ÁREA: Nanociência e Nanotecnologia

TÍTULO: DETERMINAÇÃO EMPÍRICA DAS DIMENSÕES E CONSTRUÇÃO DA CURVA DE CRESCIMENTO DE NANOPARTÍCULAS SEMICONDUTORAS À BASE DE CdTe

AUTORES: Viana, O. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO - UFPE) ; Oliveira Júnior, J.G. (FACULDADE PERNAMBUCANA DE SAÚDE - FPS) ; Fontes, A. (UNVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO -CCB-UFPE) ; Santos, B. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO - CCS-UFPE)

RESUMO: Os quantum dots (QDs) são nanocristais semicondutores com características ópticas especiais, como elevada fluorescência, fotoestabilidade. Devido a estas características os QDs tem sido utilizados para marcação celular e terapia fotodinâmica (PDT). Foi realizada a síntese das nanopartículas e caracterização óptica através de espectros de absorção, excitação e emissão eletrônicas dos QDs. Após a determinação da curva de crescimento dos nanocristais, utilizando equações empíricas, verificou-se que os valores de concentração molar variam em função do tamanho médio dos nanocristais que é proporcional ao tempo de aquecimento durante a síntese. O aumento do diâmetro dos QDs leva a uma menor concentração molar da amostra o que pode ser explicado pelo rearranjo das nanopartículas.

PALAVRAS CHAVES: Quantum dots; Espectroscopia Absorção; Nanopartículas

INTRODUÇÃO: Os quantum dots (QDs) ou pontos quânticos são nanocristais semicondutores, constituidos de compostos binários das mais diversas naturezas. Dentre estes, destacam-se os QDs compostos por elementos da família IIB e da família VIA, como por exemplo o CdTe, ZnSe, CdSe e CdS, entre outros. Por possuírem propriedades elétricas e ópticas peculiares, são bastante utilizados em diversas áreas. Os quantum dots estão entre os mais promissores artefatos fluorescentes emergentes para a imagem e marcação celular. Os sinais obtidos com os QDs possibilitam marcação celular específica e, quando comparáveis aos marcadores orgânicos comercialmente disponíveis, são mais relevantes devido a maior estabilidade alcançada (FARIAS et al, 2005; WU et al, 2003;). O objetivo deste trabalho foi a determinação empírica das dimensões das nanopartículas luminescentes à base de telureto de cádmio e a obtenção da curva de crescimento desses nanocristais em função das condições de síntese.

MATERIAL E MÉTODOS: Para realização da síntese de quantum dots de CdTe/CdS utilizou-se os seguintes reagentes e soluções: solução de perclorato de cádmio [Cd(ClO4)2] 0,01 M, como fonte de cádmio; telúrio elementar (Te0); borohidreto de sódio (NaBH4) fabricante Sigma/Aldrich; agentes estabilizantes cuja estrutura contém um grupamento tiol: ácido mercaptopropiônico. As proporções molares utilizadas para a síntese foram as seguintes: • Cd2+:Te2-:AMP (2:1:4,6) Realizou-se caracterização óptica através dos espectros de emissão e excitação e dos espectros de absorção eletrônica no UV-Vis. Estes últimos foram realizados com o intuito de se confirmar a formação das nanopartículas de CdTe-AMP e CdTe-MSA através das bandas de absorção das mesmas, em solução aquosa (diluições de 1:5 e 1:1, respectivamente), bem como estimar o tamanho médio das partículas através da equação de Brus (Equação 1) (BRUS, 1991). Os espectros de absorção eletrônica foram realizados em espectrofotômetro modelo Evolution 600 UV-vis, fabricante Thermo scientific, utilizando o Software – visionpro, com amostras dos quantum dots diluídas em 1/5. Já os espectros de emissão e excitação dos quantum dots foram realizados em espectrofluorímetro Vinci, instrument control ISS (K2), com resolução de 1,0 nm e lâmpada de xenônio de 300W como fonte de excitação. No espectro de absorção, o máximo comprimento de onda do primeiro pico de absorção (primeiro éxciton) pode ser utilizado para o cálculo das dimensões das nanopartículas (DAGTEPE et al 2007; ROGACH et al, 2007; YU et al, 2003).

RESULTADOS E DISCUSSÃO: Os quantum dots de CdTe, foram obtidos em meio aquoso através de precipitação controlada dos agentes precursores conforme equações abaixo: Cd2+ + 2SHCH2CH2COO-(aq) 2[Cd(SCH2CH2COO-)](aq) Te2- + 2[Cd(SCH2CH2COO-)](aq) 2CdTe----[SCH2CH2COO-]n (s) Durante a reação, inicialmente observa-se a desprotonação dos grupamentos carboxilatos e sulfidrilas (pkSH = 10,55) do ácido mercaptopropiônico (AMP), com a solução mantida num valor de pH acima do valor do pKa de ambos, garantindo uma maior concentração na forma ionizada no meio reacional. Isto desloca o equilibro no sentido da formação dos produtos mantendo o estabilizante preferencialmente complexado ao íon Cd2+. Observa-se também que, após injeção do Te2-, a mudança na coloração do sistema amarelo-alaranjada (CdTe-amp). As amostras submetidas à radiação UV (λ=365nm) apresentam-se luminescentes (Figura 1), com emissão na região do verde ao vermelho, dependendo do tempo de síntese. Após a obtenção dos primeiros máximos de absorção de cada espectro (figura 2-a), foi possível obter o diâmetro médio relacionado a cada tempo de síntese do lote 0011111 de CdTe-amp, onde é possível observar um aumento do diâmetro em função do tempo de síntese (figura 2-b). Isto é melhor evidenciado com valores do primeiro éxciton acima de 470 nm. Esses resultados demonstram que o método de síntese utilizado em nosso estudo está bem ajustado e nos possibilita obter QDs com diferentes comprimentos de onda de emissão em função do tamanho da nanopartícula, ou seja, através do controle do tempo de aquecimento de cada síntese.

figura 1

Quantum dots de CdTe-amp, com diferentes tempos de síntese sob refluxo à 80°C. Antes (esquerda) e após(direita)excitação à 365 nm.

Figura 2

Figura 2. a) Espectros de absorção eletrônica de CdTe-amp em função do tempo de síntese; b) curva de crescimento dos nanocristais

CONCLUSÕES: Os valores de concentração molar variam em função do tamanho médio dos nanocristais que é proporcional ao tempo de aquecimento durante a síntese, ou seja quanto maior o diâmetro dos QDs, menor a concentração molar da amostra o que é esperado, considerando-se as devidas proporções estequiomolares dos reagentes de síntese e a quantidade de átomos de Cd e Te por nanocristal. Estudos posteriores poderão demonstrar a relação entre a estabilidade das nanosuspensões obtidas em função da concentração molar e seus efeitos de superfície.

AGRADECIMENTOS: FACEPE

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: DAGTEPE, PINAR; CHIKAN, P.; JASINSKI, J. AND LEPPERT, V.J.. Quantized Growth of CdTe Quantum Dots; observation of magic-Sized CdTe quantum dots. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 14977-14983

FARIAS , P. M. A.; SANTOS, B. S.; MENEZES F.D.; CESAR C.L.; FONTES, A.; LIMA, P.R.M.; BARJAS-CAST, M.L.; CASTRO, V.; FERREIRA, R. CdS quantum dots efficient fluorescente markers for red cells, J.microscopy, n.219, v.3, p.103-108, 2005.

ROGACH, A.L.; FRANZL, T.; KLAR, T.A.; FELDMANN, J.; GAPONIK, N.; LESNYAK, D.; SHAVEL, A.; EYCHMU1LLER, A.; RAKOVICH, Y. AND DONEGAN, J.F. Aqueous synthesis of thiol-capped CdTe nanocrystals: State-of-the-Art. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 14628-14637

YU, W.W.; QU, LIANHUA.; GUO, W.; PENG, L. Experimental Determination of the Extinction Coefficient of CdTe, CdSe, and CdS Nanocrystals. Chem. Mater. 2003, 15, 2854-2860