Navegação IPEN por Revista "Nanomaterials"

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  • IPEN-DOC 29785

    DIPOLD, JESSICA ; BORDON, CAMILA D.S.; MAGALHAES, EVELLYN S.; KASSAB, LUCIANA R.P.; JIMENEZ-VILLAR, ERNESTO; WETTER, NIKLAUS U. . 1337 nm emission of a Nd3+-doped TZA glass random laser. Nanomaterials, v. 13, n. 13, p. 1-11, 2023. DOI: 10.3390/nano13131972

    Abstract: Random lasers have been studied using many materials, but only a couple have used glass matrices. Here, we present a study of zinc tellurite and aluminum oxide doped with different percentages of neodymium oxide (4 wt.%, 8 wt.%, and 16 wt.%) and demonstrate for the first time random laser action at 1337 nm. Laser emission was verified and the laser pulse’s rise time and input–output power slope were obtained. A cavity composed of the sample’s pump surface and an effective mirror formed by a second, parallel layer at the gain-loss boundary was probably the main lasing mechanism of this random laser system. The reason for the absence of emission at 1064 nm is thought to be a measured temperature rise in the samples’ active volume.

    Palavras-Chave: doped materials; laser materials; neodymium lasers; scattering; glass; tellurium oxides

  • IPEN-DOC 25206

    FREITAS, LUCAS F. de ; VARCA, GUSTAVO H.C. ; BATISTA, JORGE G. dos S. ; LUGAO, ADEMAR B. . An overview of the synthesis of gold nanoparticles using radiation technologies. Nanomaterials, v. 8, n. 11, 2018. DOI: 10.3390/nano8110939

    Abstract: At a nano-level, optical properties of gold are unique and gave birth to an emerging platform of nanogold-based systems for diverse applications, because gold nanoparticle properties are tunable as a function of size and shape. Within the available techniques for the synthesis of gold nanoparticles, the radiolytic synthesis allows proper control of the nucleation process without the need for reducing agents, in a single step, combined or not with simultaneous sterilization. This review details and summarizes the use of radiation technologies for the synthesis and preparation of gold nanoparticles concerning fundamental aspects, mechanism, current pathways for synthesis and radiation sources, as well as briefly outlines final applications and some toxicity aspects related to nanogold-based systems.

    Palavras-Chave: gold; nanoparticles; gamma radiation; electron beams; x-ray sources; radiolysis; nanotechnology; medicine; diagnostic uses; ionizing radiations

  • IPEN-DOC 29619

    BORDON, CAMILA D. da S.; DIPOLD, JESSICA ; WETTER, NIKLAUS U. ; ROSSI, WAGNER de ; FREITAS, ANDERSON Z. ; KASSAB, LUCIANA R.P.. Effect of silver nanoparticles on the optical properties of double line waveguides written by fs laser in Nd3+-doped GeO2-PbO glasses. Nanomaterials, v. 13, n. 4, p. 1-13, 2023. DOI: 10.3390/nano13040743

    Abstract: Nd3+-doped GeO2-PbO glass with silver (Ag) nanoparticles (NPs) are produced with double line waveguides through fs laser processing for photonic applications. A Ti:sapphire fs laser at 800 nm was used to write the waveguides directly into the glass 0.7 mm beneath the surface. This platform is based on pairs of parallel lines with spacing of 10 µm, each pair being formed by two identical written lines but in two different configurations of 4 or 8 separately processed lines, which are coincident. The results of optical microscopy, absorbance measurements, refractive index change, beam quality factor (at 632 and 1064 nm), photoluminescence, propagation losses, and relative gain at 1064 nm are presented. The structural changes in the glass due to the presence of Ag NPs were investigated by Raman spectroscopy. At 632 and 1064 nm, x,y-symmetrical guiding was observed, and for both kinds of overlapping pulses, a refractive index alteration of 10−3 was found in both directions. Photoluminescence growth of ~47% at 1064 nm was observed due to the plasmonic effect of Ag NPs. In dual waveguides containing Ag NPs, the relative gain obtained increased by 40% and 30% for four and eight overlapping lines, respectively, at 600 mW of 808 nm pump power, when compared to waveguides without those metallic NPs. We highlight the resultant positive internal gains of 5.11 and 7.12 dB/cm that showed a growth of ~40% and ~30%, respectively, with respect to the samples without Ag NPs. The increase in photoluminescence and relative gain were related to the local field growth produced by Ag NPs. The present results show that the addition of Ag NPs impacts positively on the optical performance at 1064 nm of double line waveguides processed by fs laser writing in Nd3+-doped GeO2-PbO glass, opening news perspectives for photonics.

    Palavras-Chave: lasers; pulses; germanates; waveguides; optical equipment; silver; nanoparticles

  • IPEN-DOC 28681

    DAS, AVISHEK; RAPOSO, GISELE C.C.; LOPES, DANIELA S.; SILVA, EVAIR J. da; CARNEIRO, VANDA S.M.; MOTA, CLAUDIA C.B. de O.; AMARAL, MARCELLO M.; ZEZELL, DENISE M. ; BARBOSA-SILVA, RENATO; GOMES, ANDERSON S.L.. Exploiting nanomaterials for optical coherence tomography and photoacoustic imaging in nanodentistry. Nanomaterials, v. 12, n. 3, p. 1-22, 2022. DOI: 10.3390/nano12030506

    Abstract: There is already a societal awareness of the growing impact of nanoscience and nanotechnology, with nanomaterials (with at least one dimension less than 100 nm) now incorporated in items as diverse as mobile phones, clothes or dentifrices. In the healthcare area, nanoparticles of biocompatible materials have already been used for cancer treatment or bioimaging enhancement. Nanotechnology in dentistry, or nanodentistry, has already found some developments in dental nanomaterials for caries management, restorative dentistry and orthodontic adhesives. In this review, we present state-of-the-art scientific development in nanodentistry with an emphasis on two imaging techniques exploiting nanomaterials: optical coherence tomography (OCT) and photoacoustic imaging (PAI). Examples will be given using OCT with nanomaterials to enhance the acquired imaging, acting as optical clearing agents for OCT. A novel application of gold nanoparticles and nanorods for imaging enhancement of incipient occlusal caries using OCT will be described. Additionally, we will highlight how the OCT technique can be properly managed to provide imaging with spatial resolution down to 10′s–100′s nm resolution. For PAI, we will describe how new nanoparticles, namely TiN, prepared by femtosecond laser ablation, can be used in nanodentistry and will show photoacoustic microscopy and tomography images for such exogenous agents.

    Palavras-Chave: nanomaterials; dentistry; biological materials; photoacoustic effect; optics; optics; optics; tomography

  • IPEN-DOC 29510

    PEDROSA, TULIO de L.; FAROOQ, SAJID ; ARAUJO, RENATO E. de. Selecting high-performance gold nanorods for photothermal conversion. Nanomaterials, v. 12, n. 23, p. 1-11, 2022. DOI: 10.3390/nano12234188

    Abstract: In this work, we establish a new paradigm on identifying optimal arbitrarily shaped metallic nanostructures for photothermal applications. Crucial thermo-optical parameters that rule plasmonic heating are appraised, exploring a nanoparticle size-dependence approach. Our results indicate two distinct figures of merit for the optimization of metallic nanoheaters, under both non-cumulative femtosecond and continuum laser excitation. As a case study, gold nanorods are evaluated for infrared photothermal conversion in water, and the influence of the particle length and diameter are depicted. For non-cumulative femtosecond pulses, efficient photothermal conversion is observed for gold nanorods of small volumes. For continuous wave (CW) excitation at 800 nm and 1064 nm, the optimal gold nanorod dimensions (in water) are, respectively, 90 × 25nm and 150 × 30 nm. Figure of Merit (FoM) variations up to 700% were found considering structures with the same peak wavelength. The effect of collective heating is also appraised. The designing of high-performance plasmonic nanoparticles, based on quantifying FoM, allows a rational use of nanoheaters for localized photothermal applications.

  • IPEN-DOC 29716

    AMARO, AUGUSTO A.; MATTOS, GUILHERME R. da S.; NISHIMURA, MARCOS V. de M.; DIPOLD, JESSICA ; WETTER, NIKLAUS U. ; KASSAB, LUCIANA R.P.. Silver nanoclusters tunable visible emission and energy transfer to Yb3+ Ions in co-doped GeO2-PbO glasses for photonic applications. Nanomaterials, v. 13, n. 7, p. 1-15, 2023. DOI: 10.3390/nano13071177

    Abstract: This work investigates the optical properties of Yb3+ ions doped GeO2 -PbO glasses containing Ag nanoclusters (NCs), produced by the melt-quenching technique. The lack in the literature regarding the energy transfer (ET) between these species in these glasses motivated the present work. Tunable visible emission occurs from blue to orange depending on the Yb3+ concentration which affects the size of the Ag NCs, as observed by transmission electron microscopy. The ET mechanism from Ag NCs to Yb3+ ions (2F7/2 → 2F5/2) was attributed to the S1→T1 decay (spin-forbidden electronic transition between singlet–triplet states) and was corroborated by fast and slow lifetime decrease (at 550 nm) of Ag NCs and photoluminescence (PL) growth at 980 nm, for excitations at 355 and 405 nm. The sample with the highest Yb3+ concentration exhibits the highest PL growth under 355 nm excitation, whereas at 410 nm it is the sample with the lowest concentration. The restriction of Yb3+ ions to the growth of NCs is responsible for these effects. Thus, higher Yb3+ concentration forms smaller Ag NCs, whose excitation at 355 nm leads to more efficient ET to Yb3+ ions compared to 410 nm. These findings have potential applications in the visible to near-infrared regions, such as tunable CW laser sources and photovoltaic devices.

    Palavras-Chave: ytterbium ions; silver; nanomaterials; germanates; glass; photoluminescence

  • IPEN-DOC 28693

    SOUZA, CARLA D. de ; BARBEZAN, ANGELICA B. ; ROSERO, WILMMER A.A. ; SANTOS, SOFIA N. dos ; CARVALHO, DIEGO V. de S. ; ZEITUNI, CARLOS A. ; BERNARDES, EMERSON S. ; VIEIRA, DANIEL P. ; SPENCER, PATRICK J. ; RIBEIRO, MARTHA S. ; ROSTELATO, MARIA E.C.M. . Synthesis, in vitro testing, and biodistribution of surfactant-free radioactive nanoparticles for cancer treatment. Nanomaterials, v. 12, n. 2, p. 1-13, 2022. DOI: 10.3390/nano12020187

    Abstract: New forms of cancer treatment, which are effective, have simple manufacturing processes, and easily transportable, are of the utmost necessity. In this work, a methodology for the synthesis of radioactive Gold-198 nanoparticles without the use of surfactants was described. The nuclear activated Gold-198 foils were transformed into H198AuCl4 by dissolution using aqua regia, following a set of steps in a specially designed leak-tight setup. Gold-198 nanoparticles were synthesized using a citrate reduction stabilized with PEG. In addition, TEM results for the non-radioactive product presented an average size of 11.0 nm. The DLS and results for the radioactive 198AuNPs presented an average size of 8.7 nm. Moreover, the DLS results for the PEG-198AuNPs presented a 32.6 nm average size. Cell line tests showed no cytotoxic effect in any period and the concentrations were evaluated. Furthermore, in vivo testing showed a high biological uptake in the tumor and a cancer growth arrest.

    Palavras-Chave: radioactivity; nanoparticles; brachytherapy; neoplasms; testing; in vivo; in vitro; gold 198; distribution

  • IPEN-DOC 29086

    FAROOQ, SAJID ; SHAFIQUE, SHAREEN; AHSAN, ZISHAN; CARDOZO, OLAVO; WALI, FAIZ. Tailoring the scattering response of optical nanocircuits using modular assembly. Nanomaterials, v. 12, n. 17, p. 1-12, 2022. DOI: 10.3390/nano12172962

    Abstract: Owing to the localized plasmon resonance of an ensemble of interacting plasmonic nanoparticles (NPs), there has been a tremendous drive to conceptualize complex optical nanocircuits with versatile functionalities. In comparison to modern research, there is still not a sufficient level of sophistication to treat the nanostructures as lumped circuits that can be adjusted into complex systems on the basis of a metatronic touchstone. Here, we present the design, assembly, and characterization of single relatively complex photonic nanocircuits by accurately positioning several metallic and dielectric nanoparticles acting as modular lumped elements. In this research, Au NPs along with silica NPs were used to compare the proficiency and precision of our lumped circuit model analytically. On increasing the size of an individual Au NP, the spectral peak resonance not only modifies but also causes more scattering efficiency which increases the fringe capacitance linearly and decreases the nanoinductance of lumped circuit element. The NPs-based assembly induced the required spectral resonance ascribed by simple circuit methods and are depicted to be actively reconfigurable by tuning the direction or polarization of input signals. Our work demonstrates a vital step toward developing the modern modular designing tools of complex electronic circuits into nanophotonic-related applications.

    Palavras-Chave: plasmons; nanomaterials; elements; nanoparticles; electronic circuits

  • IPEN-DOC 28073

    FREITAS, LUCAS F. ; FERREIRA, ARYEL H. ; THIPE, VELAPHI C. ; VARCA, GUSTAVO H.C. ; LIMA, CAROLINE S.A. ; BATISTA, JORGE G.S. ; RIELLO, FABIANE N. ; NOGUEIRA, KAMILA ; CRUZ, CASSIA P.C. ; MENDES, GIOVANNA O.A. ; RODRIGUES, ADRIANA S. ; SOUSA, THAYNA S. ; ALVES, VICTORIA M. ; LUGAO, ADEMAR B. . The state of the art of theranostic nanomaterials for lung, breast, and prostate cancers. Nanomaterials, v. 11, n. 10, p. 1-31, 2021. DOI: 10.3390/nano11102579

    Abstract: The synthesis and engineering of nanomaterials offer more robust systems for the treatment of cancer, with technologies that combine therapy with imaging diagnostic tools in the so‐called nanotheranostics. Among the most studied systems, there are quantum dots, liposomes, polymeric nanoparticles, inorganic nanoparticles, magnetic nanoparticles, dendrimers, and gold nanoparticles. Most of the advantages of nanomaterials over the classic anticancer therapies come from their optimal size, which prevents the elimination by the kidneys and enhances their permeation in the tumor due to the abnormal blood vessels present in cancer tissues. Furthermore, the drug delivery and the contrast efficiency for imaging are enhanced, especially due to the increased surface area and the selective accumulation in the desired tissues. This property leads to the reduced drug dose necessary to exert the desired effect and for a longer action within the tumor. Finally, they are made so that there is no degradation into toxic byproducts and have a lower immune response triggering. In this article, we intend to review and discuss the state‐of‐the‐art regarding the use of nanomaterials as therapeutic and diagnostic tools for lung, breast, and prostate cancer, as they are among the most prevalent worldwide.

    Palavras-Chave: nanomaterials; nanotechnology; neoplasms; theranostics

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A elaboração do projeto do RI do IPEN foi iniciado em novembro de 2013, colocado em operação interna em julho de 2014 e disponibilizado na Internet em junho de 2015. Utiliza o software livre Dspace, desenvolvido pelo Massachusetts Institute of Technology (MIT). Para descrição dos metadados adota o padrão Dublin Core. É compatível com o Protocolo de Arquivos Abertos (OAI) permitindo interoperabilidade com repositórios de âmbito nacional e internacional.

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