Neste trabalho, foi feito um estudo e caracterização das propriedades ópticas lineares e não lineares da molécula de ácido perileno di-imida dibenzenossulfônico (PDI BSA) para dois solventes, dimetil sulfóxido (DMSO) e água, bem como para uma mistura binária dos mesmos afim de direcionar este composto para possíveis aplicações biológicas. A caracterização básica óptica linear, absorção e emissão mostrou a presença da formação de agregados, em sistemas acima de 50% água/DMSO. A fim de compreender a dinâmica da formação de agregados, um estudo das propriedades fotofísicas ópticas lineares foi feito com a alteração da temperatura. Esse estudo mostrou que para temperaturas elevadas os agregados podem ser dissociados aumentando o potencial de emissão fluorescente do material, e que devido a sensibilidade de fluorescência, o mesmo pode ser utilizado como um termômetro óptico. Uma vez determinada as propriedades básicas, foi implementado um modelo para ilustrar a mudança da energia do estado excitado frente a mistura binária de solventes. Isso foi feito para se compreender a dinâmica de relaxação do estado excitado e como os agregados influenciam nesse sistema, prevendo os efeitos de relaxação na ausência de agregados. Ainda, uma caracterização óptica não linear com o objetivo de obter a seção de choque de absorção de dois fótons (A2F) para os dois sistemas, agregado e não agregado foi feito. Os resultados mostraram que a seção de choque permanece praticamente a mesma dentro do erro experimental para os dois sistemas, mostrando que esse valor está associado apenas ao monômero e não apresenta um engrandecimento devido a formação de agregados. Com isso, postulou-se que para as outras misturas entre os solventes, a seção de choque de A2F é invariante e apresenta valores iguais aos determinados para o caso do PDI BSA em DMSO puro. Assim, foi possível obter o brilho de dois fótons da molécula de PDI BSA, um fator muito importante para aplicações de PDT e microscopia de fluorescência, e que pode ser obtido através do produto da eficiência quântica de fluorescência com a seção de choque de A2F. Por fim, foi realizada medidas de fluorescência induzida via A2F em função da temperatura, para que pudesse ser mostrado o potencial fluorescente para comprimentos de onda que compreendem a janela óptica terapêutica. Os resultados aqui obtidos nessa dissertação de mestrado indicam a possibilidade do controle da fluorescência através da dinâmica da mistura binária de solventes polares conhecidos como biológicos, bem como o controle através da temperatura. Através da caracterização espectroscópica óptica de compostos orgânicos como o PDI BSA, é possível não apenas estabelecer um material que possui afinidade com aplicações biológicas, mas também criar uma base de dados com materiais de diferentes especificidades e características ópticas. Além disso, os fatores externos e a influência dos mesmos nas propriedades ópticas de materiais orgânicos foram abordados neste trabalho, mostrando o quão importante é o entendimento do comportamento do mesmo frente a alteração de concentrações e solventes.

In this work, a study and characterization of the linear and nonlinear optical properties of the perylene di-imide dibenzenesulfonic acid (PDI BSA) molecule was performed for two solvents, dimethyl sulfoxide (DMSO) and water, as well as for a binary mixture of those solvents to aim this compound for possible biological applications. The basic linear optical, absorption and emission characterization demonstrated the presence of aggregate formation in systems above 50% water/DMSO. In order to understand the dynamics of aggregate formation, a study of linear optical photophysical properties was done with changing temperature. This study revealed that at elevated temperatures the aggregates can be dissociated by increasing the fluorescent emission potential of the material, and that due to the fluorescence sensitivity, it can be used as an optical thermometer. After determination of the basic properties, a model was implemented to illustrate the change in excited state energy under binary solvent mixing. his is intended to understand the excited state relaxation dynamics and how the aggregates influence this system by predicting the relaxation effects in the absence of aggregates. In addition, a nonlinear optical characterization aiming to obtain the two-photon absorption cross section (2PA) for the two systems, aggregated and non-aggregated, was performed. The results have shown that the 2PA cross section remains about the same for both systems in accordance with the experimental error, proving that this value is associated only with the monomer and does not present a higher degree of enhancement due to the formation of aggregates. Therefore, it was postulated that for the other solvent mixtures, the 2PA cross-section is invariant and shows values that are equal to those determined for the case of BSA PDI in pure DMSO. Thus, it was possible to obtain the two-photon brightness of the BSA PDI molecule, a very important factor for PDT and fluorescence microscopy applications, and which can be obtained through the product of the fluorescence quantum yields with the2PA cross-section. Finally, temperature-dependent measurements of 2PA induced fluorescence were performed, in order to show the fluorescence potential for wavelengths that comprehend the therapeutic optical window. The results achieved here in this MSc dissertation indicates the possibility of fluorescence control through the dynamics of the binary mixture of polar solvents known to be biological, as well as control through temperature. Through optical spectroscopic characterization of organic compounds such as PDI BSA, it is possible not only to establish a material that has affinity for biological applications, but also to create a database with materials of different specificities and optical characteristics. In addition, the external factors and their influence on the optical properties of organic materials have been addressed in this work, showing how important it is to understand their behavior when faced with changing concentrations and solvents.