Whiskers de celulose luminescentes e a interação com fibroína para obtenção de filmes colestéricos - Sanches, Pedro Henrique de Lara (2024)
O trabalho apresentado nesta dissertação se propôs no preparo e estudo espectroscópico de novos materiais a base de nanocristais de celulose (whiskers) e fibroína da seda dopados com íons lantanídeos (Ln3+) como Eu3+ e Tb3+. A suspensão de whiskers caracterizada e utilizada para produção de filmes foi obtida via hidrólise ácida de uma membrana de celulose bacteriana. Os whiskers vem ganhando destaque nos recentes anos, principalmente em relação à sua interação com os íons lantanídeos e a sua biocompatibilidade e não toxicidade. A fibroína da seda, proteína componente dos casulos do bicho-da-seda, foi estudada anteriormente no mesmo grupo de estudo e explorada individualmente exibindo alta sensibilidade ao ambiente quando coordenada com os íons lantanídeos. No caso do atual trabalho, a incorporação dessa proteína na produção de filmes de whiskers de celulose visou a melhora de propriedades mecânicas quanto a de resposta luminescente, viabilizando e otimizando o desenvolvimento fotônico. Inicialmente, foi possível caracterizar a suspensão de whiskers ao mudar os ácidos e procedimentos utilizados na hidrólise, avaliando e compreendendo o efeito na carga de superfície, tamanho e morfologia dos nanocristais resultantes na organização interna do material e modificações nos efeitos de interação com a luz. Os resultados das variações de extração permitiram a produção de filmes de whiskers iridescentes dopados, tanto com Eu3+ quanto Tb3+. Notou-se a dependência da intensidade das bandas de emissão de acordo com o ângulo de incidência do feixe de luz utilizado na análise, visto que ocorre a sobreposição da região larga da banda de reflexão dos filmes com a banda de excitação dos íons lantanídeos. No caso do filme iridescente dopado com Tb3+, houve uma seleção de comprimentos de onda de excitação de acordo o método de preparo do filme e seu passo colestérico. Os filmes compósitos de whiskers + fibroína dopados com Ln3+ apresentaram características semitransparentes e levemente flexíveis, otimizando a característica de reforço dos whiskers com a resistência mecânica da fibroína. Propriedades óticas interessantes como o fenômeno de birrefringência foram mantidas, realçando a utilidade desse material dentro do campo de sistemas óticos. As análises de luminescência confirmaram uma melhora relativa de sensibilização dos íons pela matriz ao comparar com os filmes contendo apenas nanocristais de celulose, sendo ela mais eficiente que a excitação direta do íon lantanídeo e dependente das concentrações dos materiais usados. Filmes codopados com Eu3+/Tb3+ foram obtidos visando a otimização dos processos de sensibilização pela matriz, sendo observada uma emissão combinada das bandas características de cada íon utilizado, no vermelho e no verde, assim como a emissão no azul pela matriz, resultando em uma emissão próxima ao branco para esse tipo filme. A habilidade de controle do passo colestérico dos filmes de whiskers iridescentes dopados, influenciando diretamente seleção do comprimento de onda de excitação e consequentemente na emissão do material, e as propriedades luminescentes e de birrefringência promissoras dos filmes compósitos de whiskers + fibroína, mostram um caminho inovador para possíveis aplicações de luminescência polarizada e dispositivos óticos à base de nanocristais de celulose e fibroína.