Etapa 2 - P3 2017
Shema de realizare a proiectului
Faza nr. 23
Responsabil: Dr. Carmen Ristoscu
Termen de predare: 15.09.2017
Titlu: "Funcționalizarea suprafeței implanturilor utilizând nanocompoziții cu proprietăți complementare: material bioactiv (biosticle) cu medicament (antibiotic)"
Rezumat: Suprafețele tip implant au fost funcţionalizate cu biomateriale prin tehnici laser pulsate în vederea creșterii rezistentei la coroziune. În același tip, au fost introduse în biomaterialul activ antibiotice pentru o livrare țintită a acestuia dar şi pentru a mări timpul de eliberare în organism. Caracterizările fizico-chimice şi biologice au validat ipotezele de lucru. Antibioticele comerciale au fost comparate cu produse tradiţionale din medicina Ayurveda. Efectul antimicrobian, prelungit şi fără efecte adverse, a fost demonstrat prin teste biologice dedicate.
Faza nr. 24
Responsabil: Dr. Monica Scarisoreanu
Termen de predare: 15.09.2017
Titlu: "Sinteza prin piroliză laser de nanoparticule carbonice şi doparea sau acoperirea lor cu platină, utilizând tehnici chimice ude, ca materiale active pentru filtre catalitice"
Rezumat: Au fost sintetizate prin tehnica de piroliză laser mai multe tipuri de nanoparticule pe bază de carbon folosind diverşi precursori, senzitivanţi şi configuraţii de injectare ale acestora în zona de reacţie. Astfel, nanoparticulelele rezultate au avut structură fullerenică (din C2H4 si N2O) sau au conţinut pachete grafenice (din C2H2 şi SF6, la un raport atomic C/F=3) ori au fost dopate cu fier (din C2H2 ca şi precursor majoritar sub formă de flux coaxial şi amestec Fe(CO)5 + C2H4 minoritar, central) sau azot (din C2H2 şi NH3, raport atomic C/N=2). Toate acest nanoparticule fiind hidrofobe, s-au folosit substanţe hidrofilizante polimerice policationice (chitosan, poli(clorură de dialildimetilamoniu) PDADMAC sau polietilenimină PEI ramificată protonată) sau surfactant neionic Triton X-100 (în cazul CNx) pentru a obţine dispersii apoase omogene şi a adsorbi anionii de [PtCl6]2-din soluţie. Nanoparticule foarte fine de Pt s-au format apoi în urma reducerii acestora cu NaBH4 pe suprafeţele carbonice. Pasul următor de centrifugări (14000 rpm) şi spălări repetate ale suspensiilor rezultate a dus la eliminarea excesului de polimer/surfactant şi agent reducător dar în unele cazuri şi la pierderea de nanoparticule de Pt. Dimensiunea foarte redusă (2...5 nm) a nanoparticuleor de Pt a fost evidenţiată prin analize de TEM, iar prezenţa platinei metalice la suprafaţa nanoparticuleor carbonice evidenţiată prin măsurări de XPS.
Faza nr. 25
Responsabil: Dr. Cătălin Luculescu
Termen de predare: 15.09.2017
Titlu: "Aplicaţii ale spectroscopiei laser pentru industria alimentară"
Rezumat: În acest studiu am urmărit diverse aplicaţii ale spectroscopiei Raman legate de industria alimentară. Spectroscopia Raman s-a dovedit a fi un instrument analitic valoros atât pentru identificarea, cât şi pentru estimarea cantitativă neinvazivă a compuşilor relevanţi în industria alimentară. Am analizat aditivi reprezentativi (TiO2) în diverse forme de prezentare, lactate de la diverşi producători de pe piaţa românească (unt) şi diverse fructe (citrice).
Faza nr. 26
Responsabil: Dr. Ruxandra Birjega
Termen de predare: 10.12.2017
Titlu: "Imobilizarea enzimei glucoxidază pe filme de Ni,Al-LDH"
Rezumat: În această etapă s-a studiat modalitatea de imobilizare a glucoxidazei (GOD) în filmele de hidroxizi dublu stratificaţi în scopul obţinerii de filme/electrozi modificaţi folosiţi ca referinţă pentru compararea de electrozi pe bază de Ni,Al-LDH ne-enzimatici. Pentru studiile prospective asupra imobilizării glucoxidazei în filme de hidroxizi dublu stratificaţi depuse prin PLD s-a ales metoda adsorbţiei. S-a studiat de asemenea, rolul cointercalării unui surfactant, dodecilsulfatul de sodiu (DSS) în favorizarea imobilizării GOD. S-a lucrat cu 3 soluţii:
1) 1 soluţie concentrată de GOD 10 mg/mL
2) 1 soluţie diluată de surfactant dodecilsulfat de sodiu (DSS), 0.25 mg/mL
3) 1 soluţie 1 :1 de GOD 10mg/mL şi DSS 0.25 mg/mL
Rolul surfactantul dodecilsulfat este ca, prin cointercalarea lui, să favorizeze intercalarea enzimei. Imobilizarea glucoxidazei s-a realizat pe filme de hidroxizi dublu stratificaţi pe bază de Ni, Al, raport molar Ni/Al=3 depuse prin PLD la 532 nm respectiv 1064 nm. Modalitatea de preparare a ţintei folosite la depunere, condiţiile de depunere şi caracterizarea filmelor sunt descrise în etapa anterioară (filme notate Ni3Al 532 nm, respectiv Ni3Al 1064 nm). Pentru a înţelege modalitatea de imobilizare a GOD şi rolul pe care îl poate juca dodecilsulfatul s-a comparat comportarea filmelor de Ni3Al-LDH cu filme pe bază de Mg, Al respectiv Mg, Al intercalat cu dodecilsulfat. Probele au fost analizare prin spectroscopie în infraroşu cu transformata Fourier (FT-IR) şi microscopie electronică prin baleiere (SEM).
Concluzia cercetării a fost că glucoxidaza se intercalează cu o probabilitate mai mare în filmele de Ni, Al-LDH şi mai puţin în cele de Mg, Al modificat sau nemodificat cu DS datorită afinităţii Mg, AL-LDH pentru carbonat. Funcţionalizarea filmelor cu DS poate să favorizeze intercalarea enzimei dacă filmul prezintă un grad de delamelare avansat.
Faza nr. 27
Responsabil: Dr. Gabriel Socol
Termen de predare: 20.12.2017
Titlu: "Testarea activității fotocatalitice a structurilor funcționalizate pentru aplicații în depoluarea apelor"
Rezumat: Au fost sintetizate prin depunere laser pulsată (PLD) trei loturi de acoperiri TiO2 în diferite atmosfere gazoase (O2 - MO, N2- MN și Ar - MA) utilizând un laser cu excimer KrF* (λ= 248 nm și τFWHM = 10 ns), aplicând o rată de repetiție de 40 Hz. Pentru a obține informații relevante cu privire la morfologia, topografia și structura cristalină, acoperirile astfel obținute au fost analizate prin microscopie electronică de baleiaj (SEM), microscopie de forță atomică (AFM) și respectiv difracție de raze X (XRD). Micrografiile SEM de suprafață, aflate în concordanță cu rezultatele AFM, au scos în evidență diferențe morfologice în funcție de natura gazului ambiant din timpul depunerii. Caracterizarea microstructurală a probelor de TiO2 a evidențiat prezența unui amestec de faze anatas și rutil cu cristalinitate scăzută, cu mențiunea că peak-ul principal este cel de la 25,36°, corespunzător planului anatas (101). Mai mult, activitatea fotocatalitică a acoperirilor de TiO2 a fost evaluată prin teste de degradare ale unor soluții de rodamină B (pH = 7) expuse la radiație UV, folosind o lampă cu Hg ce emite la 254 nm, în prezența acoperirilor TiO2 (MO, MN și MA). De menţionat că, spre deosebire de acoperirile TiO2 depuse la presiuni mai joase și caracterizate prin structură compactă şi rugozitate scăzută, doar cele obţinute la presiune mare au prezentat activitate de degradare fotocatalitică a rodaminei B.
Faza nr. 28
Responsabil: Dr. Carmen TISEANU
Termen de predare: 20.12.2017
Titlu: "Nanosisteme dopate cu lantanide pentru aplicaţii de imagistică cu raze X"
Rezumat: Raportul de faţă conţine studiile noastre privind luminescenţa relevantă din punct de vedere biologic a nanoparticulelor dopate cu lantanide pentru aplicaţii în teranostică şi senzori de temperatură. Luminescenţa în infraroşu în jurul valorilor de 980 şi 1500 nm a fost obţinută cu excitare optică şi cu raze X în mai multe gazde oxidice dopate cu lantanide, cum ar fi: CeO2, Y2O3, Lu2O3 şi Gd2O2S. De asemenea, am obţinut „cvasi” luminescenţă persistentă a Eu şi Sm în SnO2 cu timpi de viaţă ai emisiei de ordinul zecilor de ms. Prezentăm, de asemenea, un prim raport asupra proprietăţilor termometrice ale microparticulelor de Gd2O2S dopat cu Er, Yb cu excitare în infraroşu aproapiat prin conversie superioară în jur de 980 şi 1500 nm măsurate în intervalul de temperaturi 280-800 K. Proprietăţile de termometrie sunt evaluate utilizând atât excitarea în continuu (cw) şi în impulsuri de ns cât şi variaţia lungimii de undă de excitare în profilul de absorbţie al Yb/Er. Deşi sensibilitatea la temperatură este putin mai mică la 1500 nm decât la 980 nm, datele noastre reprezintă o primă etapă în deschiderea aplicaţiilor termometrice ale acestui material la două intervale de excitare în infraroşu apropiat relevante biologic. Nanoparticulele au fost optimizate prin utilizarea mai multor strategii: co-doparea cu ioni monovalenţi (Li), modificarea concentraţiei activatorului dopant (Er: 0.3 ÷ 7%), utilizarea unui co-dopant sensibilizator (20% Yb) şi variaţia temperaturii de calcinare. Am arătat că amplificarea emisiilor prin adăugarea Li în Ln, Li-Y2O3 se datorează exclusiv îmbunătăţirii cristalizării şi nu distrugerii structurii locale. Rezultatele noastre au fost publicate în patru reviste ISI: (1) J. Phys. Chem. C. (2017) 121 (26), 14274–14284, (2)Sci. Rep. (2017) 7 (1) 9598, (3) Methods Appl. Fluoresc. (https://doi.org/10.1088/2050-6120/aa9ef9) and (4) J. Alloys Compd. (2017) 711, 627-636.
Faza nr. 29
Responsabil: Dr. Emanuel Axente
Termen de predare: 20.12.2017
Titlu: "Funcţionalizarea suprafeţelor prin acoperiri combinatoriale de biopolimeri pentru nanomedicină"
Rezumat: O nouă generaţie de biomateriale implantabile trebuie să conţină suprafeţe şi interfeţe inteligente, capabile să moduleze comportamentul celular şi mai mult, să poată rezolva direct probleme clinice specifice. În cadrul acestui raport am investigat şi prezentăm cercetări recente în domeniul sintezei laser combinatoriale de filme subţiri de biopolimeri cu gradient compoziţional pentru aplicaţii biomedicale. Vom prezenta pe scurt principalele clase de biopolimeri şi importanţa unor astfel de filme subţiri pentru aplicaţii ca ingineria tisulară şi fabricarea de medii instructive pentru celule. Metoda Combinatorială de Evaporare Laser Pulsată Asistată Matriceal este descrisă, urmată de o selecţie de aplicaţii şi rezultate recente pentru nanomedicină.
Faza nr. 30
Responsabil: Dr. Cristina GHEORGHE
Termen de predare: 20.12.2017
Titlu: "Efecte de compoziţie şi structură asupra proprietăţilor de absorbţie şi emisie a lantanidelor în medii monocristaline şi policristaline de grenaţi micşti"
Rezumat: Investigaţii spectroscopice pe ioni Dy3+ dopaţi în Ca3(Nb,Ga)5O12 (CNGG) şi Ca3(Li,Nb,Ga)5O12 (CLNGG) monocristale şi ceramici au fost efectuate în scopul evaluării ca materiale laser pentru emisie în galben, pentru prima dată. Monocristalele au fost crescute prin metoda Czochralski, iar probele ceramice au fost obţinute prin metoda reacţiei în stare solidă. Toate probele au fost investigate din punct de vedere spectroscopic (static şi dinamic). Parametrii de intensitate Judd-Ofelt obţinuţi din tranziţiile f-f ale Dy3+ în monocristale de tip CNGG şi CLNGG au fost utilizaţi pentru a determina ratele totale ale tranziţiilor radiative Ar, rapoartele de ramificare ß şi timpii radiativi τr ai nivelelor fluorescente ale ionilor Dy3+. Pe baza spectrelor de absorbţie şi emisie la temperaturi joase a fost obţinută o schemă parţială de nivele pentru Dy3+ in CNGG şi CLNGG. A fost determinată secţiunea eficace de emisie în cazul tranziţiei 4F9/2→6H13/2 cu emisie în galben. Cinetica emisiei măsurată la temperatura camerei a fost analizată cu ajutorul modelului Inokuti–Hirayama, iar rezultatele sugerează că interacţiile de dipol-dipol sunt responsabile pentru procesele de transfer de energie între ionii Dy3+ dopaţi atât în CNGG cât şi în CLNGG.
Faza nr. 31
Responsabil: Dr. Lucian GHEORGHE
Termen de predare: 20.12.2017
Titlu: "Cristale optic neliniare avansate pentru generarea de emisie laser la lungimi de undă specifice în domeniul vizibil cu aplicaţii în medicină şi protecţia mediului"
Rezumat: Cristale optic neliniare (NLO) cu topire aproape congruentă de tip LaxGdyScz(BO3)4 (x + y + z = 4) - LGSB au fost crescute prin metoda Czochralski, pentru prima dată după cunoştinţele noastre. Au fost proiectate şi testate diverse montaje termice care au permis obţinerea de cristale NLO de tip LGSB de calitate optică bună, cu dimensiuni relativ mari de aproximativ 12 mm în diametru şi 25-30 mm în lungime. Compoziţia topiturii şi parametrii de creştere au fost optimizaţi, iar cristale de cea mai bună calitate au fost crescute după direcţia axei c, din topituri cu compoziţia de pornire La0.678Gd0.572Sc2.75(BO3)4, la viteze de tragere şi rotaţie de 2 mm/h şi respectiv 8-10 rpm. Cristalele crescute sunt nehigroscopice, iar măsurările de difracţie de raze X au arătat că acestea cristalizează în grupul spaţial noncentrosimetric R32 (Z = 3). Fereastra de transmisie şi indicii de refracţie au fost măsuraţi şi au fost raportate proprietăţile de acord de fază pentru generarea armonicii a doua (SHG). Aceste caracteristici favorabile, împreună cu oportunitatea de a creşte aceste cristale cu dimensiuni mari prin metoda Czochralski, fac cristalele LGSB foarte promiţătoare pentru aplicaţii NLO, în special pentru conversia de frecvenţă a fasciculelor laser de putere medie mare în domeniul spectral vizibil.
Faza nr. 32
Responsabil: Dr. Cristina Surdu-Bob
Termen de predare: 20.12.2017
Titlu: "Testarea stabilităţii chimice în fluide simulate a straturilor depuse prin TVA pe suprafeţe polimerice. Analiza morfologică, compoziţională, structurală şi de aderenţă a filmelor după testele de coroziune în fluide simulate"
Rezumat: În cadrul acestei etape s-au continuat investigaţiile începute în etapa I cu privire la obţinerea straturilor DLC de calitate pe fire de sutură comerciale. Au fost realizate depuneri pe eşantioane din patru tipuri de fire de sutură. Au fost găsite condiţiile optime pentru obţinerea unor straturi DLC continue şi fără crăpături pe fire de sutură din polimeri sau mătase/bumbac acoperite cu poliester. Pentru aceasta, s-a utilizat micoscopia optică la diverse măriri, analiza compoziţională (folosind XPS) şi analiza grosimii (cu ajutorul XRR). Pentru observarea calităţii straturilor DLC, firele de sutură depuse au fost supuse unui stres mecanic (rulare pe cilindri de diverse diametre) precum şi corodării accelerate în fluide biologice simulate.
Au fost de asemenea realizate depuneri de straturi DLC aderente, pe fire de sutură comerciale de lungime standard de 2.5 m, folosind un dispozitiv mecanic controlat automat. S-a demonstrat faptul că sursa anodică de înaltă tensiune realizată în cadrul laboratorului se poate utiliza cu succes pentru depunerea de straturi DLC aderente, compacte şi inerte chimic ce rezistă la stres mecanic de rulare.
În cadrul acestui priect sau pus bazele realizării unei tehnologii de depunere la temperatură joasă de straturi subţiri pe substrate sub formă de fir lung. Teste ulterioare standardizate ale firelor de sutură depuse cu strat DLC vor determina aplicarea acestei tehnologii în industrie.
Faza nr. 33
Responsabil: Dr. Andreea Matei
Termen de predare: 20.12.2017
Titlu: "Fotopolimerizare laser pentru aplicaţii biomedicale: procesarea substratelor pentru optimizarea mecanismului de alunecare a lichidului"
Rezumat: Sistemele microfluidice urmează tendinţa actuală de miniaturizare a biosenzorilor. În această etapă am realizat structuri polimerice cu geometrie controlată prin tehnica de scriere directă cu laser. Prin iradierea unui fotorezist comercial cu un laser ps (λ = 355 nm) au fost fabricate structuri formate dintr-un rezervor și un canal cu diferite dimensiuni. Puterea laserului a variat în intervalul 2-75 mW și viteza de scanare a fost fixată la 0,5 mm / s.
Pentru un al doilea set de experimente, a fost utilizat un laser cu femtosecunde Ti-safir încorporat într-o configurație de polimerizare cu doi fotoni pentru a produce canale similare într-un fotorezist sintetizat in laborator. Microstructurile au fost scrise pe un substrat de sticlă cu o viteză de 50 μm/s, cu o putere de excitaţie laser de 12, 18 şi 24 mW.
Structurile prelucrate au fost în continuare tratate în plasmă la presiune atmosferică la temperatura camerei pentru a optimiza procesul de curgere a lichidului. Au fost efectuate experimente suplimentare privind utilizarea acestor structuri ca master pentru obţinerea canalelor micronice în selac.