Biopolímeros de celulose bacteriana e fibroína da seda: biotemplates para a preparação de materiais nanoestruturados para aplicações ópticas

Autor(es)

Molíria Vieira dos Santos

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: Araraquara. 2016-11-07.
• Instituição: Universidade Estadual Paulista (Unesp). Instituto de Química. Araraquara
• Data de defesa: 2016-10-04
• Orientador: Sidney José Lima Ribeiro

Resumo

Entre os polímeros naturais, celulose bacteriana e fibroína da seda oferecem inúmeras oportunidades para funcionalização, processamento e integração biológica. Esta tese apresenta a preparação e caracterização de novos materiais nanoestruturados para aplicações ópticas utilizando celulose bacteriana produzida pela bactéria Gluconacetobacter xylinus, como também em fibroína regenerada extraída de casulos do bicho da seda (Bombyx mori). Primeiramente, membranas de celulose bacteriana secas foram utilizadas para a preparação de nanocristais de celulose (NCC). Os nanocristais de celulose foram processados na forma de filmes espessos e iridescentes nos quais a cor tem origem de padrões periódicos de camadas em uma estrutura nemática quiral criada pelo alto montagem dos bastões cristalinos. Uma vez obtido o filme de NCC, o mesmo foi revestido com um cristal líquido nemático de baixo peso molecular, 4’- (hexiloxi) - 4 - bifenilcarbonitrila (HOBC). O material foi obtido como um filme auto-suportado, iridescente, formado por uma estrutura nematic quiral e que exibe moduladas propriedades em resposta a estímulos externos, tais como, gradiente de temperatura e relativa pequena voltagem elétrica. Imagens de microscopia eletrônica de varredura (MEV) confirmaram a estrutura do filme formada por múltiplos domínios refletores de Bragg. A relação entre a estrutura da superfície e as propriedades de resposta térmica do revestimento de HOBC no filme foram investigadas utilizando microscopia óptica de transmissão (TOM). Além disso, medidas de microscopia de força eletrostática foram empregadas para provas o efeito do estímulo externo, neste caso da voltagem aplicada, no revestimento de cristal líquido HOBC no filme. A segunda parte desta tese envolve a preparação de filmes iridescente luminescentes através da combinação da suspensão de NCC com tetraetoxisilano (TEOS) e uma solução etanólica de rodamina 6G (Rh6G). Estes materiais foram obtidos como filmes compósitos auto suportados com ordenação nemática quiral. As propriedades ópticas dos filmes foram sintonizadas através de mudanças na proporção de sílica/NCC na preparação. Medidas de fotoluminescência em função do ângulo foram realizadas a fim de investigar a influência da estrutura fotônica com ordenação nemática quiral na emissão de luz pelos filmes compósitos. Os resultados demonstraram que a estrutura fotônica dos filmes atuam como um filtro interno causando supressão seletiva da luz emitida com a variação do ângulo de detecção. Este comportamento mostrou-se dependente da posição da banda proibida destes materiais. Por fim, nós preparamos híbridos orgânico - inorgânicos (HOI) baseados em sílica e fibroína da seda. Os materiais foram obtidos em forma de monolitos robustos contendo diferentes concentrações de fibroína. As imagens de MEV apresentam a precipitação de nanofibras de fibroína dispersas dentro dos HOIs. A caracterização estrutural das amostras foi realizada por espectroscopia Raman e ressonância magnética nuclear (RMN) do estado sólido. Os resultados demonstraram que a fibroína precipitada apresenta preferencial conformação folha- β. Nós demonstramos ainda que as nanofibras de fibroína podem ser utilizadas como moldes, atuando com um material de sacrifício para a produção de monolitos de sílica porosos. Os monolitos de sílica porosa dopados com rodamina 6G (Rh6G) exibiram eficiente ação laser aleatório (LA), com baixo limiar laser e estreita largura de banda. A partir do comportamento espectral, infere-se que o LA opera no regime difusivo na rede hierarquia formada por macro e mesoporos. Além deste comportamento, através de análise do espectro de emissão foi observado o acoplamento de dois mecanismos, laser aleatório e espalhamento Raman estimulado, o que sugere que o material obtido também pode ser promissor para aplicações em laser aleatório Raman. (AU)

• Processo FAPESP: 14/12424-2 - Propriedades ópticas de suspensões coloidais e filmes à base de nanoceluloses e lantanídeos
• Beneficiário: Moliria Vieira dos Santos
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado