ESTRUTURAS DO TIPO CORE/SHELL CoFe2O4@Ag OBTIDAS PELO MÉTODO DE DECOMPOSIÇÃO TÉRMICA ASSISTIDO POR MICRO-ONDAS VISANDO APLICAÇÕES BIOLÓGICAS

ISBN 978-85-85905-23-1

Área

Materiais

Autores

Borges, M.D.F. (UFMA) ; Santana, P.Y.C. (UFMA) ; Silva, F.C. (UFMA) ; Sinfrônio, F.S.M. (UFMA) ; Santos, C.C.S. (UFMA) ; Menezes, A.S. (UFMA)

Resumo

Propriedades únicas de nanopartículas magnéticas são em grande parte, dependentes de sua morfologia, monodispersidade e composição química. Um importante exemplo, ferrita de Cobalto, possui diversas aplicações que vão desde áreas industriais a biomédicas. Assim, este trabalho tem como objetivo avaliar a síntese sobre as propriedades das nanopartículas de CoFe2O4 monodispersas obtidas pelo método de decomposição térmica assistida por micro-ondas e sua posterior funcionalização. Portanto, todas as amostras foram caracterizadas por Difração de Raios-X, espectroscopia Raman, FTIR e UV-Visível. As técnicas confirmaram espinélios cúbicas reversas indicadas para estruturas do tipo Core-Shell (X@CoFe2O4) uma vez que responderam ao processo de transferência de fase com surfactante catiônico.

Palavras chaves

Ferrita de cobalto; nanopartículas magnéticas; Core-shell

Introdução

Materiais em escala nanométrica, tal como nanopartículas, possuem importantes propriedades físicas e químicas possibilitadas pela pequena quantidade de átomos e elevada relação de área superfície/volume (LU et al, 2007). Nos últimos anos os óxidos de ferro, além de nanoestruturas compostas por outros metais de transição, receberam especial atenção uma vez que são capazes de produzir um momento de dipolo sobre a aplicação de um campo magnético (HYEON, 2003). Comparado às nanopartículas de magnetita (Fe3O4), estudos recentes mostraram maior estabilidade estrutural de nanopartículas de ferrita de Cobalto (CoFe2O4) sob iluminação a laser indicando que as nanopartículas de ferrita de cobalto são mais confiáveis como portadores de drogas magnéticas em aplicações biológicas, como por exemplo na terapia fotodinâmica (SOLER, et al 2004). Inúmeras aplicações tecnológicas nas áreas de sensoriamento, catálise, informática e mais acentuadamente biomedicina têm aumentado o interesse sobre as mesmas, uma vez que o pequeno tamanho as possibilitam ser empregada como entidade biológica. Outro grande fator é o fenômeno de superparamagnetismo, que possibilita a estabilidade coloidal das nanopartículas no organismo tais como agente de contraste em imagem por ressonância magnético nuclear e carregadores de fármacos. (LU et al, 2007; HYEON, 2003; PANKHURST et al, 2003; SUN et al, 2008). Contudo, para ser adequado para aplicações biomédicas, as nanopartículas precisam ser dispersas em água tendo em vista que o sistema nanopartícula- solvente não é biocompatível. Mediante isso, o presente trabalho propõe a síntese e caracterização de nanopartículas magnéticas de ferrita de Cobalto bem como a sua funcionalização afim de se obter estruturas Core-shell (CoFe2O4@Ag) para aplicações biológicas.

Material e métodos

Para a síntese dos materiais nanoestruturados, foram usadas balança analítica AY220g (SHIMADZU), Reator Solvatermal de Micro-Ondas (SYNTHWAVE) e centrífuga (FANEM). Os sistemas nanométricos foram obtidos pelo método de decomposição térmica, solvatermal assistido por micro-ondas. Portanto, foram adicionados os precursores metálicos Acetilacetonato de Ferro(II), Acetilacetonato de Cobalto(II) em um vial, na proporção 2:1, respectivamente. Ademais, adicionou-se 12 mL de Oleilamina, 8 mL de Ácido Oleico e 20 mL de 1-Octadeceno. A mistura foi então levada para o Reator de Micro-ondas com tempo de reação de 30 minutos, sob atmosfera inerte de Nitrogênio (N2) e aquecida até 100 ºC por 10 minutos, seguindo uma taxa constante de 10 ºC/min. Posteriormente, o produto reacional sólido obtido foi lavado com etanol e tolueno na proporção 3:1 (etanol/tolueno), centrifugado a 3600 rpm por 15 minutos e o sobrenadante foi então descartado. Esse procedimento foi repetido três vezes. Por fim, o material foi disperso em Tolueno e armazenado em um frasco de vidro de 10 mL. Para o procedimento de transferência de fase a amostra foi seca a temperatura ambiente de um dia para o outra e então pesou-se 5 mg da amostra em um béquer e adicionou-se 1 mL de clorofórmio e 5 mL de detergente catiônico CTBA. Formou-se duas fases. Este ficou sob agitação por 2 horas a temperatura de 35 °C com a intenção de que este formasse uma emulsão. Conseguiu-se obter a dissolução da ferrita no dispersante, e após algumas lavagens a dispersão foi transferida para o frasco. Este consegue ser solúvel na água devido ao CTBA, que envolve as partículas e permite a sua agregação com a água, uma vez que ela é polar.

Resultado e discussão

A fim de se realizar o estudo estrutural do material sintetizado, realizou- se a difratometria de raio-x para se determinar os parâmetros estruturais da amostra. A análise da fase presente foi realizada combinando este com a ficha padrão JCPDS. O espectro de difratograma de raio X apresentado na figura 1 para o sistema CoFe2O4 apresentou o mesmo conjunto de picos correspondentes à formação da fase espinélio de ferrita, evidenciado pelo aparecimento do pico principal 2θ=35,4. Ferrita de Cobalto possui uma estrutura de ferrita cúbica de face centrada com grupo espacial (Fd3m) que dá origem a cinco modos Raman ativos. Os modos vibracionais acima de 600 cm- 1 são gerados pelos íons metálicos bivalentes tetraédricos e aqueles abaixo de 600 cm-1 representam as vibrações de metal e oxigênio em sítios octaédricos (NONGJAI, et al 2012). O aumento do tempo de medida sobre a amostra resultou em modos mais amplos, com uma possível transição para fase magnetita, uma vez que devido ao maior tempo da incidência do laser, esse aqueceu a amostra aumentando as interações não harmônicas. Com o intuito de confirmar a transferência de fase da ferrita para soluções aquosas através do revestimento com CTBA a amostra foi submetida a análise FTIR e UV- Visível. O espectro IV (Figura 2) exibe um pico a 588 cm-1 que representa a ligação Fe-O de CoFe2O4. A banda larga a 3430 cm-1 pode ser atribuída à interação eletrostática entre os grupos hidroxila de superfície de CoFe2O4 e a porção de amônio no CTAB. O espectro UV- Vis por sua vez exibe uma banda de absorção a 250 nm , característica essa que que pode ser atribuído às transições eletrônicas (orbitais-d) do complexo Fe+3/Br-aqua apresentadas em solução aquosa (GUIVAR, et al 2015).

Refinamento Rietveld do difratograma obtido da amostra de CoFe2O4.


Espectro IV para a amostra de CoFe2O4 revestido com CTBA.

Conclusões

Os resultados espectroscópicos e estruturais indicaram que o método solvatermal assistido por micro-ondas foi capaz de gerar estruturas espinélios CoFe2O4 nanométricos uma vez que que a técnica de difração de Raio X exibiu picos atribuídas aos índices de Miller , e um razoável alargamento basal. A espectroscopia Raman exibiu os cinco modos ativos do grupo espacial Fd3m característico da estrutura espinélio. Ademais também confirmou-se a funcionalização da ferrita com o revestimento da ferrita com CTBA através das técnicas de FTIR e UV-Vísível, visando aplicações biológicas.

Agradecimentos

Referências

GUIVAR, J. SANCHES, A. R., MAGON, A. J., FERNANDES, G., PREPARATION AND CHARACTERIZATION OF CETYLTRIMETHYLAMMONIUM BROMIDE (CTAB)-STABILIZED FE3O4 NANOPARTICLES FOR ELECTROCHEMISTRY DETECTION OF CITRIC ACID. JOURNAL OF ELECTROANALYTICAL CHEMISTRY 755 (2015) 158–166.

HYEON, T .CHEMICAL SYNTHESIS OF MAGNETIC NANOPARTICLES. CHEMICAL COMUNICATIONS, N. 8, P. 927, 2003.

LU, A.H.; SALABAS, E. L.; SCHUTH, F. MAGNETIC NANOPARTICLS: SYNTHESIS, PROTECTION, FUNCTIONALIZATION, AND APPLICATION. ANGEWANDTE CHEMIE INTERNAION EDITION, V. 46, N. 8, P. 1222-1244, 2007.

NONGJAI, R.,KHAN,S.,ASOKAN, K.,AHMED, H., AND KHAN, I. MAGNETIC AND ELECTRICAL PROPERTIES OF IN DOPED COBALT FERRITE NANOPARTICLES. JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 112, 084321 (2012); DOI: 10.1063/1.4759436

PANKHURST Q. A.; CONNOLLY, J.; JONES, S. K.; DOBSON, J. APPLICATIONS OF MAGNETIC NANOPARTICLES IN BIOMEDICINE. JOURNAL OF PHYSICS D: APPLIED PHYSICS, V. 36, N. 13, P. R167-R1181, 2003.

SOLER, M.A. G., MELOA, T.F.O. , SILVAA, S.W. , LIMAB, E.C.D., PIMENTAB, A.C.M, GARGA, A.C.M. , OLIVEIRAA, A.C. , MORAISA, P.C., STRUCTURAL STABILITY STUDY OF COBALT FERRITE-BASED NANOPARTICLE USING MICRO RAMAN SPECTROSCOPY. JOURNAL OF MAGNETISM AND MAGNETIC MATERIALS 272–276 (2004) 2357–2358.

SUN, C.; LEE, J. S. H.; ZHANG, M. MAGNETIC NANOPARTICLES IN MR IMAGING AND DRUG DELIVERY. ADVANCED DRUG DELIVERY REVIEWS, V. 60, N. 11, P. 1252-1265, 2008.