Shema de realizare a proiectului 19 15 01 01 - Anul 2020 - Etapa II
Faza nr. 60
Responsabil: Dr. C. Viespe
Termen de predare: 9.12.2020
Titlu: "Realizarea şi caracterizarea senzorilor pe bază de nanoparticule oxidice pentru detecţia de compuşi organici volatili"
Abstract: A fost realizată faza ‘’Realizarea şi caracterizarea senzorilor pe bază de nanoparticule oxidice pentru detecţia de VOC‘’, toate obiectivele ei fiind îndeplinite.
Au fost realizate prin ablaţie laser nanoparticule (NP) oxidice de ZnO, TiO2 şi WO3, în aceleaşi condiţii experimentale, pentru a observa modul în care natura materialului influenţează caracteristicile acestora. S-au utilizat ţinte de ZnO, TiO2 şi respectiv WO3, iar NP au fost colectate pe membrane amplasate la 35 mm distanţă faţă de ţintă. Pentru a obţine informaţii legate de morfologie, NP au fost studiate prin intermediul microscopiei electronice de baleiaj (SEM).
Pentru toate cele trei tipuri de oxizi utilizaţi, NP au prezentat formă sferică, de dimensiuni diferite, sub formă de aglomerări. Dimensiunile NP de ZnO s-au încadrat între 10-20 nm, iar cele de WO3 între 10-30 nm. TiO2 a prezentat un comportament diferit, obţinându-se particulele cu dimensiuni de aproximativ 1 µm, la suprafaţa cărora se pot observa NP cu dimensiuni între 10-20 nm.
NP au fost înglobate pe rând în două tipuri de polimeri, polietilenimina (PEI) şi polidimetilsiloxan (PDMS), obţinându-se soluţii polimer-NP cu concentraţia de 0.8 mg/ml. Aceste soluţii au fost depuse pe substraturile de cuarţ prin tehnica air-brush (pulverizare). Grosimea filmelor obţinute a fost de aproximativ 200 nm. Prin măsurări ale rugozităţii s-a putut constata că prezenţa NP conduce la micşorarea valorii acesteia, datorită capacităţii NP de a micşora tensiunea de la nivelul filmelor şi de a influenţa astfel gradul de udare al substratului.
Senzorii obţinuţi au fost testaţi la patru tipuri de VOC (Volatile Organic Compounds-Compuşi organici volatili): etanol, toluen, acetonă şi dicloretan. Prezenţa NP conduce la o creştere considerabilă a sensibilităţii filmelor pentru toate tipurile de NP. Senzorii cu WO3 s-au remarcat ca având cea mai bună sensibilitate pentru majoritatea analiţilor; în mod special aceştia au indicat un salt de frecvenţă mai pronunţat pentru acetonă. De asemenea, s-a putut constata că pentru senzorii cu PEI s-au obţinut salturi de frecvenţă de aproximativ 10 ori mai mari decat în cazul senzorilor cu PDMS.
Obiectivele fazei au fost îndeplinite şi a fost creată o bază pentru realizarea fazei următoare, care presupune dezvoltarea de senzori pe bază de nanoparticule pentru detecţia de radiaţie UV.
Abstract grafic:
Faza nr. 61
Responsabil: Dr. V. Crăciun
Termen de predare: 9.12.2020
Titlu: "Modificarea structurii benzii interzise prin dopare /aliere cu alţi oxizi metalici în filme subţiri depuse prin ablaţie laser"
Abstract: În această fază s-au studiat structura şi proprietăţile filmelor de ZnO dopate cu Ag şi ale filmelor de SnO2. Rezultatele investigaţiilor au arătat că pentru filmele de ZnO, o concentraţie de până la 2% Ag nu induce modificări esenţiale în structura cristalină, filmele crescând texturate după direcţia (002), aşa cum au indicat investigaţiile de difracţie cu raze X şi măsurările polare de difracţie de raze X. De asemenea, investigaţiile de reflectivitate speculară şi difuză a radiaţiei X la incidenţă simetrică sau variabilă (XRR şi XRDS) au confirmat că nici densitatea de masă şi rugozitatea suprafeţei filmelor depuse nu este modificată de doparea cu atomi de Ag. Filmele de SnO2 depuse pentru durate diferite folosind Ar sau Ar conţinând 5% O2 au fost investigate folosind tehnici avansate cu rezoluţie nanometrică. Rezultatele au indicat că atât grosimea filmelor, cât şi atmosfera utilizată în timpul depunerii şi temperatura substratului pot afecta structura şi proprietăţile optice ale acestor filme. În funcţie de aplicaţia vizată se pot obţine filme nanocristaline, cu grăunţi cristalini de dimensiuni de ordinul a 10-20 nm, cu valori mici ale micro-stersului şi cu valori ale benzii interzise variabile, în jurul valorii de 4 eV. Deşi investigaţiile de difracţie a radiaţiei X la incidenţă razantă au sugerat şi prezenţa unor compuşi cristalini de tipul Sn3O4 monoclinic pe lângă compusul SnO2 tetragonal, investigaţiile de spectroscopie a electronilor excitaţi cu radiaţie X au indicat prezenţa unui singur compus chimic. Valoarea energiilor de legătură determinate pentru liniile O 1s şi Sn 2p au indicat doar prezenţa compusului SnO2 în filmele depuse. De asemenea, folosirea unei atmosfere conţinând oxigen a rezultat în încorporarea unei cantităţi mici de oxigen în structura cristalină a filmului, fără a afecta parametrii de reţea.
Abstract grafic:
Faza nr. 62
Responsabil: Dr. F. Dumitrache
Termen de predare: 9.12.2020
Titlu: "Diversificarea ariei de aplicaţii teranostice sau antimicrobiene a caracteristicilor nanostructurilor magnetice pe bază de fier prin adiţia de titan şi siliciu"
Abstract: În această etapă de cercetare, sunt dezvoltate studii parametrice privind sinteza de NPs de oxid de fier dopate sau ancorate cu NPs pe bază de Si sau Ti. Sunt realizate cu succes mostre de NPs cu compoziţie hibridă Si-Fe, hibridă oxid de fier-oxid de siliciu, miez de oxid de fier cu înveliş, conţinând grupe funcţionale Si-O sau Si-OH, nanoparticule de oxid de fier dopate cu Ti sau oxizi micşti de fier şi titan. Au fost realizate încercări, ce trebuie continuate în ce priveşte sinteza de nanostructuri hibride de oxid de fier şi oxid de titan. Nanoparticulele sintetizate au fost uneori tratate termic sau spălate prin tehnica Soxhlet pentru purificare compoziţională. Nps sunt analizate comprehensiv prin: FT-IR, EDS, XRD, TEM, SEM, BET. Sunt raportate palete largi de NPs, atât în ce priveşte compoziţia elementală, cea a nanofazelor cristaline şi a dimensiunii medie de particulă. Dopajul cu Si a permis diminuarea dimensiunii de particulă de la valori de 8-10 nm până la particule medii de sub 4 nm, dimensiuni ce se vehiculează ca fiind utile aplicaţiilor NPs pe bază de fier tip SPION. Pulberi proaspăt sintetizate sau tratate sunt subiectul preparării de suspensii stabilizate sau funcţionalizate. Se foloseşte o paletă numeroasă de poli-electroliţi, fiecare suspensie realizată în mediul apos, fiind analizată EDS şi DLS pentru a evalua gradul de acoperire şi stabilitatea în timp a nanoagregatelor dispersate. Astfel, sunt elaborate reţete de preparare de suspensii stabilizate de NPs hibride de fier-siliciu sau de oxid de fier cu dopaj/ decorare de Ti sau Si cu potenţială activitate antivirală antimicrobiană sau antitumorală. Pe baza studiilor realizate şi a finanţării obţinute în cadrul acestui proiect NUCLEU sunt publicate 4 articole ştiinţifice în reviste cu un coeficient ISI ridicat, alte două articole fiind în prezent trimise spre publicare.
Abstract grafic:
Faza nr. 54b
Responsabil: Dr. F. Sima
Termen de predare: 9.12.2020
Titlu: "Dispozitiv lab-on-a-chip cu dimensiuni nanometrice fabricat în sticlă prin tehnologii laser substractive (partea II.1)"
Abstract: Tehnologiile emergente de procesare a biomaterialelor la scară micro- și nanometrică oferă în prezent o multitudine de posibilități de manufacturare cu înaltă rezoluție spațială a unor dispozitive microfluidice ce permit testarea reacțiilor biochimice în volume de ordinul nanolitrilor. În acest studiu, prezentăm rezultatele noastre de migrare a celulelor canceroase prin canale micrometrice tridimensionale de sticlă obținute prin procesarea laser cu pulsuri picosecunde (ps) cu rată mare de repetiție asistată de corodare chimică (eng. picosecond laser-assisted etching - PLAE). Am observat că celulele pot migra rapid (aproximativ o oră), iar viteza de migrare este invers proporțională cu volumul canalului. Aplicația prevăzută poate ținti terapia personalizată a cancerului cu un instrument nou de precizie medicală. Mai exact, biopsiile ar putea fi analizate prin cultivarea tumorilor canceroase recoltate de la pacienți în biochip-uri microfluidice. Evaluarea comportamentului populației celulare ar putea fi corelată cu gradul de migrare și invazivitate de la nivel unicelular. Obiectivul este acela de a testa doze individuale pentru radioterapie, chimioterapie specifică, imunoterapie sau combinațiile acestora.
Abstract grafic:
Faza nr. 64
Responsabil: Dr. I. Păun
Termen de predare: 9.12.2020
Titlu: "Imprimare 4D de implanturi din nanocompozite magnetice pentru controlul comportamentului celular"
Abstract: Imprimarea în 4 dimensiuni (imprimarea 4D) utilizează aceleași tehnici de imprimare 3D prin depunerea programată de computer a materialului în straturi succesive pentru a crea un obiect tridimensional, la care se adaugă dimensiunea transformării în timp. Imprimarea 4D este un tip de materie programabilă, în care, după procesul de fabricație, produsul tipărit reacționează la anumiți parametri din mediu (în cazul de față la câmpuri magnetice statice) și își schimbă funcționalitatea sau forma în consecință. Studiul demonstrează un concept pentru organizarea celulelor 2D prin expunere la câmpuri magnetice statice folosind micromagneți superparamagnetici fabricați prin scriere directă cu laser prin polimerizare cu doi fotoni (LDW prin TPP) a unui compozit superparamagnetic fotopolimerizabil. Compozitul a constat dintr-un fotopolimer biocompatibil (Ormocore), amestecat cu 4 mg / mL nanoparticule superparamagnetice (MNPs). Micromagneții au fost proiectați în formă de pătrate cu dimensiunea laterală de 70 µm. Pentru a minimiza rolul topografiei asupra ataşării celulelor, am fabricat microarii 2D similare cu o tablă de șah, în care micromagneții superparamagnetici alternează cu zone nemagnetice de formă identică și dimensiune laterală la fel cu cea a micromagneților, realizate din Ormocore prin tehnica LDW prin TPP. Diferența de înălțime între zonele superparamagnetice și nemagnetice a fost de aproximativ 6 µm. S-a constatat că, în absența unui câmp magnetic static, fibroblastele s-au atașezat uniform pe întreaga microarie 2D, fără preferință pentru zonele superparamagnetice sau nemagnetice. Sub acțiunea unui câmp magnetic static de 1.3T, fibroblastele s-au atașat exclusiv pe micromagneții superparamagnetici, rezultând o organizare precisă a celulelor in 2D pe microaria de tip tablă de șah. Metoda descrisă are un potențial semnificativ pentru fabricarea de micromagneți biocompatibili cu geometrii bine definite pentru construirea unor grefe de piele adaptate pentru integrarea optimă a țesuturilor, începând de la manipularea unei singure celule până la formarea de țesuturi şi chiar organe.
Abstract grafic:
Faza nr. 65
Responsabil: Dr. B. Mihalcea
Termen de predare: 9.12.2020
Titlu: "Proiectarea și realizarea unui sistem electronic de alimentare al electrozilor unei capcane Paul destinată stocării de ioni (microparticule)."
Abstract: Scopul cercetărilor efectuate în cadrul acestui contract este de a deschide noi perspective și de a valida noi protocoale experimentale destinate efectuării diagnozei aerosolilor și nanoparticulelor, cu un accent special pe proprietăţile optice asociate acestora. Ideea de bază a acestor cercetări este de a testa noi metode și tehnici experimentale pentru caracterizarea detaliată a proprietăţilor fizico-chimice asociate acestor particule. Cercetările efectuate în cadrul proiectului sunt orientate spre investigarea microparticulelor și a aerosolilor urbani, pentru a putea caracteriza proprietăţile lor optice, foarte puțin cunoscute, prin utilizarea unei abordări complexe, care combină măsurările efectuate la sol prin utilizarea capcanelor electrodinamice (de tip Paul) și a tehnicilor de spectrometrie de masă bazate pe aceste tipuri de capcane. Microparticulele cu dimensiuni cuprinse între 1 μm și 200 μm pot fi confinate fie în ultravid, fie în aer (în condiții STP), prin intermediul câmpurilor cuadrupolare 3D sau 2D, și apoi investigate utilizând spectroscopia de fluorescenţă și spectrometria de masă bazată pe capcane de ioni cuadrupolare (QIT-MS). Caracterizarea spectrelor de emisie ale unei singure particule și ale semnăturilor asociate rezonanţei optice prin utilizarea teoriei Lorenz-Mie furnizează informaţii importante privind mărimea și forma particulei, sau privind indicele de refracţie al acesteia. Masa absolută și sarcina electrică a microsferelor izolate pot fi determinate prin măsurarea frecvenţelor oscilaţiilor seculare într-o capcană de tip Paul.
Rezultatele aşteptate sunt: (a) proiectarea și realizarea de geometrii noi de capcană liniare cuadrupolare (segmentate sau nu) și multipolare, care funcționează în condiții STP, optimizate pentru detecţia nanoparticulelor și aerosolilor, care permit creșterea raportului semnal-zgomot și o stabilitate îmbunătățită a particulei comparativ cu geometriile de capcană utilizate anterior; (b) realizarea de surse electronice de alimentare complexe, mixte, în c.a. (0 ÷ 4 kV, 40 Hz ÷ 2 kHz) și c.c. (0 ÷ 1 kV), programabile, pentru stocarea și diagnoza speciilor de microparticule și aerosoli, cu microcomputer integrat; (c) investigarea de noi metode cu sensibilitate crescută, bazate pe spectrometria de masă cu capcane ionice, utilizate pentru măsurarea sarcinii specifice pentru diferite specii de aerosoli; (d) investigaţii privind analiza compoziţiei chimice și optice a speciilor de aerosoli de interes; (e) un viitor rezultat al acestor cercetări îl poate constitui realizarea unor dispozitive portabile, bazate pe capcane de ioni care funcționează în aer, în condiții STP, destinate identificării aerosolilor și agenţilor poluanţi din atmosferă, prin măsurarea sarcinii specifice a acestora.
Abstract grafic:
