Fluorination of graphene for controlled wetting properties and improved cell adhesion

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Main Author: Moreira, Gabriel Cabral de Freitas Lopes
Publication Date: 2024
Format: Master thesis
Language: eng
Source: Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
Download full: https://hdl.handle.net/1822/95162
Summary: Dissertação de mestrado em Engineering Physics, Devices, Microsystems and Nanotechnologies
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spelling Fluorination of graphene for controlled wetting properties and improved cell adhesionFluorinação de grafeno para propriedades de wettability controladas e melhor adesão celularWettabilityAdesão celularGrafenoFluorinaçãoCell adhesionGrapheneFluorinationEngenharia e Tecnologia::NanotecnologiaDissertação de mestrado em Engineering Physics, Devices, Microsystems and NanotechnologiesEstudos de interfaces celulares são fundamentais para a compreensão do comportamento e das interações celulares em sistemas biológicos complexos, particularmente em neurociência, onde as interfaces entre células neuronais e seu microambiente são essenciais para a investigação da função cerebral, desenvolvimento e transtornos neurológicos. Avanços recentes em nanotecnologia facilitaram o desenvolvimento de biomateriais ideais para interagir com células neuronais, com o grafeno emergindo como um candidato promissor. Para ser considerado amigável às células neuronais, uma interface ideal deve possuir alta wettability e condutividade elétrica. Embora o grafeno pristino tenha alta condutividade intrínseca, as aplicações biológicas são limitadas pelo comportamento de baixa hidrofilia. Funcionalização com grupos químicos específicos permite ajustar a wettability do grafeno e ampliar suas aplicações. Este trabalho tem como objetivo desenvolver interfaces inovadoras de grafeno para células neuronais. Para aprimorar as suas propriedades de superfície (i.e., wettability), filmes de grafeno foram funcionalizados com grupos químicos de flúor após serem transferidos para substratos de politereftalato de etileno (PET) flexíveis, eletricamente isolantes e biocompatíveis. Os efeitos de fluorinação na wettability do grafeno ainda são enigmáticos devido a resultados inconsistentes na literatura. Portanto, a fluorinação e a caracterização do grafeno em diferentes substratos (Si e Si/SiO2) foram realizadas para uma melhor compreensão desses efeitos. Além disso, métodos para a geração seletiva de áreas de grafeno funcionalizado foram explorados para aplicação de controle celular aprimorado. Para obter a amostra de substrato ideal, foi necessário testar vários métodos e parâmetros de preparação e identificá-los como promissores em relação às propriedades finais da amostra. O ângulo de contato com a água (WCA) e o método de quatro pontas foram usados para monitorar a wettability e a resistência de folha das amostras, respetivamente. Além disso, a composição química e a estrutura cristalina foram caracterizadas por espectroscopia Raman e fotoeletrônica de raios-X, e os efeitos na topografia foram analisados com perfilômetro de contato e microscopia de força atômica. Testes de células cancerígenas foram realizados por nossos colaboradores no INL para resultados preliminares em adesão celular.Cell interface studies are crucial for understanding cellular behavior and interactions in complex biological systems, particularly in neuroscience where the interfaces between neuronal cells and their microenvironment are essential for investigating brain function, development, and neurological disorders. Recent advances in nanotechnology have facilitated the development of ideal biomaterials for interacting with neuronal cells, with graphene emerging as a promising candidate. To be considered neuron-friendly, an ideal interface should possess high wettability and electrical conductivity. While pristine graphene has high intrinsic conductivity, some biological applications might be limited by its poor wetting behavior. Functionalization with specific chemical groups allows to tune graphene’s wettability and broaden its applications. This work aims to develop innovative graphene-based interfaces for neuronal cells. To enhance its surface properties (i.e., wettability), the graphene films were functionalized with fluorine chemical groups after being transferred to flexible, electrically insulating, and biocompatible polyethylene terephthalate (PET) substrates. The effects of fluorine functionalization on the wettability graphene remain enigmatic from inconsistent results in the literature. Hence, fluorination and characterization of graphene on different substrates (Si and Si/SiO2) were carried out to better understand these effects. Furthermore, methods to selectively generate areas of functionalized graphene were explored for enhanced cellular control applications. To obtain the optimal substrate sample, it was necessary to test several preparation methods and parameters and identify them as promising in relation to the final properties of the substrate. The water contact angle (WCA) and four-point probe method were used to monitor the wettability and sheet resistance of the samples, respectively. In addition, the chemical composition and crystalline structure were characterized via Raman and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and the effects on topography were analyzed with contact profilometer and atomic force microscopy (AFM). Cancer cell assays were conducted by our collaborators at INL for preliminary results related to cell adhesion.Capasso, AndreaAlpuim, P.Universidade do MinhoMoreira, Gabriel Cabral de Freitas Lopes2024-06-182025-06-18T00:00:00Z2024-06-18T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttps://hdl.handle.net/1822/95162eng203670337info:eu-repo/semantics/embargoedAccessreponame:Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)instname:FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiainstacron:RCAAP2025-04-05T01:20:12Zoai:repositorium.sdum.uminho.pt:1822/95162Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireinfo@rcaap.ptopendoar:https://opendoar.ac.uk/repository/71602025-05-29T06:21:07.787085Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP) - FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiafalse
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