The replacement of synthetic polymers with renewable content in emulsion polymerization latexes has been a focus of research over the past several decades. Emulsion polymerization is a more sustainable way to produce polymers for films and resins. Starch is a sustainably sourced material that has proven to be extremely useful as a filler, comonomer, and property modifier for polymer latexes. In this thesis, we attempt to incorporate high levels of starch materials into emulsion latex using waxy and dent sourced (cheaper) vinyl-functionalized regenerated starch nanoparticles (RSNPs). When fed as a batch charge, incorporation (by reaction as opposed to blending) of a grade of waxy RSNPs with 3 wt.% polymerizable sugar-based monomer (PSBM) and medium hydrophobicity (S-3-M) into the polymer matrix was 0-10 wt.% for a 15 wt.% RSNP loaded, 40 wt.% solids latex. Semi-batch feeding of the S-3-M RSNPs resulted in stable latex with the highest loadings of 40 and 50 wt.% (40 wt.% solids) with 0-10 wt.% RSNP incorporation into the synthetic particles, while 40 wt.% loading (20 wt.% incorporation) was achieved with a grade of waxy RSNPs with 6 wt.% PSBM and medium hydrophobicity (S-6-M). Strategies were developed to prepare synthetic latexes with high RSNP loadings and moderate incorporation. Dent sourced RSNPs proved difficult to use in emulsion formulations due in part to the higher percentage of water-soluble linear amylose in the nanoparticles. To reduce the chances of coagulation and minimize the viscosity of the final latex it was important to ensure monomer starved conditions, that the only initiator feed occurred at the seed stage of the reaction (to degrade the soluble starch and prevent later stage coagulation), and that a hydrophobic tie-layer was used to assist in removal of soluble starch from the water phase. Although a successful procedure was devised for creating a dent sourced RSNP loaded latex with a viscosity of 250 cp, it was significantly longer than the procedures used with waxy RSNPs (6 h polymerization + 1 h RSNP dispersion). An additional treatment of the RSNP dispersion prior to the polymerization can lower the final latex viscosity to 100 cp. Higher incorporation of vinyl-functionalized RSNPs may be achievable if the covalently bonded PSBM functional groups are resistant to hydrolysis, the amylose and other small MW starches are completely removed from the water phase, and monomers with more appropriate reactivity and hydrophobicity are employed. To this end, maleic and methacrylic anhydride modified RSNPs were prepared and tested in emulsion polymerizations. The maleic anhydride modified RSNPs were successfully loaded into an emulsion latex at 15 wt.% (40 wt.% solids content) resulting in 20-30 wt.% incorporation when utilizing 2-ethylhexyl acrylate as the tie-layer monomer with 2-ethylhexyl acrylate or butyl acrylate/methyl methacrylate/acrylic acid as the shell layer. This work presents the only comprehensive attempt to incorporate RSNPs into synthetic latexes at high loadings and solids with persulfate initiation without the need to severely reduce the RSNP molecular weight. The learning generated provides a framework for continuing research into increasing the incorporation of RSNPs into polymer particles.

A associação de filtros solares a compostos bioativos tem sido estudada com ênfase na última década. Contudo, a solubilidade limitada dos compostos naturais, tais como a rutina, restringe o desenvolvimento de preparações cosméticas seguras, funcionais e estáveis. A proposta deste estudo envolveu a obtenção de nanoestruturas de gelatina (contendo ou não rutina) para aplicação em protetores solares. Os objetivos específicos foram: (1) preparar partículas de gelatina; (2) realizar a caracterização física, físico-química, morfológica, térmica e funcional (in vitro); (3) avaliar a citotoxicidade e a penetração/permeação curtânea in vitro dos sistemas; (4) desenvolver fotoprotetores bioativos de eficácia estimada in vitro; e (5) determinar a segurança e eficácia clínica fotoprotetora das preparações contendo as estruturas proteicas. As nanopartículas apresentaram-se esféricas e com diâmetro médio e índice de polidispersividade variando entre 318,9 ± 6,9 (B-NC) a 442,8 ± 4,9 nm (R-NC) e 0,06 ± 0,03 (B-NC) a 0,12 ± 0,01 (R-NC), respectivamente. Os valores do potencial zeta apresentaram-se entre -28,5 ± 0,9 mV (B-NC) e -26,6 ± 0,5 mV (R-NC). R-NC apresentou eficiência de associação equivalente a 51,8 ± 1,4%. Os ensaios de segurança das nanopartículas evidenciaram perfil citotóxico adequado para aplicação cosmética, bem como, a ausente tendência de penetração/permeação cutânea. Tendo em vista os resultados obtidos in vitro, as nanopartículas contendo rutina apresentaram capacidade antioxidante 74% superior à rutina em seu estado livre e contribuíram para o aumento de 48% do fator de proteção solar (FPS) quando associada à avobenzona (butyl methoxydibenzoylmethane), ao p-metoxicinamato de octila (ethylhexyl methoxycinnamate) e ao octil dimetil PABA (ethylhexyl dimethyl PABA). A avaliação da eficácia clínica das formulações evidenciou a influência da nanopartícula, sem adição do flavonoide, na proteção da pele contra a formação do eritema UV induzido. Por meio da avaliação dos aspectos funcionais, foi possível constatar, in vitro e in vivo, que a adição das nanopartículas em sistemas fotoprotetores influenciou seu perfil de transmitância da radiação UV, bem como, seus efeitos sobre o eritema UV induzido. Os resultados obtidos apresentaram perspectivas de aplicação prática no desenvolvimento de produtos cosméticos fotoprotetores associados a substâncias bioativas, por meio de plataforma nanotecnológica. / Especially, in the last decade, the association of chemical filters and bioactive compounds has been studied by several authors. However, the limited solubility of natural compounds, such as rutin restricts the development of safe and stable cosmetic preparations. The aim of this work was the development of gelatin nanoparticles (with or without rutin) as an ingredient in sunscreens. The specific goals were: (1) the development of rutin-loaded gelatin nanoparticles; (2) to perform the physical, physical-chemical, morphological, thermal and functional (in vitro) analysis; (3) to assess the cytotoxicity and skin penetration / permeation in vitro of the nanoparticles; (4) to develop bioactive sunscreens and to perform the in vitro photoprotection efficacy assay; and (5) to evaluate the in vivo sun protection factor (SPF) of the formulations. The nanoparticles were spherical with an average size and polydispersive index between 318.9 ± 6.9 nm (B-NC) at 442.8 nm ± 4.9 (R-NC), and 0.06 ± 0, 03 (B-NC) to 0.12 ± 0.01 (R-NC). The zeta potential values were high and negative, ranging from - 28.5 ± 0.9 mV (B-NC) and -26.6 ± 0.5 mV (R-NC). R-NC entrapment efficient was 51.8 ± 1.4%. The nanoparticle safety assessment showed a cytotoxic profile suitable for cosmetic application, as well as the absent trend of penetration/ permeation of the skin. The in vitro results indicated that the rutin-loaded gelatin nanoparticles increased 74% the antioxidant profile in comparison with free rutin and also increased 48% the SPF (in vitro) when combined with butyl methoxydibenzoylmethane, ethylhexyl methoxycinnamate and ethylhexyl dimethyl PABA. The assessment of the clinical efficacy assays showed the influence of blank nanoparticle in the protection of the skin against UV-induced erythema response. It was established in vitro and in vivo that the addition of gelatin nanoparticles in sunscreens influenced its UV transmittance profile, as well as its anti-erythema effects on the skin. The results have practical application in the development of sunscreen with bioactive ingredients and at the design of an innovative ingredient with a chemopreventive profile.

De modo geral, os materiais termoplásticos são sensíveis à radiação ultravioleta (UV), a qual provoca mudanças em suas estruturas químicas, afetando suas propriedades, principalmente as mecânicas, e características de aparência. A radiação ultravioleta (10-400 nm), em especial na faixa entre 290- 400 nm, é bastante agressiva aos materiais plásticos resultando na quebra de cadeias e/ou reticulação. Para aplicações agrícolas, são fatores críticos para envelhecimento: a radiação solar total, temperatura, umidade relativa do ar, esforço mecânico, presença de agroquímicos, poluição do ar e a combinação desses fatores. Os aditivos estabilizantes de luz são adicionados aos plásticos para aumentar a durabilidade do produto final. Existem diversos sistemas estabilizantes de luz, desenvolvidos de acordo com a resina, aplicação final, tipo de cultivo e outras características. Além dos estabilizantes convencionais, como por exemplo, benzofenona, benzotriazol e as moléculas do tipo aminas estericamente bloqueadas (HALS), existem também aditivos inorgânicos baseados em nanotecnologia. Este estudo avalia diferentes sistemas de aditivos: HALS, nano carbonato de cálcio (nCaCO3 ou NPCC), nano óxido de zinco (nZnO) e nano dióxido de titânio (nTiO2), aplicados a 0,25 % e 0,75 % (em massa) em polietileno de baixa densidade linear (PEBDL) e copoliéster alifático aromático. As amostras foram envelhecidas em QUV-B simulando 6 meses de exposição à intempérie. Foram realizados testes de resistência à tração, termogravimetria (TG), calorimetria exploratória diferencial (DSC), índice de carbonila, espectroscopia na região do infravermelho com transformada de Fourier (FT-IR), microscopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia de força atômica (AFM) e espectroscopia de absorção na região de ultravioleta e visível (UV-VIS). As propriedades das amostras não envelhecidas foram comparadas as envelhecidas para avaliar o desempenho dos vários sistemas de aditivos sobre o comportamento da degradação das amostras. Como resultado deste estudo, concluiu-se que há viabilidade da aplicação de nanopartículas como aditivos estabilizantes de luz (anti-UV), em especial o nZnO. Contudo, a aditivação do tipo HALS ainda mostrou-se mais eficaz, considerando os polímeros, sistemas de aditivação e proporções utilizadas. / Usually, the thermoplastic materials are sensitive to ultraviolet radiation (UV), which produces changes in their chemical structures, affecting their mechanical properties and appearance characteristics. Ultraviolet radiation (10- 400 nm), in particular range between 290-400 nm, is extremely aggressive to plastic materials resulting in breaking chains and/or crosslinking. For agricultural applications, are critical factors for aging: the total solar radiation, temperature, air relative humidity, mechanical stress, agrochemicals presence, air pollution, and combinations of these factors. Light stabilizers additives are added to plastics to increase the durability of the final product. There are several light stabilizers systems, developed according with the resin, final application, the type of plantation and other factors. In addition to the conventional stabilizers, such as benzophenone, benzotriazole and molecules like hindered amine light stabilizer (HALS), there are also inorganic additives based on nanotechnology. This study evaluates different additive systems: hindered amine light stabilizer (HALS), nano calcium carbonate (nCaCO3 or NPCC), nano zinc oxide (nZnO) and nano titanium dioxide (nTiO2), applied 0.25 % and 0.75 % (in mass) in linear low density polyethylene (LLDPE) and aliphatic-aromatic copolyester. The samples were aged in QUV-B simulating 6 months of exposure to weather. Tests of tensile strength, thermogravimetry (TG), differential scanning calorimetry (DSC), carbonyl index, spectroscopy in the infrared Fourier transform (FT-IR), scanning electron microscopy (SEM), force microscopy atomic (AFM) and absorption spectroscopy in the ultraviolet and visible region (VIS-UV) were carried out. The properties of non aged samples were compared with aged samples in order to evaluate the performance of various additive systems on behavior of samples degradation. As result of this study, it was concluded that there is viability of nanoparticles application as light stabilizers additives (anti-UV), in particular the nZnO. However, the properties of HALS still showed to be more effective, considering the polymers, additives systems and proportions used.

Um dos maiores desafios da Implantodontia é manter a osseointegração e a saúde dos tecidos peri-implantares após a instalação da prótese. Para que uma reabilitação sobre implantes tenha longevidade é necessário que se realize a manutenção da saúde dos tecidos peri-implantares. Existe uma relação direta entre o acúmulo de biofilme e a presença da inflamação desses tecidos, denominada mucosite. Essa condição pode evoluir para uma peri-implantite. A proposta deste estudo foi encontrar uma solução preventiva às doenças peri-implantares, através do controle do biofilme. Avaliou-se a ação antibacteriana de três tipos de revestimentos nanoestruturados com prata aplicados à superfície de discos de titânio frente a cepas de microrganismos peri-implanto-patogênicos. Após determinado o melhor revestimento, analisou-se, também, se a quantidade de prata (3 ou 6 camadas) melhorava sua ação antimicrobiana. Foram confeccionados discos de titânio divididos em 4 grupos: titânio sem deposição (controle), titânio com deposição de solução coloidais de prata e sílica (Si02), titânio com deposição de solução coloidal hidrotermalizada de prata e dióxido de titânio (TiAg) e titânio com deposição de solução hidrotermalizada somente com dióxido de titânio (TiAa). Testou se a efetividade da atividade antimicrobiana dos revestimentos estudados por meio da contagem das colônias bacterianas, encontradas na superfície das placas de ágar sangue. Para permitir uma contagem correta do crescimento das colônias, realizou se diluição seriada e, após incubação a 37°C em anaerobiose, a contagem do número de colônias e, posteriormente, o cálculo das unidades formadoras de colônia (UFC/mL). Após determinação do melhor revestimento, foram desenvolvidos biofilmes monoespécie sobre discos de titânio com 3 e 6 camadas do revestimento SiO2, além dos grupos controle positivo (C.positivo) e negativo (C.negativo), utilizando as cepas Streptococcus gordonii. A atividade microbiana nos biofilmes foi determinada pelo método de XTT. Utilizou-se três discos de cada grupo por teste (triplicata) e realizado a leitura em espectrofotômetro à 450 nm e 492 nm. Os resultados obtidos com cepa de A. actinomycetemcomitans, apresentaram diferença estatística (p<= 0,01) entre o grupo controle (branco) e os grupos teste. Observou-se um maior número de bactérias A.a na superfície branca quando comparado com as superfícies nanoestruturadas com prata, sendo que o grupo SiO2 foi o que apresentou melhor resultado. Notou-se, também, que houve uma maior quantidade da bactéria P.gingivalis na superfície dos discos brancos quando comparado com os grupos com revestimentos nanoestruturados com prata. As bactérias S.aureus e F.nucleatum , porém, não apresentaram redução nos discos com filmes nanoestruturados quando comparados ao disco sem revestimento. Os discos com 6 camadas do revestimento SiO2 apresentaram eficiência semelhante a clorexidina 0,12%, na redução do biofilme da S.gordonii. Conclui-se que os revestimentos nanoestruturados com partículas de prata foram efetivos na redução de UFC/ml das bactérias A. actinomycetemcomitans e P.gingivalis, com o melhor resultado observado com revestimento SiO2. A concentração da prata interferiu positivamente nos resultados com a bactéria S.gordonii. / One of implantology\'s major challenge is to maintain the osseointegration and health of the peri-implant tissues after the installation of the prosthesis. To ensure implant rehabilitation\'s longevity it is necessary to maintain the health of the peri-implant tissues. There is a direct relationship between the accumulation of biofilm and the presence of inflammation of these tissues, called mucositis. This condition can progress to peri-implantitis. The purpose of this study was to find a preventive solution to peri-implant diseases through biofilm control. For this, the antibacterial action against strains of peri-implant-pathogenic of three types of nanostructured coatings with silver applied to the surface of titanium discs microorganisms was evaluated. After determining the best coating, it was also analyzed whether the amount of silver (3 or 6 layers) improved its antimicrobial action. Titanium disks were divided into 4 groups: titanium without deposition (control), titanium with deposition of colloidal solution of silver and silica (SiO2), titanium with deposition of colloidal hydrothermalized solution of silver and titanium dioxide (TiAg) and titanium with deposition of a hydrothermal solution only with titanium dioxide (TiAa). The effectiveness of the coatings was tested by counting the bacterial colonies found on the surface of the blood agar plates. In order to allow a correct colony count, a serial dilution was performed and, after incubation at 37 ° C in anaerobiosis, counting the number of colonies and, later, calculating the colony forming units (CFU / mL). After determination of the best coating, monospecies biofilms were prepared on 3 and 6 layer titanium discs of the SiO2 coating, in addition to the positive control (C.positive) and negative (negative) groups, using Streptococcus gordonii strains. The microbial activity in biofilms was determined by the XTT method. Three disks of each group were used per test (triplicate) and the spectrophotometer read at 450 nm and 492 nm. The results obtained with A. actinomycetemcomitans strain presented a statistical difference (p<=0.01) between the control group (blank) and the test groups. A higher number of A.a bacteria was observed on the blank surface when compared to the nanostructured surfaces with silver, and the SiO2 group showed the best results. It was also noted that there was a greater amount of P.gingivalis bacteria on the surface of the blank discs when compared to the groups with nanostructured coatings with silver. The bacteria S. aureus and F. nucleatum, however, did not present reduction in the discs with nanostructured films when compared to the disc without coating. The 6- layer discs of the SiO2 coating presented similar efficiency to 0.12% chlorhexidine in reducing the S. gordonii biofilm. We concluded that nanostructured coatings with silver particles were effective in reducing CFU/ml of A. actinomycetemcomitans and P.gingivalis bacteria and the best result was observed with SiO2 coating. The concentration of silver interfered positively decreasing S.gordonii bacteria number.

Neste trabalho, anticorpos anti-IgGh foram conjugados às nanopartículas de prata (NPAg) para detectar imunoglobulina G humana (IgGh). Um imunoensaio colorimétrico baseado na diminuição da agregação devido ao aumento da repulsão eletrostática após a interação ligante-alvo. A agregação é induzida pela variação da força iônica e uma mudança da coloração da suspensão coloidal de amarelo para vermelho pode ser observada. Na presença de IgGh, a agregação é inibida e a coloração da suspensão coloidal não se altera. As nanopartículas foram obtidas por meio de cinco procedimentos diferentes e caracterizadas por espectroscopia UV-Vis, espalhamento dinâmico de luz, difração de raios-X e microscopia eletrônica. Glicose e borohidreto de sódio foram utilizados como agentes redutores, enquanto CTAB e &#946;-ciclodextrina foram utilizados como estabilizantes. Citrato de sódio foi utilizado como agente redutor e/ou estabilizante. Nanoesferas de carbono foram obtidas por tratamento hidrotérmico de uma solução aquosa de glicose e também foram utilizadas no preparo das nanopartículas. As nanopartículas foram funcionalizadas com ácido mercaptossuccínico e a conjugação ocorreu devido à interação entre grupos aminas e grupos carboxílicos ionizados, presentes no anticorpo e agente de acoplamento, respectivamente. A estabilidade dos conjugados e o efeito da adição de IgGh foram avaliados para todos os sistemas preparados. As nanopartículas de prata preparadas com borohidreto de sódio e citrato de sódio foram selecionadas para serem aplicadas no desenvolvimento do imunoensaio e as condições experimentais foram avaliadas. Em condições ótimas, observou-se uma correlação linear entre a diminuição da agregação do sistema (NPAg-anti-IgGh) e a concentração de IgGh (0 a 200 ng mL-1). O limite de detecção foi estimado em 25 ng mL-1. O método colorimétrico apresentou boa seletividade para a detecção de IgGh. Além disso, foi obtido um resultado satisfatório ao aplicar o método para determinação do fator IX de coagulação. Foi desenvolvido também um método para determinação de ATP baseado na agregação de nanopartículas de ouro. Aptâmeros foram utilizados como elemento de reconhecimento. Em princípio, o método pode ser aplicável à determinação de outros analitos, por meio da substituição do aptâmero utilizado neste trabalho pelo oligonucleotídeo específico para o alvo de interesse. / In this work, antibodies to human immunoglobulin G (anti-IgGh) were used in combination with silver nanoparticle (NPAg) to detect IgGh. A colorimetric immunoassay based on the decrease of aggregation due to increased electrostatic repulsion upon ligand-target interaction. Aggregation was induced by varying the ionic strength and the solution of NPAg-anti-IgGh shows obvious visible color change from yellow to red. In the presence of IgGh aggregation the nanoparticle is inhibited and coloration of the colloidal solution does not change. The nanoparticles were obtained using five different procedures and they were characterized by UV-Vis spectroscopy, dynamic light scattering, X-ray diffraction and electron microscopy. Glucose and sodium borohydride were used as reducing agent, as CTAB and &#946;-cyclodextrin reagents were used as stabilizers. Sodium citrate was used as reducing and stabilizing agent. Carbon nanospheres were prepared by hydrothermal treatment of glucose and used in the preparation of NPAg. The nanoparticles were functionalized with dimercaptosuccinic acid and their conjugation occurred due to the interaction of positively charged amine groups and anionic groups (-COO-) present on the antibody and coupling agent. The stability of conjugates and the variation of aggregation in the presence of IgGh were evaluated for all systems. The NPAg prepared by sodium borohydride were selected for use in the immunoassay and the optimum conditions of the assay were investigated. Under the optimal conditions, the ration between the absorbance at 396 nm and 564 nm was linearly proportional to the IgGh concentration on a range from 0 to 200 ng mL-1, with a detection limit of 25 ng mL-1. The colorimetric method showed good selectivity for IgGh detection. It was possible to adapt the method to the determination of other proteins, such as factor IX. In another approach, anti-aptamer ATP was used to develop a colorimetric method for the determination of ATP based on stabilization of gold nanoparticles provided by strands of DNA.The strategy was based on stabilization of nanoparticles due to interaction with single strands of DNA, and the change of the stability of the nanoparticles provided by the conformational change of the aptamer following recognition. This method could in principle be used to detect analytes by substituting the aptamer used in this study by the specific aptamer for the target of interest

Pretendeu-se, com este trabalho, estudar a síntese e o desenvolvimento de nanopartículas de prata, utilizando o método de Turkevich com algumas modificações. Dada a importância dessas nanopartículas no atual desenvolvimento científico, é de grande valia o melhor entendimento dos mecanismos que regem a síntese e desenvolvimento das nanopartículas de prata. Neste método, nitrato de prata sofre redução pelo citrato de sódio, numa mistura aquecida e bem agitada, para formar as nanopartículas. Amostras dessa mistura foram coletadas em vários intervalos de tempo, e reservadas para análises de concentração de prata por ICPAES, absorbância UV-Vis, imagens de MEV e distribuição de tamanhos por DLS. Com essas análises, foi possível estabelecer uma relação direta entre os valores de absorbância e os de conversão de prata. Também foi possível propor uma rota de desenvolvimento das nanopartículas, mostrando que, durante esse desenvolvimento, as partículas apresentam diferentes morfologias, tamanhos e tendência a formar aglomerados. Dependendo da aplicação das nanopartículas de prata, é possível interromper a reação quando elas apresentarem as características mais favoráveis. / It was intended, with this work, to study the synthesis and development of silver nanoparticles using the Turkevich method with some modifications. Given the importance of these nanoparticles in the current scientific development, it is of great value the better understanding of the mechanisms governing the synthesis and growth of silver nanoparticles. In this method, silver nitrate is reduced by sodium citrate, in a well-stirred and heated mixture to form nanoparticles. Samples of this mixture were taken at various time intervals, and reserved for analysis of silver concentration by ICP-AES, UV-Vis absorbance, SEM images and size distribution by DLS. With these analyzes, it was possible to establish a direct relationship between the absorbance values and the conversion of silver. It was also possible to propose a synthesis and growth pathway of the silver nanoparticles, showing that during this development, the particles have different morphologies, sizes and tendencies to form agglomerates. Depending on the application of silver nanoparticles, it is possible to stop the reaction when they have the most favorable characteristics.

Magnetic Resonance Imaging (MRI) is the most prominent non-invasive technique used in clinical diagnosis and biomedical research. Its development as an imaging technique has been aided by contrast agents (CAs) which enhance contrast to noise ratio in the images. This dissertation deals with paramagnetic lanthanide- and superparamagnetic iron-based nanoparticles (NPs) which are potential CAs at clinical field of 3 T and a high field of 9.4 T. Chapter 1 provides a brief overview of colloidal nanoparticles, with an emphasis on their surface chemistry and magnetic properties for bio-applications. Chapter 2 employs europium as an optical probe to illustrate the contribution of inner, second and outer sphere relaxation towards longitudinal and transverse relaxivities of paramagnetic NP-based CAs. Chapter 3 investigates the positive and the negative contrast enhancement abilities and magnetization of paramagnetic NPs comprising a core of sodium dysprosium fluoride with a sodium gadolinium fluoride shell. Their surface chemistry is tuned to target prostate cancer specifically. The application of these NPs is further extended in Chapter 4 to track an intraneuronal protein called tau following mild traumatic brain injury. Chapter 5 deals with facile synthesis and long-term stability of superparamagnetic iron NPs for their potential application as CAs. Chapter 6 illustrates the concept of MRI correlation using ‘T1-only’ and ‘T2-only’ NPs. Chapter 7 investigates on the dynamics involved in the phospholipids coating the surface of NPs. Chapter 8 concludes on the work detailed in the previous chapters and outlines the future outlook. / Graduate / 2020-01-15

O presente trabalho envolve a análise experimental do efeito da deposição de nanopartículas por meio da ebulição em piscina na molhabilidade e na textura da superfície. Inicialmente, este estudo apresenta uma análise da literatura sobre métodos de avaliação do ângulo de contato, preparo de nanofluidos, procedimentos de avaliação da rugosidade e possíveis efeitos que a deposição de nanopartículas tem sobre a textura da superfície. Verificou-se para as superfícies recobertas com nanopartículas ângulos de contato próximos a zero e comportamento dinâmico para gotas de água depositadas sobre elas. Desta forma, optou-se por avaliar a molhabilidade qualitativamente através da análise da velocidade de espalhamento de uma gota depositada sobre a superfície recoberta. Caracterizou-se também a massa de nanopartículas depositadas, a morfologia e a rugosidade das superfícies. Efetuou-se o recobrimento das superfícies por meio da ebulição em piscina de nanofluidos a base de água deionizada contendo nanopartículas de Al2O3 (10, 20-30 e 40-80 nm), Cu (25 nm) e SiO2 (15 e 80 nm) para concentrações volumétricas de 0,001, 0,01, 0,1 e 0,5%, submetidos a tempos de ebulição de 15, 30, 45 e 180 minutos em superfícies de alumínio e aço inoxidável. Como resultado final deste estudo concluiu-se que a rugosidade superficial e a molhabilidade se elevam com a deposição das nanopartículas. Além disso, a molhabilidade aumenta com o incremento da área da superfície recoberta com aglomerados. / The present study concerns an investigation on the wettability and the surface texture behavior of flat aluminum and stainless steel plates covered with porous thin-films of nanoparticles obtained through pool boiling of nanofluids. Since the contact angle of the obtained surfaces is small and in many cases the deposited droplet exhibits a dynamic behavior, dynamic top-down analyses of spreading droplets were performed. Evaluations were performed of nanoparticles mass deposition on the sample, surface roughness and micro-structural with an SEM (Scanning Electron Microscopy). Experiments were performed for nanofluids containing nanoparticles of Al2O3 (10, 20-30 and 40-80 nm), Cu (25nm) and SiO2 (15 and 80 nm) for volumetric concentrations of 0.001, 0.01, 0.1 and 0.5% for pool boiling time set to 15, 30, 45 and 180 minutes over aluminum and stainless steel plates. As a final result of this study it was found that surface roughness and wettability increase with the deposition of the nanoparticles. In addition, the wettability increases with increasing of the surface area covered with clusters.

Submitted by Angela Maria de Oliveira (amolivei@uepg.br) on 2019-02-12T15:41:23Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Cristiano Santos Lopes.pdf: 29539894 bytes, checksum: f1c58591825997b77f26dff47e244408 (MD5) / Made available in DSpace on 2019-02-12T15:41:23Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Cristiano Santos Lopes.pdf: 29539894 bytes, checksum: f1c58591825997b77f26dff47e244408 (MD5) Previous issue date: 2018-10-24 / Os nanofluidos plasmônicos tem sido empregados em diversas aplicações nos mais variados campos, como por exemplo, fluidos de arrefecimento, coletores solares e agentes teranósticos. Dentro desta área, o entendimento da difusividade térmica é extremamente importante e as diversas técnicas que existem para a sua determinação podemoferecerresultados divergentes.O usodetécnicasfototérmicasapresentamuma grande sensibilidade para medir vários parâmetros dos nanofluidos. Neste trabalho, nanopartículasesféricasdepratacomtamanhomédiode32nmforamsintetizadaspelo métododeTurkevicherevestidascomosurfactantePolivinilpirrolidona(PVP).Medidas de índice de refração não linear e difusividade térmica de nanofluidos de prata foram realizadas por meio das técnicas de Z-Scan e Lente Térmica. Conseguimos obter uma relação entre o índice de refração com a frequência, e também da difusividade térmica com a concentração de nanopartículas. Estes resultados foram corroborados uma vez que a técnica utilizada neste trabalho foi replicada para a análise da difusidade térmica da água, cujo valor adquirido está de acordo com o valor já conhecido na literatura. / Plasmonic nanofluids have been used in several applications in many different fields, such as cooling fluids, solar collectors and theranostic agents. Related to this area, the understanding of thermal diusivity is extremely important and the various techniques that exist for its determination can offer divergent results. The use of photothermal techniques shows presents a great sensitivity to measure various parameters of nanoflu- ids. In this work, silver spherical nanoparticles with a average diameter of 32 nm were synthesized by the Turkevich method and coated with the surfactant Polyvinylpyrroli- done (PVP). Nonlinear refractive index and thermal diffusivity measurements of silver nanofluids were performed using the Z-Scan and Thermal Lens techniques.We obtained a relation that describe the dependence of the refractive index index of refraction with the frequency and also for of the thermal diffusivity with the nanoparticles concentration. These results were corroborated since the technique used in this work was replicated for the water thermal diffusion analysis, whose obtained value is in agreement with the expected literature value.

Com o desenvolvimento da nanociência e da nanotecnologia, as nanopartículas magnéticas vêm sendo cada vez mais gerado interesse devido as inúmeras possíveis aplicações na área de catálise, diagnóstico, pigmentos, sensores, etc. Atualmente, as nanopartículas com potencialidade de aplicação em biomedicina que pode se destacar os as ferritas magnéticas os quais apresentam comportamento superparamagnético a temperatura ambiente. Além dos ligantes funcionais, as nanopartículas magnéticas são geralmente recobertas com polímeros orgânicos ou inorgânicos, destacando-se a sílica, nessa última classe. O sistemas as nanopartículas magnéticas recobertas com sílica formando um sistema casca-caroço, possibilita que o núcleo magnético se mantenha protegido por uma camada polimérica que pode conter grupos funcionais ativos, formando hidridos orgânicos-inorgânicos que devido a sua propriedade hidrofóbica ou hidrofílica dependendo da natureza do ligante de modificação de superfície. Este trabalho foi desenvolvido com intuito de obter nanopartículas magnéticas de ferrita MFe2O4, com (M= Fe, Co, Ni e Cu) com controle de tamanho, forma, composição química e estrutural, dos quais foram sintetizados pelo método de decomposição térmica utilizando diferente precursores metálicos para adequação das melhores condições de síntese. As ferritas magnéticas foram recobrimento com sílica, modificando da superfície da partícula e possibilitando caráter hidrofílico ao sistema casca-caroço, apresentando uma melhor estabilidade coloidal em dispersão aquosa devido a presença de grupos silanois na superfície, bem como uma recobrimento uniforma com apenas um núcleo magnético sem formação de aglomerados. A funcionalização com o grupo o trietoxivinilsilano, através de reações de condensação via catálise básica ou ácida, formou uma rede polimérica Si-O-Si, sendo que a presença do grupo vinil (-CH=CH2) livre na a superfície do sistema casca-caroço foi evidenciado através da técnica de FTIR. Portanto foi possível a obtenção de um sistema hibrido orgânico-inorgânico com a superfície contendo grupo que podem ser reativos, abrindo a possibilidade da utilização deste material para futuros testes de aplicações como sensor multifuncional. / In recent decades the development of nanoscience and nanotechnology, magnetic nanoparticles have been increasingly generated interest due to the numerous possible applications in the field of catalysis, diagnosis, pigments, sensors, etc. Currently, the nanoparticles with potential of application in biomedicine that can stand out the magnetic ferrites which have superparamagnetic behavior at room temperature. In addition to the functional binders, magnetic nanoparticles are generally coated with organic or inorganic polymers, especially silica in the latter class. The magnetic nanoparticle systems covered with silica forming a shell-core system allow the magnetic core to remain protected by a polymeric layer that may contain active functional groups, forming organic-inorganic hydrides that due to its hydrophobic or hydrophilic property depending on the nature of the surface modifying binder. This work was developed to obtain magnetic nanoparticles of MFe2O4 ferrite, with (M = Fe, Co, Ni and Cu) control of size, shape, chemical and structural composition, of which were synthesized by the thermal decomposition method using different precursors to suit the best conditions of synthesis. The magnetic ferrites were coated with silica, modifying the surface of the particle and allowing a hydrophilic character to the shell-core system, presenting a better colloidal stability in aqueous dispersion due to the presence of silane groups on the surface, as well as a uniform coating with only one magnetic core without formation of agglomerates. The functionalization with the triethoxyvinylsilane group, through condensation reactions via basic or acid catalysis, formed a Si-O-Si polymer network, and the presence of the free vinyl group (-CH=CH2) on the shell surface was observed by FTIR technique. Therefore, it was possible to obtain an organic-inorganic hybrid system with the surface containing the reactive group, opening the possibility of using this material for tests of future applications as multifunctional sensor.