ÁREA
Química de Materiais
Autores
Toledo, T.A. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA) ; Ribeiro, L.N.M. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA) ; Almeida, D.B. (IF SUDESTE MINAS GERAIS - JUIZ DE FORA)
RESUMO
Este trabalho visa a síntese e caracterização de compostos magnéticos à base de ferrita de cobalto e gadolínio a serem incorporados em filmes biopoliméricos para estudos de atividade citotóxica. As nanopartículas foram sintetizadas por coprecipitação com razão molar na proporção 1:(2 – x):x(Co:Fe:Gd), X=0; 0,01; 0,03; 0,05; 0,07; 0,09 e 0,11, de forma a produzir CoFe2-xGdxO4. O DRX corresponde a CoFe2O4. O tamanho médio foi de 62 nm. Picos secundários em x ≥ 0,05 são indicativos de GdFeO3. As micrografias mostram morfologia irregular para as amostras sintetizadas. Como perspectivas futuras, faremos caracterizações magnéticas, preparo e caracterização dos filmes nanoestruturados, e então os ensaios de citotoxicidade e de nanotoxicidade em modelo alternativo de embrião de galinha.
Palavras Chaves
Ferrita; Filmes poliméricos; Gadolínio
Introdução
O câncer é uma preocupação de saúde pública por ser uma das principais causas de morbidade e mortalidade mundiais. Assim, estudos para o desenvolvimento de novos fármacos e de sistemas carreadores são relevantes para a terapia antineoplásica (JANANI, et al., 2021; MAIA, 2021). Neste âmbito, os materiais híbridos tem sido empregados como alternativas versáteis, otimizando propriedades estruturais e funcionais desses sistemas (RIBEIRO et al., 2014). As ferritas são óxidos mistos de ferro e outros metais e as do tipo espinélio (MFe2O4) possuem ótimas propriedades ópticas, elétricas e magnéticas. O gadolínio é um metal da série dos lantanídeos com propriedades magnéticas em temperatura ambiente e seus compostos apresentam moderada toxicidade. Seu principal uso na medicina é como agente de contraste em ressonância magnética, mas há evidências científicas que seus complexos possuem capacidade de induzir apoptose em células neoplásicas. (BULAI, et al., 2019; JANANI, et al., 2021; KADAM, et al., 2020; RIBEIRO, 2008). Nesse contexto, o desenvolvimento de nanossistemas magnéticos associados à administração por técnicas de hipertermia (aquecimento a 41- 42ºC) podem ser eficientes na terapia antineoplásica. O aquecimento da região permite a liberação e/ou ativação do fármaco. O calor aumenta a permeabilidade das células tumorais e a desnaturação de proteínas importantes à progressão do tumor, além de induzir a apoptose das células neoplásicas, com menos riscos às células vizinhas (JANANI, et al., 2021; MAIA, et al., 2021; RIBEIRO, 2008). Assim, este trabalho visa a síntese e caracterização de compostos magnéticos nanoestruturados à base de ferrita de cobalto e gadolínio a serem incorporados em filmes biopoliméricos para estudos de atividade citotóxica frente a linhagens tumorais.
Material e métodos
As nanopartículas magnéticas foram sintetizadas pelo método de coprecipitação, que consiste na mistura dos sais inorgânicos, em ambiente aquoso, seguido de precipitação por hidróxido (RIBEIRO, 2008). Os sais utilizados foram cloreto de ferro III, cloreto de cobalto II e cloreto de gadolínio III, com razão molar entre os sais na proporção de 1: (2 – x) : x (Co:Fe:Gd) com x igual a 0; 0,01; 0,03; 0,05; 0,07; 0,09 e 0,11, de forma a produzir as nanopartículas de CoFe2-xGdxO4. À solução contendo os sais foi adicionado hidróxido de sódio 5M, sob agitação constante até pH 12,0, para a precipitação da ferrita. A suspensão foi aquecida a 98ºC, sob agitação, por 1 hora, para magnetização das partículas. O pó foi separado por filtração e lavado até pH 7,0, seguido de secagem em estufa. Para a melhora da cristalinidade, as amostras passaram por calcinação a 900ºC por 1,5 horas. A caracterização das nanopartículas foi realizada pela técnica de Difração de raios -x de pó, no equipamento Bruker D8 Advance, radiação de Cu-Kα (λ= 1,542 Å) em temperatura ambiente. A identificação das fases e tamanho das partículas (equação de Scherrer) foi realizada utilizando o software Match! e o refinamento das estruturas pelo método de Rietveld pelo software FullProf Studio. A quantificação dos elementos foi realizada no Espectrômetro de Fluorescência de Raio-X (FRX) Bruker modelo S8 Tiger, com as amostras preparadas em pastilhas prensadas, na proporção de 600mg de ácido bórico para 300mg de amostra. A análise da morfologia das partículas e da composição química (semiquantitativa) foi realizada em Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV) marca Tescan, modelo VEGA 3 LMU acoplado a detector por microanálise (EDS).
Resultado e discussão
Os padrões de DRX para CoFe2-xGdxO4 (x = 0, 0,01, 0,03, 0,05, 0,07, 0,09 e 0,11)
– fig. 1- e os picos observados correspondem a estrutura da ferrita de cobalto
(COD 96-153-3164). Pode-se inferir que os íons Gd3+ foram substituídos e estão
dissolvidos na rede. O tamanho médio das partículas foi de 62nm ± 8,5.
Picos secundários para as amostras com x ≥ 0,05 são indicativos de uma fase de
GdFeO3 (COD 96-152-8360). Para Gd0,03, o refinamento identificou apenas CoFe2O4,
contudo, é evidenciado um pico em 32,9°, característico da ortoferrita de
gadolínio. Sabe-se que há limite de solubilidade para a substituição dos íons de
Fe3+ pelos íons de Gd3+ na rede da ferrita e o excesso de íons Gd3+ tende a se
aglomerar em torno do grão, na forma de GdFeO3 (ANJANA, et al.,2020).
Como o raio do íon Gd3+ é maior que do íon Fe3+ (fig. 1), espera-se que a
substituição dos íons na ferrita promova uma expansão da rede, percebida com o
aumento dos valores de constante de rede. Contudo, vemos que esses parâmetros
diminuem em relação à CoFe2O4 pura. Esse comportamento pode explicado pela
contribuição do GdFeO3, que induz uma deformação adicional e reflete em
parâmetros de rede mais baixos (MURUGESAN, CHANDRASEKARAN, 2015).
A composição química foi comparada entre os métodos de Rietveld, FRX e EDS (fig.
2). Para os elementos Co2+ e Fe3+, os quantitativos se correlacionam. Contudo,
para o elemento Gd3+ há variação na quantificação, corroborando que a técnica de
FRX é mais sensível, com quantificação desde a amostra Gd0,01.
As micrografias (fig.2) confirmam a formação de estruturas em nanoescala, com
camada superficial desordenada e morfologia irregular. As partículas se
apresentam aglomeradas, fato que pode ser explicado pela característica
magnética das amostras (ROUTRAY, BEHERA, 2018).
Padrões de DRX e parâmetros de refinamento para \r\nCoFe2-xGdxO4 (x = 0, 0,01, 0,03, 0,05, 0,07, 0,09, \r\n0,11)
Análises semiquantitativas de composição química \r\n(Rietveld, FRX e EDS) e micrografias por MEV para \r\nCoFe2-xGdxO4
Conclusões
Foram sintetizadas nanopartículas de ferrita de cobalto gadolínio pelo método de coprecipitação com tamanho médio de 62nm. Como perspectivas futuras, faremos as caracterizações magnéticas dessas nanopartículas e o preparo e caracterização dos filmes nanoestruturados, para então realizarmos os ensaios de citotoxicidade e de nanotoxicidade em modelo alternativo de embrião de galinha.
Agradecimentos
Lpen - IF Sudeste MG – Juiz de Fora; Lab. Nanobiotecnologia UFU; Lab. Multiusuário em Energias Renováveis UFU; Rede de Laboratórios Multiusuário da UFU; Lab. de Química BioInorgânica e Cristalografia - UFJF.
Referências
Bulai, G., Trandafir, V., Irimiciuc, S. A., Ursu, L., Focsa, C., & Gurlui, S. (2019). Influence of rare earth addition in cobalt ferrite thin films obtained by pulsed laser deposition. Ceramics International. doi:10.1016/j.ceramint.2019.06.28
Janani, V., Induja, S., Jaison, D., Meher Abhinav, E., Mothilal, M., & Gopalakrishnan, C. (2021). Tailoring the hyperthermia potential of magnetite nanoparticles via gadolinium ION substitution. Ceramics International. doi:10.1016/j.ceramint.2021.08.01
Kadam, A. B., Mande, V. K., Kadam, S. B., Kadam, R. H., Shirsath, S. E., & Borade, R. B. (2020). Influence of gadolinium (Gd3+) ion substitution on structural, magnetic and electrical properties of cobalt ferrites. Journal of Alloys and Compounds, 155669. doi:10.1016/j.jallcom.2020.155669
Maia, A. L. C., e Silva, A. T. M., César, A. L. A., Giuberti, C. S., Evangelista, F. C. G., Lemos, J. de A., … Ramaldes, G. A. (2021). Preparation and characterization of gadolinium-based thermosensitive liposomes: A potential nanosystem for selective drug delivery to cancer cells. Journal of Drug Delivery Science and Technology, 65, 102686. doi:10.1016/j.jddst.2021.102686
MURUGESAN, C.; CHANDRASEKARAN, C.G. Impact of Gd3+-substitution on the structural, magnetic and electrical Properties of cobalt ferrite nanoparticles, RSC Adv., 2015, DOI: 10.1039/C5RA14351A.
P. ANJANA, R.S.A. RAJ, R. JOSE, M. KUMARI, P.M. SARUN, D. SAJAN, L.K. JOY, Highly enhanced dielectric permittivity in CoFe2O4 by the Gd substitution in the octahedral sites, Journal of Alloys and Compounds (2020), doi: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.155758.
RIBEIRO, L. N. M. et al. Bionanocomposites containing magnetic graphite as potential systems for drug delivery. International Journal of Pharmaceutics, v. 477, n. 1–2, p. 553–563, 2014.
ROUTRAY, KRUTIKA L.; BEHERA, DHRUBANANDA. Enhancement in conductivity and dielectric properties of rare-earth (Gd3+) substituted nano-sized CoFe2O4, Journal of Materials Science: Materials in Electronics (2018) 29:14248–14260 https://doi.org/10.1007/s10854-018-9558-2.
Thatiana G. D. Ribeiro; orientadora: Maria Cláudia França da Cunha Felinto. Dissertação (mestrado). Síntese e caracterização de nanopartículas magnéticas de óxidos mistos de MnFe2O3 recorbertas com quitosana. Estudos da influência da dopagem com Gd3+ nas propriedades estruturais e magnéticas. Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares. Universidade de São Paulo, 2008.
