NANOPARTÍCULAS DE CoFe2O4 ORGANOFUNCIONALIZADAS PELO MÉTODO DE DECOMPOSIÇÃO TÉRMICA SOLVATERMAL ASSISTIDO POR MICRO-ONDAS PARA APLICAÇÃO EM HIPERTERMIA MAGNÉTICA.

ISBN 978-85-85905-23-1

Área

Materiais

Autores

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

Resumo

O presente trabalho teve como objetivo sintetizar nanopartículas de CoFe2O4 pelo método de decomposição térmica assistido por micro-ondas, avaliando o tempo de reação (2, 5, 10, 20 e 30 min) a 240 ºC. Os difratogramas de Raios-X indicaram características monofásicas de grupo espacial Fd3 ̅m (227), sem impurezas e estrutura cristalina do tipo espinélio das amostras. O refinamento Rietveld estima que o tamanho médio de cristalito das ferritas é de 1,9 – 4,1 nm, com microdeformações de até 0,4%. Espectros de FTIR e Raman sugerem que a organização estrutural da rede cristalina melhor formada é recomendável para aquelas sintetizadas a partir de 10 minutos, sendo promissoras no uso em sistemas core@shell para tratamento oncológico por hipertermia magnética.

Palavras chaves

FERRITAS; CÂNCER; HIPERTERMIA MAGNÉTICA

Introdução

O câncer é considerado uma das principais causas de óbitos no planeta onde poderá atingir cerca de 13,1 milhões de pessoas em 2030, segundo dados da World Health Organization (2018). No Brasil, estima-se que ocorra 600 mil novos casos no biênio 2018-2019, configurando num grande problema de saúde pública. No esforço para controlar o crescimento da patologia e melhorar a vida de pacientes, a comunidade científica vem promovendo novos conceitos e tecnologias para detecção precisa e precoce de tumores (LI et al., 2017; SOHAIL et al., 2017). Métodos inovadores estão sendo elaborados para diagnóstico, monitoramento e terapia do câncer com o avanço da nanotecnologia na medicina. A aplicação de nanopartículas magnéticas com alta magnetização de saturação diretamente nas células tumorais é um método promissor para tratamento da doença, num procedimento chamado Hipertermia Magnética, que visa o aquecimento do local sob efeito de um campo magnético alternado causando apoptose celular na região afetada (KANG, et al., 2017). Uma alternativa para que o organismo do corpo hospedeiro suporte a presença de nanopartículas de ferritas superparamagnéticas são estruturas do tipo caroço@casca (core@shell), no propósito de conferir biocompatibilidade, permanência das características físico-químicas das partículas encapsuladas, prolongamento do tempo de circulação em meio sanguíneo e estabilidade química (HEDAYATNASAB, et al., 2017). Neste contexto, o presente trabalho visa a síntese de nanoestruturas de ferritas de CoFe2O4 pelo método de decomposição térmica (termodecomposição) solvatermal assistido por micro-ondas organofuncionalizadas com a finalidade de uso em procedimentos de Hipertermia Magnética para o tratamento de células tumorais.

Material e métodos

Foram adicionados ao vial de reação 1 mmol de Fe(NO3)3.9H2O, 0.5 mmol de Co(NO3)2.6H2O, 6 mL de Oleilamina, 4 mL de Ácido Oleico e 10 mL de 1- Octadeceno. A mistura reacional foi levada para o Reator de Micro-ondas Synthwave, da marca Millestone, sob atmosfera inerte de N2 e aquecida até 100 ºC por 10 min (β = 10 ºC.min-1). Em seguida, elevou-se a temperatura para 240 ºC, (β = 10 ºC.min-1), por diferentes tempos de reação: 2, 5, 10, 20 e 30 min, e, por fim, o sistema foi reduzido à temperatura ambiente. O produto final foi lavado com etanol e tolueno na proporção 3:1, respectivamente e centrifugado a 3600 rpm por 15 min por três vezes para ser disperso em tolueno e armazenado em um frasco de vidro de 10 mL. Os ensaios cristalográficos foram realizados num difratômetro de policristais de marca Bruker, modelo Advanced, com radiação monocromática Cu Kα (λ = 1.5406 Å), taxa de varredura de 0,02 °s-1 e 2θ entre 20 - 90º. Posteriormente, todos os difratogramas foram avaliados mediante comparação com banco de dados cristalográficos Joint Committee on Powder Diffracton Standards (JCPDS), segundo programa X´Pert High Score Plus® 2.0.1 da PANanalytical. Os espectros de FTIR foram obtidos em um espectrofotômetro SHIMADZU, modelo IRprestige-21, usando KBr como agente dispersante. Os espectros foram obtidos nas regiões de 4000 a 400 cm-1, com 40 scans, resolução igual a 8 cm-1 e apodização Besel. Os espectros Raman foram obtidos num espectrofotômetro Horiba-Jobin Yvon, modelo T64000, equipado com um microscópio Olympus BX41 com lente de 50x LWD. Para tanto, foi utilizado um laser He/Ne CCD (Charge-Coupled Device) refrigerada a N2 líquido, na faixa de 632,8 nm, com filtro de densidade de 25%, na região de 100 a 1000 cm-1, em 5 aquisições de 60 s cada.

Resultado e discussão

As características estruturais das ferritas de CoFe2O4 organofuncionalizadas foram determinadas pela técnica de Difratometria de Raios X (DRX), conforme Figura 1. Os picos de difração observados foram comparados e indexados de acordo com os planos de uma estrutura espinélio cúbica de face centrada padrão, com ficha cristalográfica JCPDS nº 22-1086, indicando que as amostras sintetizadas pertencem ao grupo espacial simétrico Fd3 ̅m (227), além de sugerir a formação de partículas monofásicas de alto grau de pureza, sem indícios significativos de impurezas e picos secundários (KOMBAIAH, et al., 2017). Observa-se que quanto menor o tempo de síntese das amostras, menor será a definição da intensidade dos planos cristalográficos de difração experimental. O tratamento dos dados por refinamento Rietveld, a partir de uma estrutura cúbica de grupo espacial Fd3 ̅m como referência, apontam que o tamanho médio de cristalito está na faixa entre 1,9 – 4,1 nm com microdeformação da rede cristalina cerca de 0,02 – 0,4 %, com pequenas deformações estruturais. Além disso, a projeção distributiva dos íons na rede pelo perfil residual (Rwp) e ajuste (χ^2) evidenciam a qualidade aceitável do refinamento (MUNJAL, et al., 2016), como mostra a figura 1. Espectros de FTIR e Raman das nanoestruturas de CoFe2O4 em função do tempo reacional (figura 2) revelam que os modos vibracionais ativos no Infravermelho alusivos à estrutura espinélio estão situados na região entre 400-1000 cm-1. Acima da região, atribui-se as moléculas de oleilamina e ácido oleico sobre a superfície das partículas. No Raman, os principais fônos estão em 470 cm-1 e 675 cm-1 e suas intensidades estimam o estado de organização da rede cristalina, com a melhor condição a partir de 10 minutos de síntese (GEORGIADOU, et al., 2015).

Difratogramas de Raios-X para as ferritas de CoFe2O4 em função do tempo de reação.


Espectros de absorção de IR (FTIR) e Raman para as ferritas de CoFe2O4 organofuncionalizadas em função do tempo de síntese.

Conclusões

As nanoestruturas de ferritas de cobalto, sintetizadas pelo método de decomposição térmica via solvatermal assistido por micro-ondas, indicaram estruturas espinélio bem definidas, monofásicas, nanométricas e baixa distorção na rede cristalina, segundo os difratogramas de Raios-X e o refinamento Rietveld. Os espectros de FTIR e Raman revelaram modos vibracionais ativos característicos de uma estrutura espinélio, sendo que a melhor organização da rede a curto alcance foi em 10 minutos de reação, tornando o método viável na síntese de materiais nanoparticulados para tratamento oncológico.

Agradecimentos

Central de Energia e Ambiente (CEA), Central Analítica de Materiais (CEMAT), LEVI, FAPEMA e UFMA

Referências

GEORGIADOU, V., TANGOULIS, V., ARVANITIDIS, I., KALOGIROU, O., DENDRINOU-SAMARA, C. Unveiling the Physicochemical Features of CoFe2O4 Nanoparticles Synthesized via a Variant Hydrothermal Method: NMR Relaxometric Properties. The Journal of Physical Chemistry C, 119, 8336–8348.

HEDAYATNASAB, Z., ABNISA, F., DAUD, W. M. A. W. Review on magnetic nanoparticles for magnetic nanofluid hyperthermia application. Materials and Design, 123, 2017, 174-196.

KANG, T., LI, F., BAIK, S., SHAO, W., LING, D., HYEON, T. Surface design of magnetic nanoparticles for stimuli-responsive cancer imaging and therapy. Biomaterials, 136, 2017, 98-114.

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KOMBAIAH, K., VIJAYA, J. J., KENNEDY, L. J., BOUOUDINA, M., RAMALINGAM, R. J., AL-LOHEDAN, H. A. Comparative investigation on the structural, morphological, optical, and magnetic properties of CoFe2O4 nanoparticles. Ceramics International, 43, 2017, 7682-7689.

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