Estudo do Comportamento Magnético das Nanopartículas de Óxido

ESTUDO DO COMPORTAMENTO MAGNÉTICO DE NANOPARTÍCULAS DE
ÓXIDO DE FERRO COMERCIAIS FUNCIONALIZADAS COM ÁCIDO
PLURÔNICO
P. C. Panta*, R. Y. S. Zampiva, D. Gerchman, S. K. Forte, C. P. Bergmann
*Laboratório
de Materiais Cerâmicos, Universidade Federal do Rio Grande do
Sul, Av. Osvaldo Aranha 99/705C, CEP 90035-190, Porto Alegre, RS, Brasil
E-mail: [email protected]
RESUMO
Um dos focos atuais na área de nanotecnologia é o estudo da síntese das
nanopartículas de óxido de ferro devido as suas diversas aplicações tecnológicas.
No entanto, sabe-se que muitos métodos de síntese já foram estudados. Desta
forma, novas metodologias de recobrimentos através de métodos que possibilitem o
controle da natureza e da quantidade de macromoléculas que recobrem as
nanopartículas para analise posterior da funcionalidade obtida devem ser o foco
deste trabalho. Foi realizado um estudo dos revestimentos, oleato de sódio e
polietileno glicol, em nanopartículas de óxido de ferro comerciais, e a seguir a
funcionalização com ácido plurônico para avaliar a sua aplicabilidade, estabilidade e
seu comportamento magnético das mesmas após a funcionalização. Os resultados
mostraram que as nanopartículas revestidas com oleato de sódio e funcionalizadas
com ácido plurônico tem um comportamento magnético mais estável, além de menor
custo e melhor dispersão, quando comparadas com as revestidas com polietileno
glicol.
Palavras-chave: nanopartículas comerciais; polietileno glicol; oleato de sódio;
surfactante; ácido plurônico; comportamento magnético.
INTRODUÇÃO
Atualmente, as nanopartículas de óxido de ferro estão sendo amplamente
utilizadas para aplicações biomédicas e tecnológicas. No entanto, sabe-se que
muitos métodos de síntese já foram estudados. Além disso, novas metodologias de
recobrimentos que possibilitam o controle da natureza e da quantidade de
macromoléculas que recobrem as nanopartículas devem ser o foco de trabalhos
futuros [1,2].
Um tema de grande estudo relacionado a utilização de nanopartículas é a
entrega de drogas. Tendo como abordagem o empacotamento da droga em uma
nanopartícula magnética revestida com um polímero e usando um campo magnético
externo para orientar a nanopartícula. Os desafios estão no desenvolvimneto um
material biocompatível, que tenha um tempo de circulação apropriado, podendo ser
carregado com um medicamento [2,3].
Devido às suas propriedades magnéticas, bem como biocompatibilidade, as
nanopartículas pode ter várias aplicações em nanotecnologia, tais como pigmentos
de entrega de drogas, imagem de ressonância magnética para diagnóstico clínico,
hipertermia, catalisadores, etc [4]..
Assim, neste trabalho foi realizado um estudo dos revestimentos, oleato de
sódio e polietileno glicol, em nanopartículas de óxido de ferro comerciais, e a seguir
foi realizada a funcionalização com ácido plurônico para avaliar seu comportamento
magnético. O objetivo central foi controlar as características, estabilidade das
nanopartículas de óxido de ferro e principalmente fazer um estudo do
comportamento magnético das mesmas após a funcionalização. A seguir foram
realizadas caracterizações como difração de raios-X (DRX), espectro de
infravermelho (FT-IR), magnetometria de campo de gradiente alternado (AGFM) e
microscopia eletrônica por varredura (MEV).
MATERIAIS E MÉTODOS
Os materiais utilizados inicialmente foram as nanopartículas de óxido de ferro
comerciais e o ácido plurônico-127 obtidos a partir de Sigma Aldrich (EUA), oleato
de sódio e o polietileno glicol (PEG 400) foram obtidos a partir de Synth - Labsynth
(Brasil) e utilizados como recebidos. O hidróxido de amônio (NH4OH, 25%) foi obtido
a partir da Vetec. Água destilada foi utilizada para a preparação das soluções, após
a desoxigenação com argônio seco durante 10 min. Todos os produtos químicos
utilizados no presente trabalho foram obtidos a partir do mercado comercial sem
purificação adicional.
As nanopartículas de óxido de ferro comerciais foram revestidas (oleato de
sódio ou polietileno glicol) com agitação magnética vigorosa por determinado tempo.
Uma parte desta amostra foi isolada, seca e caracterizada. Após, foi adicionado à
mistura ácido plurônico sob agitação magnética durante um tempo ainda maior.
Após esse período a amostra sólida foi isolada do sobrenadante através de
separação magnética e submetida a ultrassom para dispersão em meio aquoso,
parte desta amostra foi decantada em torno de 30 min, lavada com etanol/água
deionizada, seca em estufa a 100 ºC e caracterizada. Parâmetros como a
temperatura de reação, o pH da solução, velocidade de agitação foram também
tidos em conta.
A seguir foram realizadas várias caracterizações das amostras através de
difração de raios-X para verificação da estrutura cristalina e tamanho médio de
cristalito, distribuição de tamanho de partículas por espalhamento laser e da
morfologia das partículas foi observada por microscopia eletrônica de varredura.
Para essas amostras (funcionalizadas ou não-funcionalizadas), foram
realizadas medidas de difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica por
varredura (MEV) e magnetometria de campo de gradiente alternado (AGFM) para
estudo do comportamento magnético. Os resultados mostram que conforme a
escolha do revestimento, oleato de sódio e polietileno glicol, utilizados e da
funcionalização com ácido plurônico e suas variações de concentrações molares
ocorre uma grande variação no comportamento magnético das nanopartículas
comerciais [5].
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Para a caracterização do material foram utilizado a técnica de Difração de
Raios-X utilizando um equipamento Philips X`Pert MPD equipado com um
monocromador de grafite e ânodo fixo operado a 40 kV e 40 mA, o qual utiliza um
comprimento de onda da radiação (λ = 0,154056 nm) de Cu-Ka. O intervalo angular
foi de 5 a 75° e com passo de 0,05° e tempo de contagem de 3 segundos para cada
passo.
210
140
1000
70
500
0
0
NP comercial - PEG - AO
NP comercial - OS
NP comercial - PEG
21
28
35
2 theta
NP comercial - OS -AP
20
40
60
2 theta
Figura 1. Análise de difração de raios X.
Os picos de DRX (Fig. 1) mostrou a formação de uma estrutura cristalina de
tipo espinélio inverso característica da magnetita. Pode-se verificar que, de acordo
com a carta padrão JCPDS 88-2393, observou-se também uma mistura de fases de
maghemita (
) e magnetita (
). Os diâmetros médios dos cristalitos foram
calculadas a partir da curva de DRX de acordo com a largura de linha do pico de
refração (3 1 1) plano usando Scherrer equação (A)
A equação utiliza a largura do pico de referência a um ângulo θ, onde λ é o
comprimento de onda de raios-X (1,5418 Å), b é a largura do pico a meia altura de
DRX e K é um fator de forma, de cerca de 0,9 para a magnetita e maghemita [2]. Os
resultados foram dados como tamanho médio de cristalito entre 7,6 nm e 8.9 nm. A
análise de microscopia eletrônica de varredura (MEV) foram realizadas em um
microscópio JEOL, modelo JSM 6060 com tensão de funcionamento máxima de 30
kV e resolução nominal de 3,5 nm. A tensão era de 20 kV (ver barra de escala).
As análises de microscopia eletrônica de varredura (MEV) foram realizadas
num microscópio da JEOL, modelo JSM 6060 com tensão máxima de operação de
30 kV e resolução nominal de 3,5 nm. A tensão utilizada foi de 20 kV (ver na barra
de escala).
a
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b
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c
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Figura 2. Micrografias que mostram a morfologia das nanopartículas comerciais (a) ,
nanoparticulas comerciais revestidas com oleato de sódio e ácido plurönico (b) e
nanoparticulas comerciais revestidas com polietileno glicol e ácido plurônico (c).
Conforme visto nas micrografias que indicaram que os pós não são
monodispersos ou livre de aglomerados. Os parâmetros envolvidos nos processos
de desaglomeração necessitam ainda serem otimizados para a eliminação destes
aglomerados nos pós calcinados ou mesmo agregados presentes após o
revestimento.
As
nanopartículas
magnéticas
nao
exibem
comportamento
superparamagnético por causa da coercividade infinitamente pequena decorrente da
barreira de energia insignificante no circuito de histerese do circuito de
magnetização das partículas como previsto pela Bloch e Neel.
Figura 5. Curvas de Magnetização típicas das nanopartículas comerciais de óxido de
ferro revestidas com polietileno glicol (PEG) e oleato de sódio (OS) ambas
funcionalizadas com acido pluronico..
As duas amostras foram caracterizadas magneticamente, via magnetömetro
de campo de gradiente alternado (AGFM), para verificar a contribuição de cada
recobrimento quando inseridos sobre as nanopartículas de óxido de ferro. A figura
apresenta curvas de magnetização, onde percebe-se que para uma mesma variação
de campo magnético tem-se uma maior magnetização para as nanopartículas
revestidas com oleato de sódio (NP-OS) do que as com polietileno glicol (NP-PEG) e
conforme características conhecidas as nanopartículas apresentam seu caráter
superparamagnético devido a ausëncia de histerese.
CONCLUSÃO
Os resultados mostraram que as nanopartículas revestidas com ácido oléico
e funcionalizadas com ácido plurônico tem um comportamento magnético mais
estável, além de menor custo e melhor dispersão, quando comparadas com as
nanopartículas revestidas com polietileno glicol e funcionalizadas com ácido
plurônico. Também é verificado que as nanopartículas comercias não apresentam o
caráter superparamagnéticos devido a uma pequena histerese que para ambos os
revestimentos.
AGRADECIMENTOS
Ao CNPq pelo apoio financeiro.
REFERÊNCIAS
[1] SUN, J., et al., Synthesis and characterization of biocompatible Fe 3O4
nanoparticles, Journal of Biomedical Materials Research Part A, 2007, 80A, 2, 333341.
[2] WU, W., et al., Magnetic Iron Oxide Nanoparticles: Synthesis and Surface
Functionalization Strategies, Nanoscale Research Letters, 2008, 3, 11, 397-415.
[3] Preparation and properties of superparamagnetic nanoparticles with narrow size
distribution and biocompatible.
[4] Magnetic studies of iron oxide nanoparticles coated with oleic acid and Pluronic®
block copolymer.
[5]
Magnetic
Nanoparticle
Hyperthermia
Using
Pluronic-Coated
Fe3O4
Nanoparticles: An In Vitro Study, 2012.
STUDY OF THE BEHAVIOR OF MAGNETIC IRON OXIDE NANOPARTICLES
COMMERCIAL FUNCTIONALIZED WITH PLURONIC ACID
ABSTRACT
One of the current focuses in the field of nanotechnology is the study of the
synthesis of iron oxide nanoparticles because of their technological applications.
However, it is known that many synthesis methods have been studied. Therefore,
new methods of coatings using methods that allow the control of nature and amount
of macromolecules overlying nanoparticles for further analysis of functionality
obtained should be the focus of this work. A study was conducted coatings, sodium
oleate and polyethylene glycol nanoparticles of iron oxide commercials, then the
functionalization with pluronic acid to evaluate its applicability, stability and its
magnetic behavior thereof after the functionalization. The results showed that
nanoparticles coated sodium oleate and functionalized with pluronic acid has a
magnetic behavior more stable, and better dispersion and lower cost when compared
with those coated with polyethylene glycol.
Keywords: commercial nanoparticles, polyethylene glycol, sodium oleate;
surfactant, pluronic acid; magnetic behavior.