Nanobionics (Brazil)

Optical lithography is the most basic technology in nanofabrication. Pushed by integrated circuit (IC) manufacturing in the last 60 years, this technology has been developed so advanced that it is now capable of sub-10 nm patterning resolution. Starting from the most basic equation of diffractive optics (Eq. 2.3), this chapter describes the principles of optical lithography in very accessible manner, helped visually by many graphs of computer-simulated diffracted light intensity. The advances in optical lithography, particularly the new developments since the second edition of this book, are introduced along the aspects of optical wavelength, numerical aperture of imaging systems, and k1 factor as presented in Eq. 2.3. While the updated progresses closely related to the very latest IC manufacturing are amply described, other optical lithography techniques such as near-field, Talbot, interferometric, maskless, and two-photon polymerization are also introduced, which are not aimed at high-throughput patterning but mostly used by scientific community.

Electron beam lithography is of the highest resolution in nanoscale patterning. It works the same way as optical lithography by exposure of a polymer resist but does not need a mask. Its high resolution patterning is ensured by finely focused beam size. This chapter starts by explaining the principle of electron optics as well as the ten basic configurations and six key specifications of an electron beam lithography system. The feature unique to electron beam lithography is the electron scattering in solid materials and the associated proximity effect. Using the author’s own Monte Carlo simulation program, such effect is vividly explained by simulated electron scattering trajectories and point spread function of deposited electron energy in resist. Methods to correct such proximity effect are also presented. A range of resist materials used in electron beam lithography are discussed such as polymethylmethacrylate (PMMA) and hydrogen silsesquioxane (HSQ), chemically amplified resists, inorganic resists, even ice as a resist, as well as some special development processes which can help to enhance the lithography resolution. Based on the author’s own experience, ten factors that can influence the ultimate resolution of electron beam lithography are explained. While electron beam lithography is primarily for small batch patterning and mostly used in scientific research, high-throughput patterning is possible by variable shaped beam and multi-beam systems. The final part of this chapter explains how they are employed for making DUV and EUV optical lithography masks in the latest IC manufacturing.

The unmet spectral mimicry of foliar green in camouflage materials is hampered by the lack of colorants with similar spectral properties to chlorophyll, resulting in substantial risks of exposure from hyperspectral target detection. By drawing inspiration from leaf chromogenesis, a microcapsule colorant with a chloroplast-like structure and chlorophyll-like absorption is developed, and a generic bilayer coating is designed to provide high spectral similarity to leaves with different growth stages, seasons, and species. Specifically, the microcapsule colorant preserves the monomeric absorption of the internal phthalocyanine and features the manufacturability of conventional pigments, such as amenability to painting and patterning, and compatibility to different substrates. The pigmented artificial leaves successfully deceive the hyperspectral classification algorithm in a foliar background, and outperforming the state-of-art spectral simulation materials. This coloration strategy expands the knowledge base of the spectral fine tuning of composite colorants, which are essential for their application in spectral-resolved optical materials.

In this work, the impact of terroir, cultivar, seasonality, and farming systems on functional traits of tomato was hierarchically investigated. Untargeted metabolomics, antioxidant capacity, colorimetric assays, and enzyme inhibition were determined. The total phenolic and carotenoid contents significantly varied between growing years, whereas an interaction between the farming system and growing year (p < 0.01) was observed for total phenolics, carotenoids, and flavonoids, and for acetylcholinesterase inhibition. Hierarchical clustering showed that geographical origin and growing year were the major contributors to the differences in phytochemical profiles. Nonetheless, supervised modeling allowed highlighting the effect of the farming system. Several antioxidants (L-ascorbic acid, α-tocopherol, and 7,3′,4′-trihydroxyflavone) decreased, whereas the alkaloid emetine and phytoalexin phenolics increased under organic farming. Taken together, our findings indicate that cultivar and pedo-climatic conditions are the main determinants for the functional quality of tomato, whereas the farming system plays a detectable but hierarchically lower.

RESUMO A produção de biofilmes e revestimentos poliméricos a base de polímeros naturais, a fim de aplicá-los como embalagens de alimentos é alvo de constantes pesquisas, devido a necessidade de diminuir o volume de embalagens plásticas descartadas e otimizar as propriedades e validade dos alimentos. Dentre a imensa variedade de polímeros utilizados para esse fim, a carboximetilcelulose (CMC) destaca-se por apresentar características favoráveis para a formação de soluções filmogênicas, além de ser biodegradável e apresentar baixo custo. Visando potencializar as propriedades naturais desse polímero, pesquisadores tem utilizado aditivos que são incorporados a solução filmogênicas como nanopartículas de quitosana (NSQ) e Cúrcuma longa (C). A quitosana também é um polímero natural, amplamente utilizado em aplicações nos campos da farmacologia, tecnologia de biomateriais, biomedicina, agricultura e indústrias cosmética e alimentícia. A Cúrcuma longa derivada do açafrão, apresenta propriedade antioxidantes e antimicrobianas, que tem despertado bastante interesse, principalmente na indústria alimentícia, visando a substituição de antioxidantes sintéticos por esses materiais naturais. Neste trabalho, foram preparadas nanopartículas de quitosana por gelificação ionotrópica e incorporadas ao polímero (CMC), juntamente com a Cúrcuma longa, com o intuito de reforçar e potencializar as propriedades naturais desse polímero, para a preparação de biofilmes comestíveis. Após a preparação, caracterizá-los através de análises das propriedades mecânicas, permeabilidade ao vapor de água e ângulo de contato.

The diversity of Ceriantharia is known from studies formally describing species from the late 18th Century onwards. However, no nomenclators including a list and discussion of all valid species have been produced since a list discussed by Carlgren in 1912. The present nomenclator presents a complete list of adult species of Ceriantharia of the World, including a discussion on each species. It includes the three families (Arachnactidae, Botrucnidiferidae, Cerianthidae) and the currently accepted 54 species based on their adult form. This study serves as a presentation of the “state-of-the-art” list of species of Ceriantharia, and includes a species identification key to support taxonomic identification. Additional in-depth species-by-species investigations for almost all cerianthid species is still needed, as the information available for most of these species is quite superficial.

Correction for 'An amplification-free colorimetric test for sensitive DNA detection based on the capturing of gold nanoparticle clusters' by Giuseppina Tatulli, et al., Nanoscale, 2020, 12, 15604-15610, DOI: 10.1039/D0NR03517C.

As infecções bacterianas em seres humanos causam diversos sintomas, dentre os quais podemos destacar a febre, diarreia, vômito, choque séptico e coagulação vascular disseminada (Alexander e Rietschel, 2001). Além disso, doenças bacterianas como diarreia aviária e mastite bovina acometem animais da criação agropecuária nacional culminando na redução da qualidade das carnes e por fim, diminuição das vendas, implicando na redução da economia na área (Miranda, 2017). Devido a estes problemas, a aplicação de antibióticos é considerada a solução mais rentável. Infelizmente a exposição excessiva da flora bacteriana saudável ao tratamento com antibióticos promove o surgimento de bactérias resistentes aos antibióticos (Andreotti e Nicodemo, 2004). Existem diversos meios de detecção presuntiva para bactérias, dentre dos quais o crescimento em meios de cultura líquidos e sólidos, o uso da técnica ELISA e técnicas moleculares têm destaque (Jordana-Lluch et al., 2017; Takeo et al., 2017). No entanto, tais meios podem apresentar diversos vieses devido ao tempo de crescimento do microrganismo no meio de cultura (entre 24-72 horas), problemas de reações cruzadas nos métodos enzimáticos, e alto custo dos equipamentos e reagentes dos testes moleculares. Os biossensores são dispositivos de diagnóstico molecular que combinam a especificidade de uma sonda biológica com um método de transdução que converterá o reconhecimento biológico em um sinal analítico mensurável. Neste contexto, os métodos eletro analíticos, tais como a voltametria cíclica (VC) e a espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE) fazem uso de propriedades elétricas mensuráveis (potencial, carga e corrente) e podem ser utilizadas para o estudo da interação entre biomoléculas e plataformas nanoestruturadas composta por nanomateriais, tais como as nanofibras, nanoestruturas de carbono e os polímeros conjugados (De Miranda et al.; Costa et al., 2017; Zanghelini et al., 2017); estes últimos com grande sensibilidade às mudanças de pH. Por outro lado, os transdutores são construídos com um elemento sensor biológico ativo, que pode variar de fragmento de DNA, glicoproteína, proteína ou peptídeo o qual será responsável pela especificidade ao analito (De Miranda et al.). Alguns peptídeos fazem parte do sistema imune inato dos organismos vegetais e animais pelo que presentam características antimicrobianas. A seletividade destes peptídeos antimicrobianos (PAMs) e seu modo de ação singular tornou-os candidatos promissores para o desenvolvimento de novos agentes antibióticos que podem ser usados para superar o problema da resistência a antimicrobianos (Haney et al., 2017). Ademais, tais peptídeos têm a capacidade de assumir uma conformação anfipática de ligação a membranas celulares como são as bacterianas (Chung e Khanum, 2017). Na presente proposta propomos a encontrar soluções para este problema de saúde global associado com a crescente incidência de doenças infecciosas causadas por patógenos bacterianos pelo desenvolvimento de ferramentas de nova geração que possam aumentar drasticamente a eficiência do diagnóstico, assim como garantir amplo aceso para a população. Assim sendo, trabalharemos na miniaturização dos métodos de identificação de microrganismos empregando o uso de materiais nanoestruturados e os peptídeos antimicrobianos Mastoparano-L (Mast) e Indolicidina (Indo) com o propósito de integrar elementos sensores-atuadores e sistemas analíticos impedimétricos.