Em 2050, espera-se que a eletricidade mude de 18 para 50% da matriz energética mundial, as fontes de energia renováveis se expandirão quatro vezes da atual capacidade instalada, mas as emissões de CO2 devem ser metade do valor de hoje. Nesse cenário, é imperativo construir novas soluções para o armazenamento de energia que ainda não estão disponíveis hoje e que podem lidar com as demandas previstas. Além disso, o aumento mundial de dispositivos eletrônicos portáteis e portáteis incentiva pesquisas em dispositivos de armazenamento e fornecimento de energia de baixo custo, flexibilidade, peso leve e ambientalmente amigáveis. A fim de efetivamente armazenar e fornecer energia, o avanço da tecnologia de bateria e o supercapacitor é vital para torná-los economicamente mais viáveis para aplicações de comunicações a transporte. A capacidade desses dispositivos em armazenar e redistribuir energia de forma eficaz e eficiente é altamente dependente da engenharia de suas construções e química das interfaces eletrodos / eletrólitos. A alta área de superfície, os eletrodos quimicamente estáveis e o conhecimento da interface de eletrodo / eletrólito são cruciais para baterias e supercondensadores. A fim de ter informações sobre a operação e desenvolver materiais novos e mais eficientes e eletrólitos para dispositivos, uma compreensão química e estrutural abrangente dos fenômenos da interface é fundamental. Neste projeto, buscamos nuclear um Centro de Armazenamento de Energia Avançado, onde vamos estudar baterias e supercapacitores de última geração em condições dinâmicas por espectroscopias Raman e FTIR e raios-X de sincrotron de alta intensidade. Raman e FTIR serão realizados usando fibras ópticas, acoplando célula a espectrômetros, permitindo monitorar as reações durante a carga e descarga de um dispositivo. A difração de raios-X com alta resolução e tempo resolvido será realizada na linha Sirius do LNLS. As técnicas in situ serão desenvolvidas para condições operando para abordar fenômenos interfaciais fundamentais que poderiam ser vinculados com cálculos multiescala e simulações dinâmicas. Esta ferramenta adaptada funcionará em sinergia com a nova síntese de materiais com base em eletrodos de carbono de alta superfície e rápida transferência de carga. O centro também contará com uma forte integração de seus parceiros no Brasil e no exterior para criar uma melhor compreensão da química e engenharia para os dispositivos. O Centro tratará adequadamente da formação de recursos humanos, da transferência de tecnologia e a divulgação de educação e conhecimento seguindo a proposta previamente acordada com nosso HUB situado no LNNano / CNPEM. (AU)

Este projeto de pesquisa FAPESP (jovem pesquisador JP-fase 2) será desenvolvido por uma equipe multidisciplinar com um investigador principal e quatro pesquisadores associados (um deles da NDSU - North Dakota State University, EUA, o outro é da WSU -Washington State University, USA, e dois são de universidades no Brasil), bem como alunos de graduação e pós-graduação. O projeto atual permitirá a ampliação da área de pesquisa criada no jovem pesquisador JP-Fase 1, apoiando o desenvolvimento do tema abordado, neste caso, o uso de materiais como sistemas de liberação controlada. Além disso, a inclusão de pesquisadores associados de universidades internacionais 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 de pesquisadores do pesquisador líder. Neste projeto, propomos desenvolver micro e nanogéis (a partir de reagentes comercialmente disponíveis) à base de polieteraminas alifáticas e bisepóxido para fins agrícolas. Em particular, o uso desses géis para liberação controlada de nutrientes, ou seja, Zn, Co, Mn, Ni, Cu e Mo para germinação. Os géis serão gerados por um processo simples (em etapa única) através da polimerização por agregação de um polímero formado in situ. Além disso, esta metodologia nos permitirá ajustar o tamanho das partículas poliméricas da escala nanométrica para a escala mícron e controlar a água absorvida nos géis simplesmente ajustando a concentração do monômero e a natureza - hidrofílica/hidrofóbica do mesmo. O ajuste no perfil e na cinética de liberação dos nutrientes a partir dos géis poliméricos envolverá seu entendimento tanto do ponto de vista conceitual quanto levará ao desenvolvimento de novos materiais multifuncionais para uso agrícola. (AU)

A espécie Candida albicans é o fungo mais prevalente nos casos de candidíase vulvovaginal (CVV). Atualmente, a terapia disponível para este tipo de infecção envolve a administração de fármacos para os quais se têm observado inúmeros casos de resistência. Em virtude destes fatores, a busca por novas moléculas antifúngicas, dentre elas as derivadas de produtos naturais, é cada vez mais crescente. A hipericina (HIP), uma substância obtida a partir do Hipericum perfuratum, vem demonstrando promissores efeitos biológicos, dentre eles o antifúngico. Todavia, suas características físico-químicas, como baixa solubilidade aquosa em condições de pH ácido e fisiológico, hidrólise rápida em pH alcalino e instabilidade em presença de luz, dificultam o seu emprego, resultando em restrições farmacocinéticas, como baixa absorção por via oral e metabolismo hepático extenso. Sendo assim, estratégias nanotecnológicas como a incorporação da HIP em carreadores lipídicos nanoestruturados (CLNs) dispersos em hidrogéis (HG) termorresponsivos para administração vaginal demonstra ser uma opção interessante para viabilizar o seu uso, uma vez que promovem a proteção do fármaco contra a degradação e aumentam a permanência do mesmo no local administrado. Ademais, a administração vaginal pode ser vantajosa, uma vez que a mucosa vaginal apresenta alta permeabilidade, alta irrigação sanguínea e ausência do metabolismo de primeira passagem, otimizando sua ação local. Este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento farmacotécnico e o estudo da atividade anti-Candida albicans in vitro e in vivo de CLNs dispersos em HG para administração vaginal de HIP. Os CLNs contendo HIP serão caracterizados pela determinação do diâmetro hidrodinâmico médio de partículas, índice de polidispersidade, potencial zeta, microscopia eletrônica de transmissão, espalhamento de raios-X a baixo ângulo e eficiência de encapsulação da HIP. Já para os HG serão empregadas análises de calorimetria exploratória diferencial, reologia, mucoadesão in vitro e seringabilidade. Adicionalmente, será desenvolvida e validada metodologia analítica para quantificação de HIP por CLAE seguido de estudos de liberação, permeação e retenção in vitro das formulações. Serão realizados ensaios biológicos in vitro de atividade antifúgnica empregando cepas de C. albicans e ensaios de citotoxicidade em linhagens de queratinócitos. Por fim, serão realizados ensaios in vivo em modelo de CVV. Em suma, espera-se obter um sistema que apresente potencial para administração vaginal de HIP, trazendo novas perspectivas para o tratamento da CVV. (AU)

Esta proposta visa investigar a metalurgia física e a manufatura aditiva de ligas de titânio aplicadas na obtenção de materiais estruturais com gradientes de propriedades. O Ti e suas ligas exibem amplo conjunto de propriedades interessantes, em particular elevada razão entre resistência mecânica e densidade, alta resistência à corrosão e biocompatibilidade única. Seu comportamento mecânico depende diretamente da precipitação de fases estáveis e metaestáveis, o que permite ajustar propriedades a aplicações específicas. Atualmente, o processamento do Ti e suas ligas têm experimentado desenvolvimento excepcional como resultados da aplicação de novas tecnologias associadas à manufatura aditiva. O presente projeto pretende analisar temas relevantes voltados às ligas de Ti, tais como (i) transformações de fase em ligas de Ti; (ii) manufatura aditiva de ligas de Ti e (iii) preparação de materiais com gradientes funcionais. A estratégia a ser empregada envolverá o desenvolvimento de novas ligas de Ti do tipo beta metaestável e estudos de suas transformações de fases, microestruturas e propriedades. O projeto de ligas será fundamentado em simulação termodinâmica de diagramas de fases, a fabricação de ligas envolverá fusão a arco e manufatura aditiva e o processamento contará com tratamentos termo-mecânicos que propiciem a precipitação da fase alfa por duas rotas: nucleação homogênea envolvendo decomposição pseudo-espinodal ou nucleação heterogênea a partir da fase ômega. Conceitos sobre transformações de fase e manufatura aditiva serão aplicados na obtenção de materiais com gradientes funcionais a partir de ligas de Ti. Pretende-se aplicar técnicas avançadas de caracterização de amostras, em particular microscopia eletrônica de transmissão e difração de raios-X em altas temperaturas. A equipe de trabalho é constituída por pesquisadores experientes nos temas abordados e, também, por pesquisadores em início de carreira. Ao final do presente trabalho, espera-se obter conhecimento que contribua com o aumento do uso do Ti em aplicações com alta densidade científica e tecnológica, em particular, de novas ligas de Ti para aplicações estruturais em diversos setores industriais e principalmente, formar recursos humanos em ligas de titânio e de manufatura aditiva de materiais metálicos. (AU)

Os calorímetros isotérmicos medem a quantidade de energia térmica liberada pelas reações térmicas ao longo do tempo, mantida a temperatura constante. Permitem desta forma acompanhar a cinética de hidratação a diferentes temperaturas a 1 atmosfera. Seu uso na tecnologia de materiais cimentícios inclui estudos da influencia de composição ou parâmetros de processo no calor de hidratação, permitindo, por exemplo, otimizar a formulação do cimento ou o estudo da influencia de aditivos ou outros componentes na cinética de reações químicas. Também fornece dados primários para estudos de tensões térmicas e contribuem para modelos de previsão do desempenho mecânico de cimentos. (AU)

Trabalhos de pesquisa sobre vacinas, incluindo orais, vêm sendo desenvolvidos de forma exitosa, através de uma parceria entre a academia e uma indústria farmacêutica nacional. Essa parceria é um projeto de responsabilidade público-privada, dadas as características de seu processo aberto de pesquisa conjunta e a cessão de patente para uso nacional, sem ônus para o Brasil. Estudos anteriores deram origem a uma abordagem inovadora, científica e tecnológica, que necessita ser ampliada para uso em polivacinas e novas biomoléculas. Estes estudos baseiam-se na utilização de adjuvantes/veículos a base de sílica nanoestruturada a serem disponibilizados para a população, com eficácia superior aos produtos existentes no mercado e menor custo. O presente estudo visa sintetizar, caracterizar e determinar a eficácia de sílicas nanoestruturadas com diferentes estruturas de poros e morfologias para o desenvolvimento de vacinas para difteria e tétano (DT) e Hepatite B para administração por via oral e/ou parenteral e, também, diminuir a toxicidade de toxinas, como já verificado em estudos preliminares. As análises dos produtos vacinais contemplam a possibilidade de diminuição das concentrações das proteínas, diminuição do número de doses, e reavaliações sobre os intervalos de doses em correlação com a indução de memória imunológica efetiva. Estudos preliminares indicam que a SBA-15 possibilita a diminuição de toxicidade de exotoxinas bacterianas e aqui essa característica será estudada incluindo venenos e toxinas de serpentes e de aranha. Além disso, as sílicas serão utilizadas como veículo protetor, a fim de favorecer o efeito da crotoxina (CTX) no controle da dor crônica, sua interferência sobre as respostas imune e inflamatória induzidas pela Encefalomielite Autoimune Experimental (EAE), e em modelos de neuropatia periférica como o de lesão de nervo periférico (PSNL). (AU)

Em 20 anos, espera-se atingir a Era de Ouro do Gás Natural, onde o metano desempenhará um papel de liderança como matéria-prima industrial primária. Assim, esta proposta visa desenvolver conhecimentos fundamentais e aplicados para a conversão catalítica de metano por rotas oxidativas bem como a utilização de CO2, um gás do efeito de estufa presente no gás natural (também proveniente da reforma do metano). Propõe-se uma equipe de coordenação e integração entre grupos que atuam em cinco linhas de pesquisa (RL) como: grupo de catálise química (RL-1) e fotocatálise (RL-2), com o objetivo de abordar os desafios significativos na oxidação parcial de CH4 em metanol. RL-1 envolve design, preparação e caracterização de catalisadores heterogêneos estruturados à base de Cu e Fe como SAPOs, ALPOs, MALPOs e MOFs, construção de reatores e testes catalíticos. Na RL-1, os catalisadores mais promissores serão descritos com cálculos DFT para modelagem de sítios ativos de catalisadores e da interação destes com seus reagentes. RL-2 desenvolverá fotocatalisadores baseados em TiO2, g-C3N4, ZnO, BiVO4 e BiWO3. Estes semicondutores serão preparados e modificados buscando uma superfície com propriedades ideais para oxidação parcial do metano e sem mineralização. A atividade catalítica será avaliada que buscando o desenvolvimento de setups experimentais para analisar a capacidade de controle das reações de oxidação em escalas laboratoriais e piloto. Alternativamente, ao metanol, em RL-3, o metano será utilizado como matéria-prima para a produção de materiais à base de carbono. Estes materiais serão preparados por decomposição catalítica do metano usando metais (Fe, Co, Ni) suportados, usando-se reatores de leito fixo e fluizados. Estes materiais serão modificados visando alcançar propriedades adequadas para aplicações em eletroquímica e como sensores de gases. No que se refere à utilização de CO2, RL-4 estudará a bi-reforma do metano, onde uma mistura de CH4 , H2O e CO2 é transformada em gás de síntese (CO + H2). O grande interesse é o desenvolvimento de novos catalisadores a base de Ni, os quais deverão ser altamente resistentes ao acumulo de carbono e a altas temperaturas para o processamento de gás natural com baixa purificação em relação ao CO2 e H2O. As propriedades dos catalisadores a base de Ni serão modificadas através das propriedades eletrônicas, buscando catalisadores capazes da oxidação de espécies C-por OH em baixas temperaturas abaixo da decomposição de C-H em carbono e também desenvolvimento de catalisadores a base de Ni oxido de ferro para oxidação do carbono formado. No que se refere à utilização de CO2, RL-5 terá como foco o processo de hidrogenação de CO2 em metanol. Pretende-se através da síntese de nanopartículas de Cu decorados com Cu-O-Cu com diferentes tamanhos, composição e grau de cobrimento de oxido, buscar o entendimento estrutural dos catalisadores a base de Cu para se obter alta seletividade para hidrogenação de CO2 a metanol. Análise técnico-econômica e avaliação ambiental também serão aplicadas nos estudos de RL-1, RL-4 e RL-5. (AU)

EMU concedido no processo 2014/21252-0: equipamento de calorimetria exploratória diferencial com modulação e microscopia de reflexão acoplada da Mettler Toledo (AU)

Esta proposta tem como objetivo geral a aquisição de uma Câmera de infravermelho para o estudo de aspectos fundamentais e aplicações envolvendo processos de transferência de calor com mudança de fase. Como objetivos específicos apresentam-se os seguintes: (1) Aplicação de técnicas de termografia infravermelha no estudo dos mecanismos físicos durante a ebulição convectiva em microcanais e no desenvolvimento de dissipadores de calor de elevado desempenho baseados na ebulição convectiva em multimicrocanais; (2) Desenvolvimento de técnicas de instrumentação e controle para transferência de calor com mudança de fase aplicadas em circuitos passivos pulsados; (3) Estudo teórico e experimental sobre a ebulição convectiva e fluxo crítico de calor em canais anulares usando fluido HFC; (4) Estudo da ebulição nucleada de etanol hidratado; (5) Análise da aplicação de nanotecnologia em processos térmicos e de conversão de energia (Proc. FAPESP no 2013/15431-7); (6) Investigação do processo de nucleação homogênea de bolhas em misturas óleo-refrigerante em repouso; (7) Estudo experimental do processo de absorção por filme descendente para a mistura amônia-água; (8) Análise teórica e experimental de parâmetros físicos que influenciam a transferência de calor em evaporadores de filme descendente aplicados a processos de dessalinização da água. (AU)

A caracterização termodinâmica de misturas é de suma importância para aprimorar nossa compreensão da natureza das interações envolvidas entre seus componentes. A calorimetria de titulação isotérmica (ITC) está rapidamente estabelecendo-se como o método de escolha para a realização de tais estudos. O poder do ITC reside na sua capacidade única para medir processos químicos através da detecção da variação de calor. Como as alterações de calor ocorrem em diversos processos físico-químicos, o ITC tem uma ampla aplicação, que vai desde os estudos de associações químicas e bioquímicas a processos mais complexos que envolvem mudanças de entalpia, tais como a cinética de reações enzimáticas e processos de micelização. Várias características do ITC têm facilitado a sua escolha: é um método sensível, rápido e direto, sem exigência de modificação química (como na cromatografia gasosa) ou imobilização, é a única técnica que mede diretamente a entalpia de associação e por isso elimina a necessidade de uma análise de van't Hoff, que pode ser demorada e propensa à grande incerteza nos valores obtidos dos parâmetros termodinâmicos. A literatura mostra a limitação de última análise pois a equação de van't Hoff não prever variação nas características do sistema com aumento da temperatura. É o caso do processo de formação de agregados micelares onde a formação dos mesmos é acompanhada por desidratação dos monômeros e mudança na associação cátion-ânion. Estes processos não são termo-neutros, e devem ser incluídos da medida, como somente acontece no ITC. Outro exemplo importante de uso de ITC é em estudar associações fármaco-receptor e enzima substrato. Para tais estudos a técnica fornece de maneira rápida, direta e precisa valores da estequiometria de associação (n), da constante (Ka) e entalpia (DH°) de associação das espécies de interesse, entre outras. A partir desses valores, se calcula a energia livre (DG°) e a entropia (DS°) de associação, tendo um completo conjunto de dados termodinâmicos em um único experimento. Assim, ao saber qual fator termodinâmico (entálpico ou entrópico) predomina nos citados exemplos de associação, facilita-se a modificação molecular, por exemplo do fármaco no sentido de otimizar a interação desejada entre esse e o seu receptor. Esta solicitação foi originalmente vinculada ao projeto 2014/22136-4 que visa estudar os efeitos de solventes (molecular, SM, e líquidos iônicos, LIs) sobre processos químicos. Novamente, medidas de ITC permitirão determinar as entalpias das interações entre os componentes de misturas binárias LI-água, LI- SM, e os componentes de tais misturas com os reagentes. Como se trata de projeto multiusuário, as justificativas acima foram baseadas em apenas algumas das possíveis aplicações, os eventuais usuários certamente aumentarão a lista de aplicações possíveis, dando força adicional a esta justificativa. (AU)