Espectro electromagnético

A radiação ionizante possui energia suficiente para ionizar átomos e moléculas. A energia mínima típica da radiação ionizante é cerca de 10 eV.

+ Energia+ λ

São exemplos de radiação ionizante as partículas alfa, partículas beta (electrões e positrões), os raios gama, raios x e neutrões.

• A radiação alfa é constituída por núcleos de hélio e pode detida por uma folha de papel.

• A radiação beta é constituída por eletrões e pode ser detida por uma folha de alumínio.

• A radiação gama é constituída por ondas eletromagnéticas e é parcialmente absorvida ao penetrar num material denso.

Radiação ionizante

Radiação gama

A radiação nuclear corresponde a um conjunto de partículas que são emitidas por umnúcleo radioactivo durante um processo de decaimento. O decaimento pode-seefectuar por declínio alfa, declínio beta e declínio gama (vem normalmente associadoaos anteriores).

Decaimento de uma fonte de Co-60:

Interacção da radiação com a matéria

Interacção da radiação com a matéria

Efeito de Compton

É a consequência de um choque elástico entre um fotão e um electrão livre ou pouco ligado ao átomo, resultando na dispersão do fotão e do electrão. O electrão recebe apenas parte da energia de radiação incidente e o fotão disperso terá menor energia que a inicial, bem como outra direcção de propagação. Tal como no processo anterior, o electrão disperso vai interactuar com a matéria produzindo a ionização ou excitação de átomos e o fotão disperso vai interagir por efeito fotoeléctrico ou novamente por efeito de Compton.

Interacção da radiação com a matéria

Produção de pares

O fotão interactua com o campo eléctrico do núcleo atómico, sendo absorvido e criando-se um par electrão-positrão. Um positrão é um electrão carregado positivamente. Uma vez que a energia em repouso de dois electrões é 2m0c2 = 1.02 meV, este efeito só ocorre quando Eγ>1.02 MeV (limiar para a produção de pares). A energia cinética do par electrão-positrão é igual a Eγ-1.02 MeV (0 ≤ E+, E- ≤ Eγ-1.02 MeV).Os electrões e os positrões deslocam-se no meio de modo semelhante às partículas beta. Quando o positrão perde toda a energia, associa-se a um electrão, produzindo-se dois fotões, que se propagam em sentidos opostos, com energia Eγ=0.511 MeV.

Desenvolvimento de materiais híbridos para

aplicações biomédicas

Material Híbrido (MH) é um material constituído por uma

componente orgânica e inorgânica.

Si

OC2H5

OC2H5

OC2H5

C2H5O

tetraethylorthosilicate (TEOS)

Flexibilidade / Baixa densidade Dureza / Estabilidade térmica

Classe I: interacções fracas entre os dois componentes (forças

van der Waals, pontes hidrogénio ou interacções electrostáticas

fracas);

Classe II: fortes interacções entre os dois componentes (ligação

covalente).

SiO

SiO

Si

n

polydimethylsiloxane (PDMS)

O que é um material híbrido?

MH InorgânicoOrgânico

Ligações químicas estabelecidas entre a componente orgânica

(PDMS) e a inorgânica (TEOS);

Catalisador (ex. HCl); solvente.

Si(OH)4 +H+

HO Si

CH3

CH3

O Si

CH3

OH

CH3

nSi

O

O

O Si

CH3

CH3

O Si

CH3

CH3

O Si

O

O

n+ H2O

Hidrólise:

Condensação:

Si(OEt)4 + 4H2O Si(OH)4 + 4 EtOHH+

A técnica de sol-gel

Propriedades térmicas e mecânicas melhoradas através da

incorporação de outros alcóxidos metálicos, ex. propóxido de

zircónio (PrZr)

Zr

O O

O O

Zirconium propoxide

O uso de catalizadores

Cross-linking entre as cadeias de polímero promovidas por

irradiação gama.

Gomes et al. 2007. Nucl. Instrum. Methods

Phys. Res. Sect. B 265,114–117.

- Radicais livres;

- Grau de cross-linking dependente da dose e do polímero;

- Competição entre cross-linking e scissioning;

- Emissão de gases;

A radiação ionizante na preparação de membranas poliméricas

E também MH de uma mistura de PDMS, TEOS e PrZr

- Sem adição de solventes;

- Homogéneos;

- Transparentes;

- Monolíticos;

- Flexíveis.

Porta-amostras

(atmosfera inerte)

Como é que os materiais híbridos são preparados? – parte I

Sistema: 33PDMS-66.84TEOS-0.16PrZr+xCa (x = 0.027, 0.04, 0.05, wt%)

1º pesar o PDMS e o TEOS;

2º à parte pesar a quantidade de acetato de cálcio necessária para se ter x wt% de cálcio na composição;

3º adicionar a quantidade de água necessária para dissolver o acetato de cálcio;

4º juntar o acetato de cálcio dissolvido à mistura de PDMS e TEOS. Mexer;

5º pesar o PrZr. Mexer a mistura;

6º selar as amostras com atmosfera inerte (azoto).

Polidimetilsiloxano

PDMS

tetraetilortosilicato

TEOS

Propóxido de zircónio

PrZr Acetato de cálcio

Ca(OAc)2

Como é que os materiais híbridos são preparados? - parte II

UTR - fonte 60Co

1º cálculo das taxas de dose actuais para cada posição através do programa UTR-dose rate;

3º preencher a folha de requisição de investigação;

2º cálculo do tempo de irradiação para atingir a dose necessária para gelificação das amostras usando o programa UTR-dose rate;

Caixa para 20 amostras

A

B

C

D

E

1 2 3 4

4º colocar as amostras nas respectivas posições da caixa colocada na grelha do irradiador de 60Co da Unidade de Tecnologias de Radiação (UTR).

1 – Irradiador; 2 – Escudo biológico; 3 – Posições de irradiação em ciclo; 4 – Posiçõesde espera; 5 – Sistema electropneumático de carga, rearranjo e descarga dos contentores; 6 – Trajectória dos produtos em ciclo de irradiação.

Como é que os materiais híbridos são preparados? – parte III

Amostra de material híbrido sem cálcio

1º saída das amostras da câmara de irradiação;

2º secagem das amostras ao ar durante cerca de 15 dias. Durante este período pesam-se as amostras;

3º amostra final:

Calendário - proposta

Horas SegundaBoas-vindas e

preparação de amostras

TerçaPreparação de

amostras

QuartaCaracterização de

amostras (análise

térmica)

QuintaCaracterização de

amostras (FTIR)

SextaConclusão dos

trabalhos, despedida

e entrega dos

diplomas

09:00-12:30 - Visita aos

laboratórios e à

UFA;

- Apresentação na

sala dos

seminários sobre

os estágio. Regras

de comportamento

dentro do

laboratório.

Descrição do plano

de actividades.

- Continuação da

preparação de

amostras+selagem;

- Aprender a utilizar o

programa UTR para

obter tempos e taxas

de dose de

irradiação;

- Esquema de

distribuição das

amostras na grelha;

- Análise térmica

de amostras de

materiais híbridos

(TGA, DSC);

- Preparar

amostras para

análise de FTIR;

- Interpretação dos

espectros de FTIR

obtidos;

- Finalização dos

trabalhos

experimentais em

curso;

- Arrumar e limpar

o laboratório;

- Realização de um

relatório final;

12:30-14:00 Almoço Almoço Almoço Almoço Almoço

14:00-17:00 - Preparação de

amostras (diferentes

composilções, com e

sem cálcio);

- Técnica de selagem

das amostras;

- Arrumar e limpar o

laboratório.

- Aprender a preencher

a folha de requisição

de irradiação com

doses, tempos e

esquema de

posicionamento das

amostras;

- Arrumar e limpar o

laboratório.

- Aprender a

analisar e

interpretar os

termogramas

através do

programa TA

analysis;

- Arrumar e limpar

o laboratório.

- Arrumar e limpar o

laboratório.

- Entrega dos

diplomas de estágio.

Programa UTR-Dose Rate

2º cálculo do tempo de irradiação para atingir a dose necessária para gelificação das amostras usando o programa UTR-dose rate;

AGRADECIMENTOS

Este trabalho é financiado por Fundos FEDER através do ProgramaOperacional Factores de Competitividade – COMPETE e por FundosNacionais através da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologia noâmbito do projeto RECI/AAG-TEC/0400/2012