lobe epilepsy (MTLE) is the most common form of epilepsy in adults and has hippocampal sclerosis as the main pathological substrate. A high proportion of patients with MTLE have positive familial history for epilepsy, suggesting the involvement of genetic factors in this syndrome. Seizures may affect the neuronal cytoskeleton, an structure that is essential in the physiological processes of nerve cells. Components of the neuronal cytoskeleton include microtubule-associated protein type 2 (MAP2) and tau. Objectives: Our aim was to evaluate neuronal density, mossy fiber sprouting and immunohistochemical expression of MAP2 and tau in the hippocampus of surgical cases of MTLE (familial and sporadic subtypes) and controls. The same analysis were conducted in the MTLE lithiumpilocarpine animal model.Methods: MTLE cases (n = 38) were divided into familial MTLE (n = 20) and sporadic MTLE (n = 18). Control hippocampi (n = 10) were obtained from autopsies of subjects without history of epilepsy. In the lithium-pilocarpine animal model, male Wistar rats were submitted to status epilepticus (SE) and were killed at the following post-SE days: 1, 7, 15 and 60, and were further classified SE1, SE7, SE15 and SE60. Control animals were injected with saline. Results: MTLE showed decreased neuronal density than controls in the granular layer, hilus, CA4, CA3, CA1 and prosubiculum. MTLE group showed increased neo-Timm gray value in the granular layer, inner and outer molecular layer, as well as increased mossy fiber length of mossy fiber in the inner molecular layer when compared to controls. Sporadic MTLE specimens exhibited increased inner molecular layer gray value than familial MTLE. MTLE hihppocampi showed decreased MAP2 expression in the hilus, CA4, CA3, CA1 and prosubiculum. In the granular layer, CA2 and parasubiculum, MAP2 expression was higher in MTLE specimens than in controls. CA1 and entorhinal cortex from sporadic MTLE hippocampi showed increased MAP2 expression than familial MTLE. Tau expression was increased in the granular layer, hilus, CA3, CA2 and entorhinal cortex of MTLE specimens. Sporadic MTLE exhibited lower tau immunoreactivity in the entorhinal cortex than familial MTLE. In the lithiumpilocarpine animal model, rats submitted to SE presented lower values of neuronal density and mossy fiber sprouting than controls. SE15 and SE60 showed increased MAP2 expression in all hippocampal subfields. Tau expression in CA3 was not different among the groups. Conclusion: Our results indicate that besides neuronal loss and axonal sprouting, MTLE specimens also exhibit dendritic abnormalities related to MAP2 expression. Increased tau immunoreactivity in epileptogenic hippocampi indicates possible abnormal expression related to mossy fiber sprouting in chronic MTLE. We found differential sprouting, MAP2 and tau expression between sporadic and familial MTLE. It is possible that different genetic background might result in somehow distinct neuropathological substrates between the two MTLE subtypes, although their clinical manifestation is quite similar. While neuronal loss and axonal sprouting profiles in human MTLE and chronic phase of the lithium-pilocarpine animal model are comparable, we could not find corresponding results regarding MAP2 and tau expression. IV Several studies have shown that chemo-convulsant as pilocarpine and kainic acid result in widespread brain epileptic discharges, which are different from the more focal hippocampal discharges seen in human MTLE. Despite its limitations, the lithium-pilocarpine model stands as an important and widely used animal model of epilepsy. Besides that, other animal models in which ictal discharges and lesions are more limited to the hippocampal formation might better mimic what we see in human MTLE.

Células tronco hematopoéticas (CTH) de sangue de cordão umbilical (SCU) possuem grande potencial em terapia celular. Mesmo sendo bem caracterizadas quanto às suas propriedades funcionais e fenotípicas, a regulação da auto-renovação de CTH e os genes envolvidos são pouco conhecidos. Investigou-se através da curva de crescimento, ensaio clonogênico e citometria de fluxo, a expansão e diferenciação de CTH cultivadas sem e com suplementação dos mitógenos estradiol e LiCl. A expressão da subunidade da telomerase teve aumento significativo em todas as condições, bem como a expressão de Nanog e Oct4 relacionados a pluripotência e auto-renovação. Observou-se também a expressão de Nanog, Oct4, Sox2 e FoxD3 em células CD133, células CD3 de sangue periférico e células de colônias hematopoéticas. Concluiu-se que o meio sem suplementação já é suficiente na expansão de CTH, mantendo suas características, relacionadas à proliferação, auto-renovação e pluripotência celular. / Hematopoietic stem cells (HSC) from umbilical cord blood (UCB) have a great potencial for hematopoietic reconstitution. Although these stem cells have been well characterized by their functional and fenotipics properties, self-renewal regulation and genes involved are still unknown. Analyses of cell growth, clonogenic assay and flow cytometry revealed the expansion and differentiation of HSC grown in medium with or without suplementation of the mitogens estradiol and LiCl. Expression of the subunit of telomerase increased in all treatments. As well as the expression of Nanog and Oct4, related to plutipotency and self-renewal. Nanog, Oct4, Sox2 and FoxD3 expression was also high in CD133 cells, in CD3 cells from peripherical blood and in clonogenic assay derived cells. Conclusion: medium without the suplementation is sufficient for expansion of HSC, keeping their characteristcs, realted to proliferation, self-renewal and pluripotency.