Deux types de photocatalyseurs ont été développés et étudiés. Nous avons modifié TiO2 en surface par des nanoparticules métalliques et nous avons synthétisé des sulfures et oxydes de cuivre. Les nanostructures ont été caractérisées par différentes techniques: HRTEM, SEM, XRD, XPS, HAADF-SEM, et TRMC. Leur activité photocatalytique a été étudiée pour la dégradation des polluants modèles: le phénol, la rhodamine B et l’orange de méthyle.Nous avons modifié la surface de TiO2 par des nanoparticules mono- et bimétalliques (induites par radiolyse ou par réduction chimique) afin d'améliorer son activité photocatalytique. Les meilleurs résultats en terme d'activité photocatalytique ont été obtenus avec la réduction par THPC (tétrakis (hydroxy méthyle) de chlorure de phosphonium) et par réduction radiolytique des ions métalliques déposés par de l'urée. La modification en surface de TiO2 par des nanoparticules de Au, Cu et Au-Cu permet l'augmentation de son activité sous la lumière UV. Le dépôt d’une très faible quantité de métal (0,5%) peut augmenter l’activité de TiO2, le coût de préparation des photocatalyseurs est donc relativement faible.Nous avons également développé la synthèse radiolytique de nanostructures de Cu2O et CuS de différentes morphologies. Leur activité photocatalytique a été étudiée. Les nanostructures de Cu2O sous forme d’octaèdres tronqués présentent une activité photocatalytique très élevée sous lumière visible. D’autre part, les nanotubes de CuS présentent à la fois une grande capacité à absorber des colorants et une activité photocatalytique élevée sous lumière visible. / Photocatalysis is recently extensively studied because it implies a variety of potential industrial applications ranging from the hydrogen generation of water splitting to the treatment of waste water. Among all the semiconductors, TiO2 has attracted the most attention. But the rate of the electron-hole recombinations is very important and TiO2 is active only under UV light. Various methods are developed to enhance the photoactivity of TiO2. Other semiconductors like copper oxides and copper sulfides also attracted attention due to their lower band-gaps which allow applications in solar photocatalysis. In this work, different kinds of photocatalysts were developed and studied: surface modified TiO2 with metal nanoparticles and copper sulfides and oxides. The nanostructures were characterized by different techniques: HRTEM, SEM, XRD, XPS, HAADF-SEM, and TRMC. Their photocatalytic activity was studied for degradation of model pollutants: phenol, rhodamine B and methyl orange. Different chemical and radiolytic methods have been investigated to modify the surface of TiO2 by mono- and bimetallic (Au, Cu and Au-Cu) nanoparticles in the aim to improve its photocatalytic activity. The best results in term of photocatalytic activity have been obtained with reduction of THPC (tetrakis (hydroxymethyl) phosphonium chloride) and with radiolytic reduction after deposition with urea. Titania surface modification with Au, Cu and bimetallic Au-Cu NPs enables the increase of the photocatalytic activity under UV light. We have found that very small amounts of metal (0.5% wt.) can activate titania for photocatalytic applications, thus the costs of photocatalyst preparation are relatively low. Radiolytic syntheses of non-TiO2 photocatalysts including Cu2O and CuS nanostructures with different morphologies have been developed. The photocatalytic activity of the synthesized photocatalysts has been studied. Truncated octahedral Cu2O exhibit an excellent photocatalytic activity under visible illumination. CuS nanotubes (NTs) exhibit both a high ability to adsorb dyes and a photocatalytic activity under visible light.

No presente trabalho propõe-se o uso de substratos de Au poli e monocristalinos modificados superficialmente com Pt para o estudo da reação de oxidação de etanol. Serão apresentados os resultados obtidos no estudo da influência da concentração superficial de Pt depositada na distribuição dos produtos da eletrooxidação de etanol. Os resultados mostram que no caso do sistema Pt/Au-poli, a superfície de Au que possui o menor teor superficial de Pt depositada tem uma habilidade maior para quebrar a ligação C-C. Porém quanto menor a quantidade de Pt depositada na superfície de Au, maior o efeito de desativação. Estes comportamentos são explicados pelas estruturas superficiais formadas pelos depósitos. Adicionalmente, são apresentados os resultados obtidos no estudo sistemático da influência de defeitos superficiais nos substratos de Au na atividade catalítica de camadas de Pt. Os resultados sugerem que, mesmo que os substratos de Au não estejam em contato com a solução eletrolítica devido ao grau de cobertura utilizado, a presença de defeitos nos substratos de Au induzem variações na distribuição de produtos resultantes da eletrooxidação de etanol. Mais especificamente, quanto maior é a densidade de defeitos nos substratos de Au a via de produção de ácido acético é favorecida, com a consequênte inibição na produção de CO2. / In this work we propose the use of poly and single crystalline Au surfaces modified with Pt as a model system of core-shell nanoparticles to study the ethanol oxidation reaction (EOR). Results regarding the study of the influence of Pt coverage on the product yields of EOR are presented. The results show that the in the case of the Pt/Au-poly system, the Au surface modified with lower amounts of Pt has a higher ability to break the C-C bond present in the ethanol molecule. On the other hand, deposits having small amounts of Pt suffer a faster deactivation due to CO poisoning. This behavior is explained by the structure adopted by the catalytic layer. Additionally, results regarding the study of the influence of defects on the Au surfaces on the catalytic behavior of Pt layer will be shown. The results suggest that, even though Au active site are not in contact with electrolityc solution, the defects lying under the Pt layer influence the catalytic response of the layer. Specifically, as the step density in the Au substrate increases, the acetic acid path is privileged over the CO2 production path.

Neste trabalho as propriedades físicas e químicas das nanopartículas (NPs) de prata de diferentes tamanhos e formatos são investigadas teoricamente utilizando cálculos de primeiros princípios dentro da Teoria do Funcional da Densidade (DFT), descrita em termos da Aproximação do Gradiente Generalizado (GGA), com o uso de Pseudopotenciais Ultrassuaves (USPP). Uma investigação sistemática das propriedades estruturais, energéticas, eletrônicas e vibracionais (faixa do infravermelho - IR) é realizada para as nanopartículas passivadas e não passivadas. Seguindo as observações experimentais construímos as nanopartículas livres utilizando o empacotamento cristalino FCC nas simetrias octaédrica, cubo-octaédrica, octaédrica truncada e esférica, e, também, na simetria icosaédrica não cristalina. Para avaliar a inuência da dimensão das nanopoartículas em suas propriedades, são investigadas diferentes NPs com diâmetros variando entre 0,3 e 2,9 nm (entre 6 e 561 átomos). No presente estudo, são identicados três regimes característicos associados às dimensões do nanopartículas: (i) inferior a 1,5 nm (até 100 átomos), apresentando forte característica molecular; (ii) entre 1,5 e 2,0 nm (100 e 300 átomos), onde o comportamento molecular é inuenciado pelo caroço cristalino; e (iii) acima de 2,0 nm (mais de 300 átomos), onde as propriedades do cristal são preponderantes, mas com modulação de superfície. Os efeitos da passivação são investigados considerando a adsorção dos radicais metil (CH3) e vinil (C2H3) em NPs menores que 2,0 nm. Nossos resultados sugerem que as propriedades físicas consideradas (energia de formação, comprimentos de ligação e espectros IR) estão fortemente correlacionadas com a coordenação do sítio adsorvido. Os nossos cálculos da energia total sugerem que as adsorções realizadas sobre os sítios de menor coordenação são mais propensas a passivação pelas moléculas dos surfactantes considerados. Outros modelos de simplicação possíveis para a simulação das nanopartículas, como um único átomo ou secções transversais em hemisférios, também são investigados. Os nossos cálculos sugerem que os modelos simplicados devem ser usados com certo cuidado, por não descreverem adequadamente todas as propriedades físicas analisadas. / In this work, physical and chemical properties of silver nanoparticles (NPs) of different sizes and shapes are investigated theoretically using rst principles calculations in the Density Functional Theory (DFT) framework, described in terms of the Generalized Gradient Approximation (GGA), and by using Ultra-Soft Pseudopotentials (USPP). A systematic investigation of energetics, structural, electronic and vibrational (infrared range, IR) properties of both the passivated and nonpassivated nanoparticles are performed. Following experimental observations, free NPs are constructed using the crystalline FCC packing in octahedral, cube-octahedral, truncated octahedral and spherical symmetries, and also in noncrystalline icosahedral symmetry. In order to evaluate the inuence of the nanoparticless size in its properties, different NPs with diameters ranging between 0.3 and 2.9 nm (corresponding to 6 to 561 atoms) are investigated. In this study we identied three characteristics regimes associated with the nanoparticles dimensions: (i) below 1.5 nm (100 atoms) where remarkably molecular aspects are observed; (ii) between 1.5 and 2.0 nm (100 and 300 atoms) where the molecular behavior is inuenced by the core crystallinity; and (iii) above 2.0 nm (more than 300 atoms) where the crystal properties are preponderant, but with surface modulation. Passivation effects are investigated considering the adsorption of the methyl (CH3) and vinyl (C2H3) radicals on NPs smaller than 2.0 nm. Our results suggests that the considered physical properties (formation energy, bond lengths, IR spectra) are strongly correlated to the adsorbed site coordination. Our total energy calculations suggest that lower coordinated adsorption sites are more likely to be passivated by the surfactant molecules considered. Other possible simplied models for simulating NPs, such as a single atom or polar cross sections are also investigated. Our calculations suggest that simplied models might be used with some care, as not all considered physical properties are well described by them.

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.

Neste trabalho foi estudada a viabilidade de preparação do catalisador Au-SnO2/TiO2 pelo método da redução por álcool, o qual apresentou excelentes resultados na preparação de eletrocatalisadores PtSnO2/C aplicados em células a combustíveis. Inicialmente a preparação dos catalisadores Au-SnO2/TiO2 foi efetuada sem modificações em relação a metodologia de preparação dos catalisadores PtSnO2/C por meio da qual foi possível obter nanopartículas de Pt e SnO2 da ordem de 2-4 nm bem dispersas no suporte de carbono. Os resultados iniciais não se mostraram adequados obtendo-se para o catalisador Au/TiO2 nanopartículas de Au da ordem 100-200 nm, enquanto que para os catalisadores Au-SnO2/TiO2 com diferentes % em massa de SnO2, apesar da fase SnO2 apresentar-se bem dispersas sobre o suporte, as nanopartículas de Au apresentaram tamanhos da ordem de 10 nm, sendo desejável nanopartículas menores que 10 nm para a reação preferencial do monóxido de carbono em misturas ricas em hidrogênio (reação CO-PROX). Os catalisadores Au/TiO2, Au/SnO2 e AuSnO2/TiO2 com diferentes % em massa de SnO2 obtidos dessa maneira apresentaram baixa atividade e seletividade na reação CO-PROX. Dessa forma, modificações foram efetuadas na metodologia de preparação por meio de diferentes rotas visando à diminuição e uma melhor dispersão das nanopartículas de Au na preparação do catalisador Au/TiO2. Por meio do uso de citrato de sódio como agente estabilizante e por modificações na forma de adição do precursor de Au foi possível diminuir o tamanho das nanopartículas de Au e melhorar sensivelmente a atividade e a seletividade do catalisador Au/TiO2 na reação CO-PROX. Os catalisadores Au-SnO2/TiO2 foram também preparados por esta nova rota obtendo-se também para estes materiais um menor tamanho de partícula de Au e uma melhor dispersão sobre o suporte TiO2. A atividade catalítica e a seletividade dos catalisadores AuSnO2/TiO2 obtidos por esta nova rota também apresentaram uma melhora significativa na atividade e seletividade na reação CO-PROX. / In this work the feasibility of preparation of the Au-SnO2/TiO2 catalyst by the alcohol reduction method was studied, which presented excellent results in the preparation of PtSnO2/C electrocatalysts applied in fuel cells. Initially the preparation of the Au-SnO2/TiO2 catalysts was carried out without modifications in relation to the methodology of preparation of the catalysts PtSnO2/C through which it was possible to obtain nanoparticles of Pt and SnO2 of the order of 2-4 nm well dispersed in the carbon support. The initial results were not shown to be adequate for the Au/TiO2 catalyst. Au nanoparticles of the order 100-200 nm, while for the Au-SnO2/TiO2 catalysts with different mass% of SnO2, if well dispersed on the support, Au nanoparticles presented sizes of the order of 10 nm, with nanoparticles smaller than 10 nm being desirable for the preferential reaction of carbon monoxide in hydrogen-rich mixtures (CO-PROX reaction). The Au/TiO2, Au/SnO2 and AuSnO2/TiO2 catalysts with different wt% of SnO2 obtained in this way showed low activity and selectivity for CO-PROX reaction. Thus, modifications were carried out in the preparation methodology by means of different routes aiming at the decrease and a better dispersion of the Au nanoparticles in the preparation of the Au/TiO2 catalyst. By using sodium citrate as a stabilizing agent and by modifications in the addition form of the Au precursor it was possible to decrease the size of the Au nanoparticles and to improve significantly the activity and selectivity of the Au/TiO2 catalyst for CO-PROX reaction. The Au-SnO2/TiO2 catalysts were also prepared by this new route obtaining also for these materials a smaller Au particle size and a better dispersion on the TiO2 support. The catalytic activity and selectivity of the Au-SnO2/TiO2 catalysts obtained by this new route also showed a significant improvement in the activity and selectivity for CO-PROX reaction.

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.

Materiais poliméricos têm sido usados em um vasto número de aplicações médicas e farmacêuticas, caracterizando-se como biomateriais. Antes do uso humano, se faz necessário uma criteriosa programação de testes que permitam investigação da segurança do material e avaliação da eficácia e assim, avaliar sua biocompatibilidade. Essa atenção também tem sido aplicada a materiais nanoparticulados, inclusive de constituição polimérica. Sendo assim, antes da liberação destes materiais para uso humano, testes preliminares são feitos in vitro e in vivo, neste caso com experimentação animal. Paralelamente à crescente busca em se manter a segurança biológica, a ciência tem procurado metodologias alternativas para se obter resultados seguros e que possam substituir os obtidos in vivo. Neste contexto, surge grande interesse no uso de culturas celulares, primeiramente em monocamadas e posteriormente, o desenvolvimento de culturas celulares em estrutura tridimensional, mimetizando de maneira mais próxima o que ocorre in vivo. Considerando as diversas vantagens obtidas no estudo de culturas tridimensionais, este estudo teve como objetivo desenvolver tal modelo, visando simular sistemas de avaliação para biocompatibilidade de materiais poliméricos, testando nanopartículas de polibutilcianoacrilato. Foram cultivadas células de fibroblasto e melanócito humanos e células de melanoma (SK-Mel-103) em monocamada e em matriz tridimensional de colágeno tipo I e avaliada a citotoxicidade em 24, 48 e 72 horas das nanopartículas utilizando os testes de Exclusão Azul de Tripan e MTT. Os resultados indicam que as nanopartículas de polibutilcianoacrilato são mais citotóxicas com o aumento da concentração da amostra, assim como o IC50 foi decrescente ao longo dos dias, demonstrando a intensificação da resposta biológica no decorrer do tempo e foram mais citotóxicas para as células de melanoma. Este perfil de aumento de citotoxicidade com o passar do tempo também foi observado no ensaio clonogênico, onde as células foram cultivadas em monocamada e incubadas com a amostra até 14 dias. Os testes de viabilidade celular em cultura tridimensional evidenciaram faixa de IC50 um pouco maior do que em monocamada, demonstrando uma pequena redução na citotoxicidade quando avaliada no ambiente 3D. Foram feitos testes de caracterização do tipo de morte utilizando citometria de fluxo, confirmando os dados dos testes de viabilidade que indicam aumento de morte com o aumento da concentração de teste. A morte acontece por apoptose tardia. Nas concentrações próximas ao IC50, há indicação que as nanopartículas de polibutilcianoacrilato inibem a autofagia em fibroblastos e células de melanomas cultivados em monocamada, característica que é anulada quando o comportamento é avaliado em ambiente tridimensional. Os resultados indicam que nanopartículas de polibutilcianoacrilato podem levar a modificação da resposta celular dependendo da concentração empregada e do ambiente de cultivo das células, mostrando serem promissores o estudo e o emprego de ambiente tridimensional na avaliação de citotoxicidade de nanopartículas poliméricas. / Polymeric materials have been widely used as biomaterials in medical and pharmaceutical applications. Before their use in humans, a number of tests is necessary to investigate the safety and effectiveness of the biomaterial in order to determine its biocompatibility. This attention has been given to nanoparticulate materials, including those of polymeric composition. Thus, in vitro and in vivo preliminary tests are done before these materials are released for human use. In parallel with the concern with biological safety studies, there has been a continuous effort in finding alternative methods to replace the current in vivo animal tests and provide reliable results regarding safety. In this context, great interest arises in the use of cell culture, firstly as monolayer and secondly as three-dimensional cell culture systems that mimic more closely the in vivo morphology. Taking into account all the advantages of three-dimensional cell culture studies, the aim of this work is to develop a three-dimensional model that can effectively evaluate polymeric biomaterials biocompatibility using polybutylcyanoacrylate nanoparticles. Cell culture of human fibroblasts, melanocytes and melanoma cells (SK-Mel-103) were cultured in monolayer and on type I collagen matrix. Polybutylcyanoacrylate nanoparticles cytotoxicity was evaluated in 24, 48 and 72 hours using Tripan Blue and MTT assays and the results found were dose and time-dependent to all cell types. Moreover, melanoma cells were significantly more sensitive to the nanoparticles toxicity. The same profile of cytotoxic response was observed in the clonogenic assay, where cells were cultured in low-density monolayer and incubated with the nanoparticles for 14 days. Cell viability assays in 3D culture had a slightly higher IC50 range when compared to the monolayer results, which suggests a reduction in the nanoparticle cytotoxicity in the 3D environment. Cell death analysis using flow cytometry confirmed the dose-dependent response obtained by cell viability assays. Cell death occurred mostly via late apoptosis. There is suggestive evidence that treatment with polybutylcyanoacrylate nanoparticles in concentrations close to the IC50 inhibits autophagy in fibroblasts and melanoma cells when cultured in monolayers, but this response could not be observed in the 3D environment. Our results showed that polybutylcyanoacrylate nanoparticles can modify cell response depending on the concentration used and the conditions of cell culture. We conclude that the 3D cell culture is a promising method for the evaluation of polymeric nanoparticles cytotoxicity.

O desenvolvimento de nanosensores luminescentes, não tóxicos e biocompatíveis estão sendo utilizados para marcação e visualização de células em biologia celular e imunoensaios ultrassensíveis. Neste trabalho, marcadores biológicos à base de terras raras para a detecção do 17-β-estradiol (E2), em fluido biológico(plasma) foram estudados. Os complexos precursores à base de terras raras (Eu3+ e Tb3+) foram sintetizados e caracterizados. O complexo contendo tta- de Eu3+ e liganteauxiliar TOPO [Eu(tta)3(TOPO)2] registrou a maior eficiência de luminescência dentre todos os demais compostos estudados e foi escolhido como sonda luminescente para desenvolvimento das etapas seguintes deste trabalho. Este complexo foi incorporado às matrizes poliméricas, PMMA e PHB, em diferentes concentrações de dopagens pordois métodos distintos: nanoprecipitação crioscópica e pela técnica de emulsão-difusão. As nanopartículas poliméricas de PMMA demonstraram maior eficiêncialuminescente quando dopadas com concentração de 5% do complexo precursor [Eu(tta)3(TOPO)2]. Estas nanopartículas foram funcionalizadas com 1,6 hexodiamino eposteriormente foram ligadas a um dialdeído que servirá como ponte na reação comas entidades biológicas. No entanto, devido à transferência de energia do sistemaorgânico Ac-Ac/nanossensor, as nanopartículas poliméricas luminescentes de PHBdemonstraram maior intensidade de sinal para a detecção do 17-β-estradiol por espectrofluorimetria. Pode-se concluir que as nanopartículas produzidas e testadasneste trabalho são fortes candidatas para a detecção do 17-β-estradiol em plasma sanguíneo ou outras entidades biológicas, apresentando opções diagnósticas, conduta extremamente importante para direcionamento terapêutico. / The development of luminescent, non-toxic and biocompatible nanosensors are being used for marker and imaging of cells in cellular biology and ultrasensitive immunoassays. In this work, biological markers based on rare earths for detection of 17 β -estradiol (E2), in biological fluids (Plasmon), were studied. The precursor complexes based on rare earths ( Eu3+ and Tb3+) were synthesized and characterized. The complex containing tta Eu3+ and secondary ligand TOPO- [Eu(tta)3(TOPO)2] registered the highest luminescence efficiency among all other compounds studied and was chosen as luminescent probe for the following development stages of this work. This complex was doped into polymer matrices, PMMA and PHB, at different concentrations of doping by two different methods: cryoscopic nanoprecipitation and emulsion-diffusion technique. The PMMA polymer nanoparticles demonstrated higher luminescence efficiency when doped with 5% concentration of the precursor complex [Eu(tta)3(TOPO)2]. These nanoparticles were functionalized with 1,6 diaminohexane and later they were linked to a dialdehyde that will serve as a bridge in the reaction with the biological entities . These nanoparticles were functionalized with 1,6 diaminohexane and later they were linked to a dialdehyde that can serve as a bridge in the reaction with the biological entities. Due to the energy transfer Ac- Ac/nanosensor, the PHB polymeric nanoparticles showed higher luminescence intensity signal for the detection of 17- β -estradiol by spectrofluorimetry. It can be concluded that the nanoparticles produced and tested in this work are strong candidates for the detection of 17β- estradiol in the blood plasma or others biological entities, presenting diagnostic options, an extremely important conduct for therapeutic direction.

O presente trabalho tem como objetivo estudar a produção e caracterização de filmes finos do tipo GeO2-Bi2O3 (BGO) produzidos por sputtering-RF com e sem nanopartículas (NPs) semicondutoras, dopados e codopados com íons de Er3+ ou Er3+/Yb3+ para a produção de amplificadores ópticos. A produção de guias de onda do tipo pedestal baseados nos filmes BGO foi realizada a partir de litografia óptica seguida por processo de corrosão por plasma e deposição física a vapor. A incorporação dos íons de terras-raras (TRs) foi verificada a partir dos espectros de emissão. Análises de espectroscopia e microscopia foram indispensáveis para otimizar os parâmetros dos processos para a construção dos guias de onda. Foi observado aumento significativo da luminescência do Er3+ (região do visível e do infravermelho), em filmes finos codopados com Er3+/Yb3+ na presença de nanopartículas de Si. As perdas por propagação mínimas observadas foram de ~1,75 dB/cm para os guias pedestal em 1068 nm. Para os guias dopados com Er3+ foi observado aumento significativo do ganho na presença de NPs de silício (1,8 dB/cm). O ganho óptico nos guias de onda amplificadores codopados com Er3+/Yb3+ e dopados com Er3+ com e sem NPs de silício também foi medido. Ganho de ~8dB/cm em 1542 nm, sob excitação em 980 nm, foi observado para os guias pedestal codopados com Er3+/Yb3+ (Er = 4,64.1019 átomos/cm3, Yb = 3,60.1020 átomos/cm3) com largura de 80 µm; para os guias codopados com concentração superior de Er3+/Yb3+ (Er = 1,34.1021 átomos/cm3, Yb = 3,90.1021 átomos/cm3) e com NPs de Si, foi observado aumento do ganho óptico de 50% para guia com largura de 100 µm. Os resultados apresentados demonstram que guias de onda baseados em germanatos, com ou sem NPs semicondutoras, são promissores para aplicações em dispositivos fotônicos. / This work aims to study the production and characterization of GeO2-Bi2O3 (BGO) thin films produced by RF-sputtering with and without semiconductor nanoparticles (NPs),doped and codoped with Er3+ or Er3+/Yb3+ ions for the production of optical amplifiers. The pedestal type waveguide production based on BGO thin film was done trough optical lithography followed by reactive ion etching and physical vapor deposition processes. The incorporation of the rare-earth ions was verified from the emission spectra. Spectroscopy and microscopy analysis were indispensable to optimize the processes parameters for the waveguide fabrication. It was observed minimum propagation losses of ~1,75 dB/cm, at 1068 nm for the pedestal type waveguides. Optical gain was also measured in the Er3+/Yb3+ codoped waveguides with and without Si nanoparticles. Optical gain of 8 dB/cm, at 1542 nm, under 980nm pumping were obtained for 80 µm width Er3+/Yb3+ codoped waveguides (Er = 4,64.1019 atoms/cm3, Yb = 3,60.1020 atoms/cm3). For waveguides doped with higher concentration of Er3+/Yb3+ (Er = 1,34.1021 átomos/cm3, Yb = 3,90.1021 átomos/cm3) and containing silicon nanoparticles, it was observed 50% enhancement of the optical gain for 100 µm width waveguides. For the Er3+ doped waveguides, it was observed significant gain enhancement in the presence of silicon nanoparticles (1.8 dB/cm). The present results demonstrate that germanate waveguides, with or without semiconductor NPs are promising for applications in photonic devices.

Neste trabalho de mestrado foram desenvolvidos nanobiocompósitos contendo quitosana (QS) e nanopartículas de prata (AgNPs) para aplicação em matrizes poliméricas com propriedades bactericidas. O trabalho foi conduzido em 4 etapas, sendo: i) a primeira referente ao estudo e escolha do melhor modo de estabilização dos colóides de prata em solução, sendo escolhido o modo de estabilização estérica com a quitosana (QS); ii) a segunda parte está relacionada com um estudo detalhado da interação entre a QS e as nanopartículas de prata (AgNPs) além da otimização da relação QS:AgNPs no nanocompósito para se obter maior ação bactericida; iii) foi também proposta uma rota de síntese na qual não se utiliza-se o Boro Hidreto de Sódio (NaBH4) como redutor, composto altamente reativo, sendo utilizados o citrato de sódio e QS conjuntamente como redutores; iv) inserção do nanocompósito QS:AgNPs em uma matriz de polivinil álcool (PVA). Foram utilizadas as técnicas de espectroscopia UV-vis e FT IR, DLS, Potencial Zeta, MET, DR-X, ensaios microbiológicos de MIC, OD595 e teste de halo de inibição, TGA, DSC e ensaios mecânicos. Concluímos que o uso da QS como agente estabilizante em comparação ao PVA é a mais indicada, devido ao maior número de grupos funcionais interagindo com as nanopartículas de prata. O poder de ação bactericida do nanocompósito QS:AgNPs pode ser aumentado numa certa relação entre ambos, a saber 4:1 em massa. A síntese utilizando citrato de sódio e QS como redutores mostrou a possibilidade da obtenção de nanopartículas de prata pequenas, com tamanho de 2 - 5 nm com estrutura esférica ou maiores. com tamanho de 300 nm, apresentando estruturas dendríticas, dependendo apenas do tempo de reação e concentração de citrato de sódio. A última etapa revelou a possibilidade da inserção do nanocompósito no polímero PVA sem perda significativa das características térmicas e mecânicas do polímero. / The work reported here was aimed at developing chitosan/AgNPs based nanobiocomposits for bactericidal applications. The studies were divided into four main steps, viz.,: i) optimization of the silver colloids stabilition process, in which the use of chitosan resulted in the best stability, ii) a detailed investigation on the interactions between chitosan and AgNPs, as well as the optimization of the chitosan :AgNPs ratio to promote the best bactericidal effect, iii) development of a new synthetic route without using NaBH4, in a search for an environmentally-friendly route, and iv) incorporation of the chitosan:AgNps nanobiocomposites in a PVA matrix for application as smart food packaging. The nanobiocomposites were characterizaed via UV-vis and FT IR spectroscopies, DLS, Zeta potential, TEM and DR-X. Biological essays had also been carried out, as well as tensilestress and thermo analyses (DSC and TGA). The best bactericidal effect was observed for a nanobiocompostie comprising chitosan:AgNPs at a ratio of 4:1 (wt/wt). The synthetic route employing sodium citrate as reducing agent resulted in AgNPs with average diameters of 2 5 nm, as well as bigger nanoparticles with diameters of ca. 300 nm, depending on the reaction time and citrate concentration. The incorporation of the chitosan:AgNPs composites in the PVA matrix resulted in the formation of a bactericidal composite with good mechanical and thermal properties, suitable for applications as smart food packing.