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.

The work presented in this dissertation aimed at the preparation and spectroscopic study of new materials based on cellulose nanocrystals (whiskers) and silk fibroin doped with lanthanide ions (Ln3+), such as Eu3+ and Tb3+. The whisker suspension characterized and used for film production was obtained via acid hydrolysis of a bacterial cellulose membrane. Whiskers have gained attention in recent years, mainly in relation to their interaction with lanthanide ions and their biocompatibility and non-toxicity. Silk fibroin, a protein component of silkworm cocoons, had been previously studied in the same research group and individually explored, exhibiting high sensitivity to the environment when coordinated with lanthanide ions. In the current work, the incorporation of this protein into cellulose whisker film production aimed at improving mechanical properties as well as luminescent response, enabling and optimizing photonic development. Initially, it was possible to characterize the whisker suspension by changing the acids and procedures used in hydrolysis, evaluating and understanding the effect on surface charge, size and morphology of nanocrystals resulting in the internal organization of the material and modifications in the effects of interaction with light. The results of extraction variations allowed the production of iridescent doped whisker films, both with Eu3+ and Tb3+. A dependency of the emission band intensities was noted according to the angle of incidence of the light beam used in the analysis, as there is an overlap of the wide region of the film reflection band with the lanthanide ion excitation band. In the case of the iridescent film doped with Tb3+, there was a selection of excitation wavelengths according to the film preparation method and its cholesteric pitch. The composite films of whiskers + fibroin doped with Ln3+ exhibited semi-transparent and slightly flexible characteristics, optimizing the reinforcement characteristic of the whiskers with the mechanical resistance of the fibroin. Interesting optical properties such as the phenomenon of birefringence were maintained, highlighting the usefulness of this material within the field of optical systems. Luminescence analyses confirmed a relative improvement in ion sensitization by the matrix compared to films containing only cellulose nanocrystals, being more efficient than direct lanthanide ion excitation and dependent on the concentrations of the materials used. Films co-doped with Eu3+/Tb3+ were obtained aiming at the optimization of sensitization processes by the matrix, with a combined emission of the characteristic bands of each ion used, in red and green, as well as blue emission by the matrix, resulting in emission close to white for this type of film. The ability to control the cholesteric pitch of doped iridescent whisker films, directly influencing the selection of the excitation wavelength and consequently the material emission, and the promising luminescent and birefringent properties of whiskers + fibroin composite films, show an innovative path for possible applications of polarized luminescence and optical devices based on cellulose nanocrystals and fibroin.