Esta proposta está dividida em dois tópicos complementares: os efeitos da irradiação por laser femtosegundo nas propriedades de sensoriamento de gás de semicondutores do tipo n e p, e heteroestruturas como ferramenta para minimizar a interferência da umidade nas propriedades de sensoriamento. Nanoestruturas modificadas por laser femtosegundo e heteroestruturas com diferentes morfologias foram preparadas no projeto de pós-doutorado em curso (FAPESP 2023/07486-8). Essas amostras serão utilizadas para preparar filmes espessos (através da técnica de screen-printing) nos quais serão realizadas as caracterizações elétricas. A influência das diferentes atmosferas na estrutura de defeitos e propriedades elétricas de amostras de ZnO, NiO e CeO2 irradiadas por laser femtosegundo será investigada. Além disso, heteroestruturas compostas pelos semicondutores mencionados acima com diferentes morfologias com NiO, óxido de grafeno reduzido (RGO) e MoS2 serão investigadas. Eventualmente, outras possíveis heteroestruturas serão estudadas. As amostras serão caracterizadas sob atmosferas oxidantes e redutoras, como O2, CO, H2, VOCs, entre outras, e a influência da umidade no desempenho dos sensores será avaliada pelo controle da porcentagem de umidade relativa dentro da câmara de teste durante os experimentos. A espectroscopia de impedância complexa (CIS) e as medições de sensoriamento de gás serão usadas para obter informações sobre a sensibilidade, seletividade e temperatura de trabalho dos filmes espessos, bem como a estrutura de defeitos. Os resultados experimentais serão discutidos em termos de morfologia, heterojunções, modificações estruturais geradas pela irradiação e tipo de semicondutor, esclarecendo os mecanismos básicos de condução responsáveis pela detecção de gás.

O tratamento convencional de água para remover elementos potencialmente tóxicos (EPTs) não consegue capturar eficientemente os íons metálicos tóxicos da água contaminada. Neste contexto, membranas adsortivas contendo nanopartículas podem ser uma abordagem promissora para remover EPTs em água contaminada. No entanto, se as nanopartículas forem encapsuladas ou não se dispersarem homogeneamente por toda a matriz polimérica, a eficiência do sistema de captura de EPT será comprometida. Assim, este projeto visa modificar quimicamente a superfície de nanocelulose/nanoargilas para melhorar sua dispersão por toda a matriz inserindo grupos funcionais criados por irradiação de plasma de baixa temperatura em suas superfícies. Variações de gases durante a irradiação de plasma, como SF6, O2 e Ar/NH3, serão realizadas, bem como outros parâmetros, para atingir a modificação de superfície desejada das partículas com capacidade aprimorada de remover os íons metálicos tóxicos. Depois, essas nanopartículas modificadas serão introduzidas dentro da matriz de poli(ácido láctico) (PLA) para fabricar os nanocompósitos adsorventes obtidos pelo processo de eletrofiação, avaliando posteriormente suas propriedades intrínsecas e aplicações como adsorventes. As investigações primárias da dispersão das nanopartículas através da matriz polimérica serão baseadas em análises microscópicas, como MEV, MET, MEV-EDS e MEV-FEG). Além disso, espera-se que uma erosão da superfície da membrana nanocompósita a partir de plasma de baixa temperatura usando ar exponha os sítios ativos das nanopartículas modificadas, aumentando sua capacidade de capturar EPTs. O efeito dessa irradiação de plasma nos aspectos morfológicos e estruturais e nos testes de sorção do cromo hexavalente (Cr6+), como testes de sorção de equilíbrio, avaliação de pH e estudos cinéticos, serão investigados e relacionados à eficiência do sistema. Esses resultados ajudarão a compreender o desempenho adsorvente das nanopartículas modificadas e membranas nanocompósitas não tratadas e tratadas com tratamento de plasma de ar frio. Espera-se que tal método de irradiação de plasma frio possa criar grupos funcionais ativos na superfície das nanopartículas, promovendo sua dispersão homogênea na membrana polimérica e, ao mesmo tempo, aumentando a aplicabilidade dessas membranas para reter e adsorver Cr6+. (AU)

Materiais carbonáceos, incluindo fibras de carbono (FC), são amplamente empregadps em diferentes aplicações eletroquímicas por suas propriedades como baixa densidade, boa condutividade e grande área superficial. Modificações, como a incorporação de polímeros condutores como a polianilina (PAni), podem melhorar seu desempenho. Recentemente, um novo compósito FC/PAni/Pb foi desenvolvido e aplicado como cátodo em baterias de chumbo-ácido. Este compósito aproveita a reorganização estrutural induzida por adsorção de Pb2+ em PAni para inibição da reação de evolução de hidrogênio (HER). Propomos estender esta abordagem utilizando outros íons metálicos para aplicações onde o HER também é um problema, como redução CO2 (usando Sn, Cu e Co como catalisadores) e redução de N2 (usando Fe como catalisador). A análise de espectroscopia de absorção de raios X (XAS) oferece a possibilidade de entender sobre como os íons metálicos se integram à estrutura FC/PAni. Esta técnica revela coordenação e ligações de átomos metálicos dentro do compósito. Além disso, a realização de XAS in situ/operando proporciona uma compreensão mais profunda do mecanismo de adsorção durante os processos eletroquímicos, apoiando o desenvolvimento de materiais para aplicações do mundo real e preenchendo a lacuna entre a pesquisa e a comercialização. Esta proposta visa melhorar a compreensão do impacto do Pb e outros íons metálicos (Sn, Cu, Co e Fe) adsorvidos no compósito FC/PAni usando XAS in situ/operando. Os principais objetivos destas investigações são: i) os potenciais eletroquímicos necessários para a adsorção/dessorção de íons metálicos, e ii) mudanças estruturais durante processos eletroquímicos.

O selênio (Se) é um oligoelemento essencial para os seres humanos e um componente de proteínas biologicamente importantes, como enzimas antioxidantes. No entanto, a deficiência de selênio nas dietas afeta atualmente mais de 15% da população mundial. Uma das soluções destinadas a aumentar o conteúdo de selênio nos alimentos produzidos em áreas deficientes em selênio é a biofortificação de plantas com este elemento. Os compostos de selênio mais utilizados são sais inorgânicos de selênio (por exemplo, selenito (Na2SeO3) e selenato (Na2SeO4) de sódio, sendo o selenito mais viável devido ao seu baixo custo), pois as plantas podem transformar essas formas inorgânicas de selênio em selênio-aminoácidos biodisponíveis. Por esse motivo, a combinação de selênio com compostos bioativos e fitoquímicos em diferentes culturas é considerada uma nova tendência no desenvolvimento de alimentos funcionais. No presente plano de trabalho, serão sintetizados nanogeis poliméricos baseados em polieteramina e epóxido, para serem utilizados na biofortificação de plantas com selênio (Se) através de aplicação foliar e no solo. Serão preparados nanogeis carregados com diferentes concentrações de selênio inorgânico (selenito (Na2SeO3) e selenato (Na2SeO4)) e serão aplicados nas culturas durante sua fase de crescimento. Será realizada uma caracterização físico-química dos nanogeis poliméricos puros e carregados com espécies de selênio, utilizando dispersão dinâmica de luz (DLS), potencial Zeta (¶), microscopia eletrônica de transmissão (TEM) e dispersão de raios X a baixo ângulo (SAXS). Será quantificado o conteúdo total de selênio, clorofilas, carotenoides e a concentração de nutrientes minerais nas culturas. A especiação química do selênio e sua distribuição nas culturas serão estudadas por cromatografia líquida de alta resolução (HPLC) acoplada à espectrometria de massa com plasma acoplado indutivamente (ICP-MS), espectroscopia de absorção de raios X (XAS) e microanálise de fluorescência de raios X (¼-XRF).

A nanobiotecnologia vegetal é um campo de pesquisa científica em rápido avanço. No entanto, nossa compreensão dos mecanismos pelos quais as nanopartículas penetram nas superfícies das plantas, nas células vegetais e nas organelas permanece limitada. Neste projeto, iremos sintetizar e caracterizar nanogéis a base de de polieteraminas alifáticas e epóxido para entrega eficiente de agentes ativos. Em particular, avaliaremos a eficácia desses géis para fornecer um bioestumulante à base de cobre-Cu às sementes e às folhas. Os géis serão preparados por um processo simples de etapa única através da polimerização por agregação de um polímero formado in situ. O atual projeto avançará na pesquisa sobre nanogéis amina-epóxido para aplicações agrícolas na tese do doutorando. Além disso, trabalhar ao lado de pesquisadores associados de uma universidade internacional será de extrema importância para i) o desenvolvimento e discussão dos resultados do projeto, ii) internacionalização do programa de pós-graduação da UNIFRAN, e iii) expansão da rede profissional do pesquisador principal. No estágio final do BEPE-DD este projeto poderá contribuir para o avanço da aplicação de nanomateriais na ciência agrícola e fornecer insights de como as partículas poliméricas de amina-epóxido podem beneficiar o desenvolvimento das plantas e resistir aos estresses climáticos.

A busca da população por produtos de origem natural tem aumentado a cada dia, o que acabou auxiliando no aumento de pesquisas envolvendo o uso de polímeros naturais. Um exemplo disso é a preocupação com o tipo de material utilizado na produção de embalagens para alimentos para poder atender a demanda do consumidor por produtos com qualidades superiores, mais seguros e com maior tempo de pratileira. Com base nisso, o presente trabalho tem como objetivo geral a produção de filmes para embalagens de alimentos utilizando polímeros naturais de baixo custo, como gelatina, goma xantana e celulose. Para melhorar as propriedades de processabilidade e elasticidade desses materiais, serão empregados dois plastificantes diferentes, glicerol e limoneno. Adicionalmente, os filmes serão modificados em uma face por ataque por plasma de oxigênio, produzindo um material com características físico-químicas diferentes em cada face. Além disso, o tratamento por plasma pode levar à criação de reações de reticulação entre os polímeros, o que pode melhorar as propriedades de barreira do material.Por fim, substâncias não intencionalmente adicionadas (NIAS) e substâncias intencionalmente adicionadas (IAS) serão determinadas e quantificadas por meio de técnicas analíticas específicas visando atingir os requisitos estabelecidos para a segurança alimentar. Este projeto aborda a execução de um estágio no Departamento de Química Analítica da Universidade de Zaragoza, Espanha. Os resultados que podem ser obtidos com este projeto podem contribuir com dados significativos para entender as NIAS e IAS que podem ser originadas do uso de biopolímeros, diferentes plastificantes e por tratamento de plasma na produção de materiais de embalagem alimentárias, o que é de extrema importância para atender aos requisitos de segurança alimentar estabelecidos.

O titânio e suas ligas oferecem ampla gama de propriedades mecânicas devido à sua metalurgia física, permitindo a obtenção de gradientes de rigidez através de tratamentos térmicos em peças com ou sem gradientes composicionais. A liga Ti-42Nb, pertencente às ligas ² metaestáveis, é menos suscetível a tratamentos térmicos, apresentando microestrutura dúctil com baixa resistência mecânica e baixo módulo de elasticidade. Por outro lado, a liga Ti-5553, também metaestável, é mais sensível aos tratamentos térmicos, resultando em elevada resistência à tração após envelhecimento em temperaturas moderadas. A técnica de fusão seletiva a laser (PBF-LB) permite a combinação de pós das duas ligas, criando microrregiões com diferentes composições e propriedades mecânicas. A combinação de duas ligas distintas de titânio leva a uma rigidez variável, e esta abordagem tem sido explorada para desenvolver materiais com propriedades melhoradas. Este estudo tem como objetivo investigar o desempenho eletroquímico de amostras obtidas a partir da combinação desses pós metálicos e analisar amostras submetidas a tratamentos térmicos. A análise eletroquímica também será realizada em amostras com gradientes de rigidez, variando a composição ao longo do comprimento das peças.

A poluição da água tornou-se uma preocupação séria nas últimas décadas devido às altas taxas de geração de águas residuais contendo diferentes poluentes. Entre os principais poluentes das águas residuais, destacam-se os elementos potencialmente tóxicos (EPT), como os íons metálicos que têm levado a numerosos problemas de saúde. Essa situação desperta cada vez mais atenção da sociedade e das autoridades, devido à persistência desses elementos no meio ambiente, mais especificamente em águas. A sorção tem se mostrado eficaz para remover esses íons, e os sistemas de ciclodextrinas tem apresentado potencial para suprir a síntese de adsorventes de baixo custo para remover contaminantes em águas. O objetivo deste estudo será desenvolver compósitos de poli(±-ciclodextrina) e poli(²-ciclodextrina) incorporando nanoargilas brasileiras, especificamente Brasgel (Br) e Chocobofe (Cb), para a remoção de íons metálicos tóxicos, sendo eles Cu2+, Mn2+ e Ni2+. As ciclodextrinas serão produzidas utilizando um agente reticulante, e diferentes concentrações de argilas (0, 5% e 10%, em massa) serão testadas para a remoção dos contaminantes. Análises da composição química, morfologia e capacidade de sorção de poluentes metálicos serão realizadas tanto para os sistemas de nanoargilas quanto para as ciclodextrinas puras e com inorgânicos. Espera-se que as alterações nas argilas promovam o aumento da área superficial, buscando obter um compósito funcional com propriedades estruturais/mecânicas e permitam seu uso em ciclos de alta capacidade de captura e recuperação de íons metálicos tóxicos em águas contaminadas. Além disso, pretende-se elucidar o mecanismo de sorção e dessorção de contaminantes por meio do estudo com modelos isotérmicos.

O câncer continua a ser um desafio de saúde global predominante, afetando significativamente milhares de vidas em todo o mundo. Entre os vários tipos de câncer, o câncer da pele representa uma fração considerável dos diagnósticos, sendo que os carcinomas melanoma constituem 21% destes casos. Apesar da sua incidência relativamente baixa, os melanomas são notavelmente letais, exibindo uma relação mortalidade/incidência de 17,6%. Os tratamentos convencionais contra o câncer muitas vezes são insuficientes devido aos efeitos colaterais adversos e ao surgimento de resistência aos medicamentos, o que leva à investigação de modalidades terapêuticas alternativas, como as terapias à base de luz. A terapia fotodinâmica (TFD) utiliza fotossensibilizadores ativados por luz (FS) para produzir espécies reativas de oxigênio (ERO), visando e erradicando seletivamente as células tumorais. Em contraste, a terapia fototérmica (TFT) opera independentemente dos níveis de oxigênio, tornando-a eficaz contra tumores hipóxicos, convertendo a luz em calor após a ativação, elevando subsequentemente as temperaturas locais para eliminar o tecido canceroso. De forma inovadora, agentes fototérmicos como nanopartículas de ouro recobertas com sílica (AuSHINs) podem ser combinados com moléculas de FS para criar nanoestruturas sinérgicas que amplificam os resultados terapêuticos, infligindo danos mais extensos aos tecidos malignos. Este estudo propõe o desenvolvimento de tais nanoestruturas sinérgicas conjugando AuSHINs com o FS violeta de metileno 3RAX (VM), produzindo AuSHINs@VM@. Para aumentar a especificidade para células de melanoma, essas nanoestruturas serão ainda funcionalizadas com anticorpos CD146 (AuSHINs@VM@Ab), especificados para células tumorais, incluindo melanoma. A pesquisa visa avaliar os efeitos combinados de TFD e TFT, juntamente com a ação direcionada de AuSHINs@VM@Ab em células de câncer de pele melanoma (linhagem celular A375). A eficácia dessas nanoestruturas será avaliada através de citometria de fluxo e microscopia confocal de fluorescência para células A375 após incubação com AuSHINs@VM@Ab, fornecendo insights sobre seu potencial como tratamento direcionado de dupla modalidade para melanoma.

A poluição e a escassez de recursos não renováveis têm impactado diretamente a sociedade, causando danos à saúde pública e ao ambiente, além de desestabilizar a economia. Com esse cenário preocupante, é de grande importância a implantação de processos eficazes para produzir materiais sustentáveis a partir de resíduos agrícolas, sendo um desafio tanto do ponto de vista acadêmico, quanto da indústria. Nesse sentido, existe o interesse crescente no aproveitamento de resíduos para a produção de carvão ativado (CA). Carvões ativados (CAs) são materiais carbonosos, altamente porosos e não grafíticos, amplamente utilizados como adsorventes, devido às suas extensas áreas superficiais. As suas características físicas e químicas são dependentes dos métodos de produção, ativação e da natureza do precursor. No entanto, existe uma limitação no uso de CA relacionada ao seu elevado custo de produção. A pirólise por micro-ondas é um processo que se destaca, devido aos curtos tempos de tratamento térmico, caracterizando-o como um processo energeticamente mais sustentável, em comparação aos métodos convencionais de condução e convecção, devido à sua rapidez. Somado a isso, o uso de resíduos agrícolas para a obtenção de novos materiais, contribui para uma economia sustentável, pois agrega valor aos referidos resíduos. Neste contexto, esta proposta visa produzir CA em um forno de micro-ondas industrial, a partir de resíduos agrícolas na presença de diferentes agentes químicos ativantes. Em seguida, os CAs obtidos serão caracterizados e testados como adsorventes na purificação de água. Posteriormente, os CAs serão regenerados, para avaliar o número de ciclos de utilização sem perda significativa das suas características. O CA com melhor desempenho será utilizado para produzir CA magnético, que será também testado como adsorvente, com a vantagem da maior facilidade de recuperação após a sua utilização. Além disso, serão produzidos CA e CA magnético por micro-ondas em maior quantidade, para serem utilizados como carga na produção de compósito quando retornar ao Brasil. Os resultados obtidos durante este estágio permitirão fazer uma análise comparativa dos CAs produzidos utilizando um forno micro-ondas industrial com controle rigoroso de condições experimentais com CAs produzidos utilizando um forno micro-ondas doméstico adaptado, que a pesquisadora vem utilizando no Brasil.