DESENVOLVIMENTO DE NANOPARTÍCULAS DE CoFe2O4 PELO MÉTODO SOL GEL PROTEÍCO PARA APLICAÇÕES NA ÁREA DA SAÚDE.

ISBN 978-85-85905-15-6

Área

Materiais

Autores

Lima, D.R. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS) ; Pancotti, A. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS) ; Araujo, G.H.M. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS) ; Martins, A. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS) ; Vulcani, V.A.S. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS)

Resumo

Nas últimas décadas a nanotecnologia recebe destaque em diversas áreas do conhecimento, isso por que as propriedades físicas e químicas de um nanomaterial diferem consideravelmente daquelas do mesmo material no estado sólido estendido, possibilitando assim diversas aplicações, sendo uma importante ferramenta para o desenvolvimento tecnológico. Para as aplicações na área da saúde, nanopartículas são constantemente avaliadas, pois oferecem atrativas e fascinantes aplicações em potencial a saúde. O objetivo deste trabalho é relatar as etapas de síntese e caracterização de nanopartículas de ferrita cobalto e apresentar resultados de hemocompatibilidade.

Palavras chaves

Nanotecnologia; Magnetismo; Toxicidade

Introdução

Dentre as várias formas de inovações tecnológicas, destaca-se a nanotecnologia como um segmento importante em função das novas propriedades físicas e químicas (propriedades eletrônicas, ópticas, de transporte, fotoquímicas, magnéticas, eletroquímicas e catalíticas) que estruturas nanométricas proporcionam. Sendo uma importante ferramenta para o desenvolvimento tecnológico em diversas áreas de conhecimento (ROGACH, et.al 2002; FONTAVINE,2012). Diante das diversas possibilidades de utilização de materiais em escala nanoscópica, é necessário controle sistemático para medir, manipular e organizar estes materiais, através de técnicas de síntese e caracterização já bastante discutida na literatura (NOGUEIRA, 2013). As nanoestruturas com características magnéticas como as ferritas tem despertado interesse científico em função da sua ampla possibilidade de aplicações biomédicas (YUAN et al,2010). A ferrita de cobalto por exemplo apresenta boa estabilidade química e física, sendo possível controlar sua composição e conhecer sua estrutura, o conhecimento de suas propriedades são essenciais para o sucesso de sua aplicação na área da saúde (FONTAVINE,2012). As nanopartículas oferecem atrativas e fascinantes aplicações na área da saúde, como por exemplo: podem ser cobertas com diversos materiais (orgânicos ou inorgânicos), podem ser usadas para separação magnética, como carreadores de fármacos, aplicadas como agentes de contraste para ressonância magnética entre outras aplicações (BRANQUINHO et.al,2013). Neste estudo o interesse está na síntese de nanopartículas de CoFe2O4, caracterização e avaliação da toxicidade, visando futuras aplicação na área da saúde.

Material e métodos

A síntese do material foi realizada à partir da mistura de sais de nitratos metálicos com proporções estequiométricas dos respectivos sais. Como precursores foram utilizados: Fe(NO3)3.(H2O)9 , Co (NO3)2. (H2O)6 e gelatina comestível. O método de síntese foi o sol-gel-proteíco, que consiste na transição de um sistema em solução coloidal para um sistema em gelificação. Após obtenção do pó, o material foi submetido a tratamento térmico em diferentes temperaturas, 250ºC, 300ºC, 400ºC, 500ºC, 600ºC, 800ºC, 1000ºC para calcinação do produto. Com a finalidade de remover a matéria orgânica residual foi realizado o tratamento químico com peróxido de hidrogênio. As técnicas para caracterização quanto a estrutura eletrônica e geométricas das nanopartículas foram: Fluorescência de raios-x (XRF); Difração de raios-x (XRD); Microscopia Eletrônica de transmissão (TEM); e Espectroscopia de fotoelétrons por raios-x (XPS). Para a avaliação da citotoxicidade in vitro, foram realizados testes de viabilidade de leucócitos através de coloração com azul de Tripan e foi avaliado a liberação da hemoglobina de hemácias. Nos testes de hemólise foram utilizados 5 mL de sangue venoso de equinos, centrifugado por 10 minutos com a finalidade de separar plasma e hemácias. O plasma foi removido por aspiração e acrescentado o mesmo volume de PBS, este processo foi repetido por 3 vezes. O volume globular foi ajustado para 5% e posteriormente foi acrescentado 10 µL de penicilina e 10 µL estreptomicina. Diferentes massas do biomaterial (1mg/10mg/60mg/400mg) foram diluídas em um volume de 50 mL de PBS. Foram pipetadas 100 µL da solução do biometerial e acrescentada em 4900 µL do concentrado de hemácias em um tubo de ensaio. Os tubos foram incubados à 38ºC em estufa sob agitação constante à aproximadamente 50 rpm. Após 24 horas de incubação, os tubos foram centrifugados e realizada leitura da absorbância do sobrenadante. Para testar a viabilidade de leucócitos foram utilizados 5 mL de sangue venoso de equinos, e adicionados 2 mL de expansor plasmático, esta solução foi mantida por 20 minutos em estufa sob temperatura de 38ºC, com inclinação de 45º para favorecer a precipitação e separação das hemácias e leucócitos. Através de aspiração o plasma/camada leucocitária foram transferidos para outro tubo de ensaio e centrifugados por 10 minutos. Desta forma os leucócitos formaram pellets, o sobrenadante foi desprezado e os leucócitos foram ressuspendidos em 2 ml de soro fisiológico 0,9%. Foi acrescentado a solução de Turk (1:20) para promover a lise de hemácias e plaquetas e então, pipetadas 20 µL da solução do biomaterial e acrescentada em eppendorfs contendo 980 µL do concentrado de leucócitos. O material foi incubado, por 6 horas à 38º C em constante agitação de 50 rpm. Posteriormente foi acrescentado o corante Azul de Tripan na mesma proporção da solução, e realizada a contagem de leucócitos em câmara de Neubauer.

Resultado e discussão

Com a aplicação do método sol-gel-proteíco obteve-se o pó de ferrita de cobalto (CoFe2O3). A caracterização da estrutura quanto a composição química do produto calcinado em diferentes temperaturas, demonstraram que a proporção referente ao ferro nas amostras aproximaram-se da proporção de Co: Fe = 1: 2. Os espectros de XRF das amostras calcinadas à 4000C e 8000C, confirmaram a presença de ferro e cobalto através da observação das linhas kα e linhas kβ, sugerindo a formação de CoFe2O3. A caracterização eletrônica foi realizada pela técnica de XPS, os espectros do pó calcinado a 400ºC e 800ºC não indicam a formação de apenas uma fase, contudo os estudos de caracterização do material estão em andamento (Figura 01). As micrografias de XRD demonstraram a estrutura geométrica das nanopartículas obtidas em diferentes temperaturas de calcinação (250ºC-1000ºC). O difratograma dos pós de CoFe2O4 calcinados em diferentes temperaturas apresentaram características da fase cristalina, mas em algumas temperaturas ainda não totalmente cristalina. Sendo as amostras calcinadas em temperaturas mais elevadas como por exemplo 800ºC, melhores para formação de nanopartículas cristalinas. A amostra calcinada a 800ºC apresentou picos de difração nos planos (220), (311), (400), (331), (511), (440) e (531), correspondendo a carta cristalográfica de referência Nº 22-1086, obtida no programa Crystalographica Search Match, referente a estrutura de espinélio da ferrita de cobalto (figura 02) As características dos pós de CoFe2O4 apresentadas nas micrografias de XRD, foram confirmadas pelas imagens de TEM. Observa-se na figura 2 (C,D,E) a formação de nanopartículas monocristalinas com forma esférica, com tamanho médio entre 20nm e 100nm. Quanto aos testes de citotoxicidade o perfil de liberação de hemoglobina na ausência (grupo controle) ou na presença de suspensões de ferrita de cobalto, demonstraram resultados semelhantes. Sendo o valor da absorbância do grupo controle de 0,047. As soluções de nanopartículas calcinadas à 400ºC e 800ºC foram testadas, com diferentes massas do material e apresentaram os seguintes valores de absorbância: 1mg = 0,035; 10mg = 0,038; 60mg = 0,048; 400mg = 0,122 para as amostras calcinadas à 400ºC e 1mg = 0,045; 10mg = 0,062; 60mg = 0,048; 400mg = 0,049, para as amostras calcinadas á 800ºC. Em estudo semelhante apresentado por Fontanive (2012), os resultados do ensaio controle sob a liberação de hemoglobina, também foram próximos ao do material que foi exposto às soluções de nanopartículas de CoFe2O4. As concentrações de nanopartículas de CoFe2O4, testadas neste estudo foram: 0,02, 0,01, 0,005 e 0,0025 mg/mL. Este dado sugere que mesmo utilizando altas concentrações de nanopartículas de CoFe2O4, não há toxicidade para hemácias. A viabilidade celular dos leucócitos na presença de diferentes concentrações das nanopartículas também manteve-se próximo a viabilidade do grupo controle (125,5 leucócitos totais e 1,3 coradas). Os resultados para a amostra calcinada à 400ºC foram: 1mg = 81 leucócitos totais/1,5 corados; 10mg = 119,5 leucócitos totais/1,5 corados; 60mg = 111 leucócitos totais/3,5 corados; 400mg = 113 leucócitos totais/1,5 corados. E para as amostras calcinadas à 800ºC 1mg = 110,5 leucócitos totais/1 corados; 10mg = 112 leucócitos totais/ 2 corados; 60mg = 103 leucócitos totais/ 2 corados; 400mg = 86,5 leucócitos totais/ 1 corados. Os resultados apresentados estão em consonância com dados reportados em outros estudos sobre citotoxicidade, sugerindo assim que o material sintetizado não apresenta toxicidade para leucócitos (FONTANIVE,2012).

(A) Espectro de Espectroscopia de fotoelétrons por raios-x da amostra calcinada à 400ºC; (B) Espectro da amostra calcinada à 800ºC.


(A) e (B) Difratogramas da amostra; (C) Imagem de MET da amostra calcinada à 400ºC; (D) e (E) Imagens de MET da amostra calcinada à 800ºC.

Conclusões

O método sol gel proteíco foi eficiente para obtenção das nanopartículas de ferrita de cobalto, sendo confirmado através das técnicas utilizadas para caracterização estrutural, eletrônica, morfológica do material, XRF, DRX, MET e XPS. Destaca-se que foram obtidas nanopartículas monocristalinas em geometria esférica e com tamanho médio entre 20nm e 100nm. As suspensões de nanopartículas de cobalto nas diferentes concentrações testadas não demonstraram resultados diferentes dos ensaios usados como controle. os testes de sugerindo hemocompatibilidade do material. O objetivo de sintetizar nanopartículas de cobalto, caracterização e teste de toxicidade in vitro foram alcançados, sendo importante para contribuição de futuras aplicações deste material na área biomédica. Partindo destes resultados alcançados até o momento, surge a perspectiva para estudos futuros afim determinar de forma mais detalhada as propriedades físicas e químicas deste material e testar a biocompatibilidade via teste de toxicidade aguda utilizando ensaios in vivo, para posteriormente avaliar quais as formas e possíveis aplicações na área da saúde.

Agradecimentos

Os autores agradecem ao técnico Thiago Oliveira, ao mestre Elton F. Souza Lima e ao técnico Sidney Aniceto R. Junior pela colaboração no estudo.

Referências

BRANQUINHO, L.C et al. Effect of magnetic dipolar interactions on nanoparticle heatingefficiency: Implications for cancer hyperthermia. Scientific Reports, v. 3, p. 2887, 2013.

FONTANIVE, V.C.P . Síntese, caracterização e análises in vitro e in vivo da toxicidade de nanopartículas de ferrite de cobalto para aplicações biomédicas. Dissertação de Mestrado. Pós Graduação em Ciências Farmacêuticas. Universidade Estadual do Centro-Oeste, 2012.

ROGACH, A.L et al. Organization of matter on diferente size scales: Monodisperse nanocrystals and their superstrutcures. Advanced Functional Materials, v. 12, n.10, p. 653-664,2002.

YUAN, H.L.; WANG, Y.Q.; SHAO, M.Z.; LIU, L.S.; CHEN, X. L.; LOU, S. Y.; YUAN, R. J.; HAO, Y. M.; L. I, N. Low-temperature preparation of superparamagnetic CoFe2O4 microspheres with high saturation magnetization. Nano Express (2010), 5:1817-1821.