Made available in DSpace on 2016-06-02T19:19:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MELLO_Waldomiro_2014.pdf: 2920239 bytes, checksum: a0ba2a82065620b41788d178ed20df21 (MD5) Previous issue date: 2014-11-29 / In this work we have compared the way graphene oxide nanoplatelets are nanostructured in bilayers of poly(diallyldimethylammonium chloride) (PDDA) and reduced graphene oxide stabilized in poly(sodium 4-styrenesulfonate) (GPSS), called as (PDDA-GPSS)n, with n representing the number of deposited bilayers. LbL (layer-by-layer) films were fabricated by the self-assembly technique throughout the dipping, spray and dynamic methodologies, available at Laboratory FINEP1, UFSCar, campus Sorocaba. When compared with other bottom-up strategies employed in the build-up of nanostructured ultrathin films, the LbL technique is simple, cheap and easy to handle, beside the incorporation of distinct materials in the film structure, not limited to the form and size of substrates. The times used for the polyelectrolytes in the dipping and dynamic methods were based on the kinetic growth of the (PDDA-GPSS)8 films. In the spray methodology the time used was based initially in the literature and further confirmed by experimental data considering pressure and spray time. All nanostructures formed were characterized by UV-vis spectroscopy, atomic force microscopy, scanning electron microscopy, profilometry and impedance spectroscopy. In all cases it was observed a linear growth of the LbL structures, pointing that the same amount of material was adsorbed at each deposition step. Films obtained from the dynamic methodology indicated higher amount of material adsorbed in the nanostructures, and by an adequate control of the parameters used in the self-assembly methods by physical adsorption one can make a fine tuning regarding to the spontaneous aggregation of the nanoplatelets at solid interfaces. / Neste trabalho comparamos a forma com a qual as nanofolhas de grafeno são nanoestruturadas em bicamadas de poli(cloreto de dialildimetilamônio) (PDDA) e grafeno estabilizado em poli(estireno sulfonato de sódio) (GPSS), designados por (PDDA-GPSS)n sendo n o número de bicamadas depositadas. Os filmes foram fabricados com a técnica de automontagem por adsorção física (LbL, do inglês Layer-by-Layer), utilizando os métodos de imersão, spray e dinâmico, disponíveis no Laboratório Finep1 da UFSCar, campus Sorocaba. Comparada a outras estratégias bottom-up empregadas na construção de filmes ultrafinos nanoestruturados, a técnica LbL é simples, barata e de fácil aplicação, além de permitir a incorporação de diferentes materiais, e não estar limitada quanto à forma e o tamanho dos substratos. Os tempos para a aplicação dos polieletrólitos por imersão e pelo método dinâmico foram estabelecidos com base nas cinéticas de crescimento de filmes (PDDA-GPSS)8. Para o método de spray os tempos foram estabelecidos inicialmente com base na literatura, e depois confirmados em ensaios de crescimento, tendo como variáveis a pressão de ar e o tempo de spray. As nanoestruturas foram caracterizadas por espectroscopia na região do ultravioleta e do visível, microscopia de força atômica, microscopia eletrônica de varredura, perfilometria e espectroscopia de impedância. Em todos os casos foi observado crescimento linear das estruturas LbL, indicando mesma quantidade de material adsorvido a cada etapa de deposição. Os filmes obtidos pelo método dinâmico indicaram maior quantidade de material agregado nas nanoestruturas, e pelo controle adequado nos parâmetros utilizados nos métodos de automontagem por adsorção física podemos realizar um ajuste fino em relação à agregação espontânea de nanofolhas de grafeno em interfaces sólidas

Made available in DSpace on 2017-07-24T19:38:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Alan Fernando Matsushita.pdf: 4074465 bytes, checksum: 5a6766b6dfd2ff1e7de5f241b872a175 (MD5) Previous issue date: 2014-03-07 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The fabrics are used for various applications in our daily life, and particularly natural fabrics such as cotton are susceptible to bacterial growth due to moisture that it can accumulate which facilitates this process and also the fibers themselves may serve as nutrients for the growth of microorganisms. In this work, the synthesis of silver and zinc oxide particles was carried out for their and corporation into cotton fibers by the Layer-by-layer method. The silver nanoparticles provide high biocidal activity when incorporated into fabrics textiles and zinc oxide particles promote a block against ultraviolet radiation and also provide the self-cleaning properties for the fabric by the oxidation of compounds on its surface. Therefore the aim of this work was to promote these characteristics in a cotton fabric. The synthesis of silver nanoparticles and zinc oxide were performed using polyelectrolytes as suspension stabilizers. The syntheses were carried out using four ratios related to the metal concentration and polyelectrolyte (1, 2, 5 and 10%). For silver nanoparticles, the 3-n-propylpyridinium silsesquioxane chloride (SiPy+Cl-) was used as stabilizer obtaining nanoparticles of 5 nm in diameter and for ZnO nanoparticles it was used the poly(dialildimethylamonium chloride) PDDA, obtaining in this case particles with sizes larger than 400 nm. These nanocomposites were used to obtain a thin coating on the cotton fibers. For the construction of the films on the cotton fibers, it was used the LbL technique, where it was necessary to perform a prior chemical treatment on the fabric in order to provide an interaction between the cotton fabric surface and the polyelectrolytes. The bilayers were grown in fabrics with the use of polystyrenesulfonate (PSS) as polyanion. Characterization of the fabrics coated with Ag/SiPy+Cl- nanocomposites was performed by varying the number of bilayers. From the SEM images, it was observed the LbL coating on the fabric surface and EDS analysis enabled to estimate the amount of AgNps adsorbed on fabrics. The antibacterial tests for these fabrics showed good results for E. coli and S. aureus bacteria indicating a bactericidal and bacteriostatic character. From the color analysis and UV- Vis spectra of cotton fabrics, it was possible to estimate its homogeneity. Studies of the release of silver nanoparticles were performed by atomic absorption analysis of the washing solution up to 15 washing cycles of the fabric, indicating a high stability of the nanocomposite coating. SEM characterization of the fabrics coated with the nanocomposite ZnO/PDDA showed the growth of the bilayers as well as increase of the ZnO amount on the cotton fiber by the EDS analysis. Through TEM images observed nanoparticles with sizes between 2-10 nm. The analysis of the UV protection factor of these fabrics showed a 60% blockage of UVA and UVB radiations. Studies of photocatalytic degradation of methylene blue dye showed good results degradando totalmente o corante em 8 horas para tecidos revestidos com poucas bicamadas, which increased with the number of bilayers in the fabric. It was observed that in presence of silver nanoparticles, the degradation of the dye becomes more pronounced. The analysis of the shedding of particles of zinc oxide was also performed by atomic absorption analysis of the wash solution until 15 washing cycles. The results for this nanocomposite coated on the fabric also showed satisfactory results. / Os tecidos são utilizados para várias aplicações em nosso dia a dia, e principalmente os tecidos naturais como o algodão são suscetíveis ao crescimento bacteriano devido ao fato de acumularem umidade o que facilita esse processo, além das próprias fibras servirem como nutrientes para o crescimento de microorganismos. Neste trabalho foi realizada a síntese de nanopartículas de prata e óxido de zinco para incorporação em fibras de algodão através do método Layer-by-layer. As nanopartículas de prata conferem alta atividade biocida quando incorporada em tecidos e as nanopartículas de óxido de zinco promovem um bloqueio contra radiação ultra-violeta e também pode tornar o tecido auto limpante através da oxidação de compostos na sua superfície. Portanto o objetivo deste trabalho foi promover essas características em um tecido de algodão. A síntese das nanopartículas de prata e óxido de zinco foram realizadas utilizando-se polieletrólitos como estabilizantes da suspensão. As sínteses foram realizadas em 4 proporções (1, 2, 5 e 10%) do metal em relação a concentração do polieletrólito. Para as nanopartículas de prata utilizou-se o cloreto de 3-n-propilpiridínio silsesquioxano (SiPy+Cl-) como estabilizante obtendo-se nanopartículas de 5 nm de diâmetro enquanto que para o ZnO utilizou-se o Poli(cloreto de dialildimetilamônio) PDDA, obtendo-se neste caso nanopartículas com tamanhos maiores que 400 nm. Esses nanocompósitos foram utilizados para realizar um revestimento sobre fibras de algodão. Para isto utilizou-se a técnica LbL, onde se foi necessário realizar um tratamento químico prévio no tecido para haver uma interação entre a superfície do tecido e os polieletrólitos. As bicamadas foram crescidas no tecido com a utilização do poliestireno sulfonado (PSS) como poliânion. A caracterização dos tecidos revestidos com os nanocompósitos Ag/SiPy+Cl- foi realizada variando-se o número de bicamadas. A partir de imagens de MEV observou-se o revestimento crescido sobre a superfície do tecido e a análise de EDS foi utilizada como tentativa de estimar a quantidade de prata adsorvida nos tecidos. Através de imagens de TEM observou-se nanopartículas com tamanhos entre 2 – 10 nm. Os testes antibacterianos para estes tecidos apresentaram bons resultados para as bactérias E. coli e S. aureus indicando um caráter bactericida e bacteriostático. Também realizou-se a análise de cor através do método CieLab e espectros UV-Vis dos tecidos para estimar a sua homogeneidade. A análise de desprendimento de partículas de prata foi realizada através da análise de absorção atômica da solução de lavagem até um ciclo de 15 lavagens do tecido, resultado que indicou uma alta estabilidade do nanocompósito revestido sobre o tecido. A caracterização dos tecidos revestidos com o nanocompósito ZnO/PDDA foi realizada através das imagens de MEV, onde observou-se o crescimento das bicamadas bem como o aumento da quantidade de ZnO nos tecidos visto pela análise de EDS. A análise do fator de proteção UV destes tecidos apresentou um resultado de até 60% do bloqueio das radiações UVA e UVB. Os testes de degradação fotocatalítica do corante azul de metileno apresentaram bons resultados degradando totalmente o corante em 8 horas para tecidos revestidos com poucas bicamadas, aumentando esse efeito à medida que aumentou-se o número de bicamadas no tecido e na presença de nanopartículas de prata a degradação do corante apresentou-se mais acentuada. A análise de desprendimento de partículas de zinco também foi realizada através da análise de absorção atômica da solução de lavagem até um ciclo de 15 lavagens do tecido, o resultado para este nanocompósito revestido sobre o tecido também apresentou resultados satisfatórios.

A interface formada por materiais biológicos e materiais sintéticos tem grande importância em aplicações biomédicas, tais como o desenvolvimento de biomateriais para implantes médicos, que tem como processo essencial a deposição de proteínas na superfície dos biomateriais, e ainda não é bem compreendido no nível molecular. Algumas proteínas sofrem mudanças conformacionais após a adsorção na interface sólido-líquido, afetando suas funções ou propriedades, e algumas técnicas podem medir mudanças conformacionais em interfaces sólido. É possível estudar a fluorescência intrínseca de proteínas: a posição do máximo na faixa espectral da fluorescência, a eficiência quântica e o tempo de vida de fluorescência são indicadores de mudanças no ambiente local de grupos de moléculas de proteína fluorescente. Por outro lado, Nanopartículas de ouro têm atraído muita atenção pela sua afinidade com materiais biológicos e suas propriedades ópticas. Nesta tese, estudamos a viabilidade de substratos de vidro, quartzo, mica e ITO (óxido de índio e estanho) modificado com quitosana, phtalocyanines (Ni, Fe e Ni) e poli(alilanina hidroclorada) (PAH) na adsorção de BSA em forma dos filmes produzidos pela técnica camada por camada. O sistema foi estudado por UV-Vis e espectroscopia de fluorescência estática e resolvida no tempo. A caracterização morfológica dos filmes foi realizada por microscopia de força atômica e microscopia óptica. Os resultados mostram que os filmes de BSA / HAP cresceram com eficiência quatro vezes maior do que os filmes feitos de quitosana, que o quartzo tem a melhor janela de trabalho de UV-vis e há uma relação entre o pH da BSA e o tempo vida de fluorescência do filme resultante. As nanopartículas de ouro foram produzidas pela redução química e estabilizada por quatro diferentes métodos. O crescimento das nanopartículas foi monitorado por UV-vis spectroscopy. A carga de superfície das nanopartículas e da BSA foi estimado em vários valores de pH por medidas de potencial zeta. Os resultados indicaram que as nanopartículas têm cargas negativas na faixa de pH estudada. Soluções de BSA foram preparadas em diferentes valores de pH, e levadas para interagir com as nanopartículas de ouro. Os dados de supressão de fluorescência da BSA mostraram uma maior afinidade da BSA com nanopartículas estabilizadas com sacarose, com pH próximo do ponto isoelétrico (IP) estimado para BSA. / The interface formed by biological materials and synthetic materials has great importance in biomedical applications such as the development of biomaterials for medical implants, which has as an essential process of protein adsorption on the surface of biomaterials, and is not yet well understood in the molecular level. Some proteins undergo conformational changes after adsorption at solid-liquid interfaces, affecting their functions or properties, and few techniques can measure conformational changes in solid interfaces. It is possible to study the intrinsic fluorescence of proteins: the position of the maximum in the spectral range of fluorescence, the quantum efficiency and lifetime of fluorescence are indicators of change in the local environment of fluorescent groups of protein molecules. On the other hand, gold nanopartículas have attracted much attention for its affinity with biological materials and their optical properties. In this thesis we study the feasibility of glass substrates, quartz, mica and ITO (Indium tin oxide) modified with chitosan, phtalocyanines (Ni, Fe and Ni) and poly (allylamine hydrochloride) (PAH) on the adsorption of BSA in the form of films produced by the layer by layer technique. The system was studied by UV-Vis and static and time-resolved fluorescence spectroscopy. Morphological characterization of the films was performed by atomic force microscopy and optical microscopy. The results indicate that the films of BSA/PAH grew with efficiency four times greater than the films made of chitosan, that the quartz has the best working window for UV-vis and there is a relationship between the pH of the BSA and lifetime of fluorescence of the resulting film. Gold nanoparticles were produced by chemical reduction and stabilized by four different methods. The growth of nanoparticles was monitored by UV-vis spectroscopy. The surface charge of nanoparticles and the BSA was estimated at various pH values by zeta potential measurements. The results indicated that the nanoparticles have negative charges in the pH range studied. BSA solutions were prepared at various pH values, were taken to interact with gold nanoparticles. Fluorescence quenching data of BSA showed a greater affinity of the BSA with nanoparticles stabilized with sucrose, at pH near the isoelectric point (IEP) estimated for BSA.

A interface formada por materiais biológicos e materiais sintéticos tem grande importância em aplicações biomédicas, tais como o desenvolvimento de biomateriais para implantes médicos, que tem como processo essencial a deposição de proteínas na superfície dos biomateriais, e ainda não é bem compreendido no nível molecular. Algumas proteínas sofrem mudanças conformacionais após a adsorção na interface sólido-líquido, afetando suas funções ou propriedades, e algumas técnicas podem medir mudanças conformacionais em interfaces sólido. É possível estudar a fluorescência intrínseca de proteínas: a posição do máximo na faixa espectral da fluorescência, a eficiência quântica e o tempo de vida de fluorescência são indicadores de mudanças no ambiente local de grupos de moléculas de proteína fluorescente. Por outro lado, Nanopartículas de ouro têm atraído muita atenção pela sua afinidade com materiais biológicos e suas propriedades ópticas. Nesta tese, estudamos a viabilidade de substratos de vidro, quartzo, mica e ITO (óxido de índio e estanho) modificado com quitosana, phtalocyanines (Ni, Fe e Ni) e poli(alilanina hidroclorada) (PAH) na adsorção de BSA em forma dos filmes produzidos pela técnica camada por camada. O sistema foi estudado por UV-Vis e espectroscopia de fluorescência estática e resolvida no tempo. A caracterização morfológica dos filmes foi realizada por microscopia de força atômica e microscopia óptica. Os resultados mostram que os filmes de BSA / HAP cresceram com eficiência quatro vezes maior do que os filmes feitos de quitosana, que o quartzo tem a melhor janela de trabalho de UV-vis e há uma relação entre o pH da BSA e o tempo vida de fluorescência do filme resultante. As nanopartículas de ouro foram produzidas pela redução química e estabilizada por quatro diferentes métodos. O crescimento das nanopartículas foi monitorado por UV-vis spectroscopy. A carga de superfície das nanopartículas e da BSA foi estimado em vários valores de pH por medidas de potencial zeta. Os resultados indicaram que as nanopartículas têm cargas negativas na faixa de pH estudada. Soluções de BSA foram preparadas em diferentes valores de pH, e levadas para interagir com as nanopartículas de ouro. Os dados de supressão de fluorescência da BSA mostraram uma maior afinidade da BSA com nanopartículas estabilizadas com sacarose, com pH próximo do ponto isoelétrico (IP) estimado para BSA. / The interface formed by biological materials and synthetic materials has great importance in biomedical applications such as the development of biomaterials for medical implants, which has as an essential process of protein adsorption on the surface of biomaterials, and is not yet well understood in the molecular level. Some proteins undergo conformational changes after adsorption at solid-liquid interfaces, affecting their functions or properties, and few techniques can measure conformational changes in solid interfaces. It is possible to study the intrinsic fluorescence of proteins: the position of the maximum in the spectral range of fluorescence, the quantum efficiency and lifetime of fluorescence are indicators of change in the local environment of fluorescent groups of protein molecules. On the other hand, gold nanopartículas have attracted much attention for its affinity with biological materials and their optical properties. In this thesis we study the feasibility of glass substrates, quartz, mica and ITO (Indium tin oxide) modified with chitosan, phtalocyanines (Ni, Fe and Ni) and poly (allylamine hydrochloride) (PAH) on the adsorption of BSA in the form of films produced by the layer by layer technique. The system was studied by UV-Vis and static and time-resolved fluorescence spectroscopy. Morphological characterization of the films was performed by atomic force microscopy and optical microscopy. The results indicate that the films of BSA/PAH grew with efficiency four times greater than the films made of chitosan, that the quartz has the best working window for UV-vis and there is a relationship between the pH of the BSA and lifetime of fluorescence of the resulting film. Gold nanoparticles were produced by chemical reduction and stabilized by four different methods. The growth of nanoparticles was monitored by UV-vis spectroscopy. The surface charge of nanoparticles and the BSA was estimated at various pH values by zeta potential measurements. The results indicated that the nanoparticles have negative charges in the pH range studied. BSA solutions were prepared at various pH values, were taken to interact with gold nanoparticles. Fluorescence quenching data of BSA showed a greater affinity of the BSA with nanoparticles stabilized with sucrose, at pH near the isoelectric point (IEP) estimated for BSA.

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Natural composites like wood are scale-integrated structures that range from molecular to the macroscopic scale. Inspired by this design, layer-by-layer (LbL) deposition technique was used to create lignocellulosic composites from isolated wood polymers namely cellulose and lignin, with a lamellar architecture. In the first phase of the study, adsorption of alkali lignin onto cationic surfaces was investigated using a quartz crystal microbalance with dissipation monitoring (QCM-D). Complete coverage of the cationic surface with alkali lignin occured at low solution concentration; large affinity coefficients were calculated for this system at differing pH levels. Adsorption studies with organosolv lignin in an organic solvent, and spectroscopic analysis of mixtures of cationic polymer with alkali lignin revealed a non-covalent interaction. The work demonstrated how noncovalent interactions could be exploited to molecular organize thin polyphenolic biopolymers on cationic surfaces. The second phase of the study examined the adsorption steps during the LbL assembly process to create novel lignocellulosic composites. LbL assembly was carried out using oxidized nanocellulose (NC) and lignin, along with a cationic polymer poly(diallyldimethylammonium chloride) (PDDA). QCM-D was used to follow the sequential adsorption process of the three different polymers. Two viscoelastic models, namely Johannsmann and Voigt, were respectively used to calculate the areal mass and thickness of the adsorbed layers. Atomic force microscopy studies showed a complete coverage of the surface with lignin in all the disposition cycles, however, surface coverage with NC was seen to increase with the number of layers. Free-standing composite films were obtained when the LbL process was carried out for 250 deposition cycles (500 bilayers) on a cellulose acetate substrate, following the dissolution of the substrate in acetone. Scanning electron microscopy of the cryo-fractured cross-sections showed a lamellar structure, and the thickness per adsorption cycle was estimated to be 17 nm. The third phase of the study investigated the effect of LbL ordering of the polymers versus a cast film composed of a blended mixture of the polymers, using dynamic mechanical analysis. A tan ï ¤ peak was observed in the 30 – 40 ºC region for both films, which was observed in the neat NC film. Heating of the samples under a compressive force produced opposite effects in the films, as the LbL films exhibited swelling, whereas the cast films showed densification. The apparent activation energy of this transition (65 – 80 kJ mol-1) in cast films, calculated based on the Arrhenius equation was found to be coincident to those reported for the ï ¢ transition of amorphous cellulose. The peak was seen to disappear in case of LbL films in the second heat, whereas it was recurring in case of cast films of the blended mixture, and neat NC films. Altogether, the together the work details a novel path to integrate an organized lignin and cellulose molecular structure, albeit modified from their native form, into a three-dimensional composite material. / Ph. D.

O objetivo desta Tese é preparar e caracterizar nanopartículas de TiO2 e SiO2@ TiO2 e obter filmes finos baseados nesses materiais nanoestruturados usando a metodologia de preparação de filmes conhecida como layer-by-layer (LbL). Primeiramente, TiO2 amorfo sintetizado a partir de sulfato de titanila (TiOSO4) foi cristalizado por método de tratamento hidrotérmico brando (HTT). O efeito da temperatura e tempo de tratamento hidrotérmico na cristalinidade, tamanho de partícula e fotoatividade de TiO2 foi estudado. A análise de MET, DRX e área de superfície confirmou que o HTT a temperatura tão baixa quanto 105°C pode ser utilizada para obter as nanopartículas de anatase com boa cristalinidade (~95%), pequeno tamanho de cristalito (<10 nm), alta área de superfície (>200 m2.g-1) e excelente seletividade da fase. Em uma segunda etapa do projeto, o nanocatalisador de TiO2 foi depositado, via rota sol-gel, na superfície de NPs de sílica Stöber (diâmetro 200 nm), formando um sistema core@shell (SiO2@ TiO2). O objetivo desse processo foi de se obter melhor estabilidade térmica (1000°C), boa dispersão e menor aglomeração do nanocatalisador (TiO2). As análises de microscopia eletrônica (MEV e MET) confirmaram a formação de uma camada porosa (espessura 10-30 nm) de TiO2 formadas por cristalitos com cerca de 5 nm. Um estudo das propriedades ópticas das amostras SiO2@ TiO2 mostrou que o deslocamento no onset de absorção é função do espalhamento Rayleigh. Finalmente, desenvolveu-se um novo e versátil procedimento LbL para a preparação de filmes multicamadas, porosos e uniformes de TiO2 empregando fosfato de celulose (CP) como polieletrólito eficiente e não convencional. A formação dos filmes (CP/ TiO2 e CP/ TiO2/HPW) foi monitorada por espectroscopia UV/Vis e a interação entre os componentes dos filmes (CP, TiO2 e HPW) foi estudada pelas técnicas MET, XPS e FTIR. Estes filmes LbL apresentaram boa fotoatividade para degradação de ácido esteárico, cristal violeta e azul de metileno sobre irradiação UV. Os filmes CP/HPW formados em celulose bacteriana apresentaram boa resposta fotocrômica, que é aumentada pela presença do TiO2 devido a uma transferência eletrônica interfacial do TiO2 para o HPW. A interface entre nanopartículas de titânia e nanopartículas de ácido fosfotungstico foi pela primeira vez caracterizada por Microscopia Eletrônica de Transmissão como sendo não-cristalina. Este método simples e ambientalmente amigável pode ser utilizado para formar recobrimentos em uma grande variedade de superfícies com filmes fotoativos de TiO2 e TiO2/HPW. / The aim of the present investigation was to prepare and characterize TiO2 and core@shell (SiO2@TiO2) nanoparticles (CSNs) and form layer-by-layer (LbL) films with these nanoparticles (NPs) on various substrates. Firstly, amorphous TiO2 were prepared from oxotitanium (IV) sulfate (TiOSO4) and crystallized by low-temperature hydrothermal treatment (HTT). The effect of hydrothermal temperature and treatment time on crystallinity, particle size and photoactivity of TiO2 was studied. The TEM, XRD and BET surface area analysis confirmed that HTT at temperature as low as 105°C can be used to obtain phase-pure anatase nanoparticles with good crystallinity (~95%), small crystallite size (<10 nm), high surface area (>200 m2.g-1) and excellent phase selectivity. Secondly, TiO2 nanocatalyst was directly deposited, via sol-gel route, on the surface of Stöber silica NPs of around 200 nm in a core@shell (SiO2@ TiO2) configuration to obtain better thermal stability, good dispersion and less agglomeration of the nanocatalyst. SEM and TEM observation confirmed the formation of a porous anatase shell of crystalline TiO2 consisting of around 5-8 nm small crystallites, in accordance with XRD results. The shell thickness was varied between 10-30 nm by varying the quantity of precursor titanium (IV) isopropoxide (TiP). Compared to the uncoated silica, the BET surface area also increased by 147-365% depending on the amount of TiP added during synthesis step. The effect of shell morphology and TiO2 loading on surface area and photoactivity has been studied and compared among different CSNs. Finally, a new and versatile LbL procedure for the preparation of porous and highly dispersed multilayer films of TiO2 and phosphotungstic acid (HPW) on different substrates was developed using Cellulose Phosphate (CP) as an efficient and non-conventional binder. The films formation was monitored by UV/Vis spectroscopy and the interaction between the films components (CP, TiO2 and HPW) was studied by HRTEM, XPS and FTIR techniques. These CP/ TiO2 and CP/ TiO2/HPW LbL films showed good photoactivity against stearic acid (SA), crystal violet (CV) and methylene blue (MB) under UV irradiation. The CP/HPW films formed on bacterial cellulose showed good photochromic response, which is enhanced in presence of TiO2 due to an interfacial electron transfer from TiO2 to HPW. This simple and environmentally safe method can be used to form coatings on a variety of surfaces with photoactive TiO2 and TiO2/HPW films.

Made available in DSpace on 2017-07-24T19:38:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CRISTIANE A ERDMANN.pdf: 1781032 bytes, checksum: 803e9255fa555b2e79d98e8d126018f8 (MD5) Previous issue date: 2013-04-10 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / In this work prepared an imunosensor for Chagas disease. This sensor was onstructed by immobilizing the antigen (AG) of Chagas disease under an LbL film between the polyvinyl sulfonate (PVS) and silver nanoparticles incorporated in an inorganic matrix, 3-n-propilpiridíneo silsesquioxane chloride(Ag-SiPy+Cl-) using ITO as the electrochemical probe. The silver nanoparticles were synthesized through chemical reduction using NaBH4 and AgNO3. DLS measurements showed that the suspension of Ag-SiPy+Clconsisted of particles on the order of 20 nm. UV-Vis spectra confirmed the growth of bilayers through the LbL technique using PVS and the suspension Ag-SiPy+Cl- by means of bands at 200 and 260 nm which is referring to the SiPy+Cl- and a band near 400 nm which is referring to the silver nanoparticles. This growth was also demonstrated by AFM technique, which showed that the increase in the number of bilayers leads to an increase in surface roughness and film thickness. The modified films with AG were submitted to the technique electrochemical impedance spectroscopy and showed a pronounced change in impedance in the presence of the antibody (AB) of Chagas disease, indicating that this type of film can be used in a device for the diagnosis of Chagas. Were made tests with different dilutions the samples contaminated with antibody (AB) of Chagas disease and the imunosensor proposed was more sensitive compared to the laboratory test for the qualitative and semi-quantitative of Chagas disease (Gold analyzes Diagnostic Ltd.) / Neste presente trabalho preparou-se um imunosensor para doença de Chagas.Este sensor foi construído por meio da imobilização do Antígeno (AG) da doença de chagas sob um filme LbL entre o sulfonato de polivinil (PVS) e nanopartículas de prata incorporadas na matriz inorgânica cloreto de 3-npropilpiridíneo silsesquioxano (Ag-SiPy+Cl-) usando como transdutor eletroquímico o ITO. As nanopartículas de prata foram sintetizadas via redução química, com o uso de NaBH4 e AgNO3. Medidas de DLS mostraram que a suspensão de Ag-SiPy+Cl- era composta por partículas na ordem de 20 nm. Espectros de UV-Vis comprovaram o crescimento das bicamadas por meio da técnica LbL como uso do PVS e da suspensão Ag-SiPy+Cl-, por meio das bandas em 200 e 260 nm referentes ao SiPy+Cl- e uma banda próxima a 400 nm referente a nanopartículas de prata. Este crescimento também foi comprovado por meio da técnica de AFM, que mostrou que o aumento no número de bicamadas leva ao aumento na rugosidade e espessura do filme.Os filmes modificados com O AG forma submetidos à técnica de impedância eletroquímica e mostraram uma mudança de impedância pronunciada quando na presença do anticorpo (AB) da doença de Chagas, indicando que este tipo de filme pode ser utilizado num dispositivo para o diagnóstico da doença de Chagas. Foram feitos testes com diferentes diluições das amostras contaminadas com o AB da doença de Chagas e o imunosensor proposto mostrou-se mais sensível em relação ao teste laboratorial para determinação qualitativa e semi-quantitativa da doença de Chagas (Gold Analisa Diagnóstica Ltda).

O objetivo desta Tese é preparar e caracterizar nanopartículas de TiO2 e SiO2@ TiO2 e obter filmes finos baseados nesses materiais nanoestruturados usando a metodologia de preparação de filmes conhecida como layer-by-layer (LbL). Primeiramente, TiO2 amorfo sintetizado a partir de sulfato de titanila (TiOSO4) foi cristalizado por método de tratamento hidrotérmico brando (HTT). O efeito da temperatura e tempo de tratamento hidrotérmico na cristalinidade, tamanho de partícula e fotoatividade de TiO2 foi estudado. A análise de MET, DRX e área de superfície confirmou que o HTT a temperatura tão baixa quanto 105°C pode ser utilizada para obter as nanopartículas de anatase com boa cristalinidade (~95%), pequeno tamanho de cristalito (<10 nm), alta área de superfície (>200 m2.g-1) e excelente seletividade da fase. Em uma segunda etapa do projeto, o nanocatalisador de TiO2 foi depositado, via rota sol-gel, na superfície de NPs de sílica Stöber (diâmetro 200 nm), formando um sistema core@shell (SiO2@ TiO2). O objetivo desse processo foi de se obter melhor estabilidade térmica (1000°C), boa dispersão e menor aglomeração do nanocatalisador (TiO2). As análises de microscopia eletrônica (MEV e MET) confirmaram a formação de uma camada porosa (espessura 10-30 nm) de TiO2 formadas por cristalitos com cerca de 5 nm. Um estudo das propriedades ópticas das amostras SiO2@ TiO2 mostrou que o deslocamento no onset de absorção é função do espalhamento Rayleigh. Finalmente, desenvolveu-se um novo e versátil procedimento LbL para a preparação de filmes multicamadas, porosos e uniformes de TiO2 empregando fosfato de celulose (CP) como polieletrólito eficiente e não convencional. A formação dos filmes (CP/ TiO2 e CP/ TiO2/HPW) foi monitorada por espectroscopia UV/Vis e a interação entre os componentes dos filmes (CP, TiO2 e HPW) foi estudada pelas técnicas MET, XPS e FTIR. Estes filmes LbL apresentaram boa fotoatividade para degradação de ácido esteárico, cristal violeta e azul de metileno sobre irradiação UV. Os filmes CP/HPW formados em celulose bacteriana apresentaram boa resposta fotocrômica, que é aumentada pela presença do TiO2 devido a uma transferência eletrônica interfacial do TiO2 para o HPW. A interface entre nanopartículas de titânia e nanopartículas de ácido fosfotungstico foi pela primeira vez caracterizada por Microscopia Eletrônica de Transmissão como sendo não-cristalina. Este método simples e ambientalmente amigável pode ser utilizado para formar recobrimentos em uma grande variedade de superfícies com filmes fotoativos de TiO2 e TiO2/HPW. / The aim of the present investigation was to prepare and characterize TiO2 and core@shell (SiO2@TiO2) nanoparticles (CSNs) and form layer-by-layer (LbL) films with these nanoparticles (NPs) on various substrates. Firstly, amorphous TiO2 were prepared from oxotitanium (IV) sulfate (TiOSO4) and crystallized by low-temperature hydrothermal treatment (HTT). The effect of hydrothermal temperature and treatment time on crystallinity, particle size and photoactivity of TiO2 was studied. The TEM, XRD and BET surface area analysis confirmed that HTT at temperature as low as 105°C can be used to obtain phase-pure anatase nanoparticles with good crystallinity (~95%), small crystallite size (<10 nm), high surface area (>200 m2.g-1) and excellent phase selectivity. Secondly, TiO2 nanocatalyst was directly deposited, via sol-gel route, on the surface of Stöber silica NPs of around 200 nm in a core@shell (SiO2@ TiO2) configuration to obtain better thermal stability, good dispersion and less agglomeration of the nanocatalyst. SEM and TEM observation confirmed the formation of a porous anatase shell of crystalline TiO2 consisting of around 5-8 nm small crystallites, in accordance with XRD results. The shell thickness was varied between 10-30 nm by varying the quantity of precursor titanium (IV) isopropoxide (TiP). Compared to the uncoated silica, the BET surface area also increased by 147-365% depending on the amount of TiP added during synthesis step. The effect of shell morphology and TiO2 loading on surface area and photoactivity has been studied and compared among different CSNs. Finally, a new and versatile LbL procedure for the preparation of porous and highly dispersed multilayer films of TiO2 and phosphotungstic acid (HPW) on different substrates was developed using Cellulose Phosphate (CP) as an efficient and non-conventional binder. The films formation was monitored by UV/Vis spectroscopy and the interaction between the films components (CP, TiO2 and HPW) was studied by HRTEM, XPS and FTIR techniques. These CP/ TiO2 and CP/ TiO2/HPW LbL films showed good photoactivity against stearic acid (SA), crystal violet (CV) and methylene blue (MB) under UV irradiation. The CP/HPW films formed on bacterial cellulose showed good photochromic response, which is enhanced in presence of TiO2 due to an interfacial electron transfer from TiO2 to HPW. This simple and environmentally safe method can be used to form coatings on a variety of surfaces with photoactive TiO2 and TiO2/HPW films.