Preparação e caracterização de nanocompósitos de polímero conjugado e prata visando a otimização de propriedades ópticas, térmicas e biológicas

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Data
2024-03-22
Autores
Parolin, Giovana Artuzo [UNIFESP]
Orientadores
Péres, Laura Oliveira [UNIFESP]
Tipo
Tese de doutorado
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Resumo
Visando caracterizar um novo material através de diferentes vertentes como óptica, térmica e biológica, a síntese e preparação de nanocompósitos de polímero conjugado e prata mostra-se uma alternativa promissora para aplicações em diferentes áreas da química. Nanopartículas são materiais de grande interesse visto que, devido à sua maior área de contato e consequentemente maior reatividade, possuem características diferentes de sua espécie na forma macro. Quando combinadas em um compósito, estes podem também modificar suas propriedades advindas de cada componente, dando origem a um produto com características que não são encontradas nos materiais de partida. Sendo assim, nesse trabalho, foram unidas as propriedades da nanopartícula de prata (AgNP) com o copolímero poli(3-hexiltiofeno-co-9,9- dioctil-2,7-fluoreno) (PTPF) em nanoescala, formando um nanocompósito com o objetivo de estudar as características deste material e suas otimizações para possíveis diferentes aplicações. Para tal, foram realizadas análises dos materiais separadamente (preparados em diferentes concentrações) e do nanocompósito (variando a fração volumétrica) e avaliadas suas propriedades físico-químicas, térmicas e biológicas. Os resultados mostraram que as nanopartículas metálica e polimérica foram sintetizadas com êxito bem como a formação dos nanocompósitos. Foi observado que a nanopartícula polimérica em solução se mantém estável no que diz respeito a agregação, quase que independente da concentração da amostra inicial e do tempo decorrido, bem como em contato com AgNP esférica. Este fato favorece ainda uma vantagem, onde confere ao metal um recobrimento que pode prevenir possíveis agregações. O nanocompósito se mostrou estável opticamente, e foi então imobilizado em filmes autossuportados de quitosana para possibilitar sua aplicação em estado sólido. Estes demonstraram que o suporte não alterou as propriedades dos componentes isolados, de forma que a absorção não apresentou alterações. A intensidade de emissão dos filmes decaiu no decorrer do tempo avaliado provavelmente por processos de degradação, interação ou outros relativos ao suporte. Dessa forma, foram realizados diversos ensaios de foto e termodegradação dos materiais isolados e dos nanocompósitos. O que se obteve foram filmes autossuportados de nanopartícula polimérica com AgNP, que forneceram ao produto final maior estabilidade em relação a possíveis deslocamentos dos máximos de absorção e emissão. Em relação ao ensaio térmico, os filmes demonstraram que, até a temperatura de 80 °C, esses filmes não sofrem nenhuma alteração após exposição ao calor por 3 h. Por fim, os bioensaios demonstraram atividade frente a diversos microrganismos como bactérias gram-positivas, gram-negativas e leveduras, com resultados, para alguns casos, ainda mais sensíveis que os seus componentes na forma isolada, possibilitando, além das diversas aplicações ópticas e eletrônicas, como sensores, a utilização desses materiais como filmes bioativos, em curativos adesivos, por exemplo.
Aiming to characterize a new material through different aspects such as optical, thermal, and biological, the synthesis and preparation of conjugated polymer and silver nanocomposites proves to be a promising alternative for applications in different areas of chemistry. Nanoparticles are materials of great interest since, due to their larger superficial contact area and consequently greater reactivity, they exhibit different characteristics compared to their macroscopic counterparts. When combined in a composite, they can also modify the properties originating from each component, giving rise to a product with characteristics that are not found in the starting materials. Therefore, in this work, the properties of the silver nanoparticles (AgNP) were combined with the copolymer poly(3-hexylthiophene-co-9,9-dioctyl-2,7-fluorene) (PTPF) on a nanoscale, forming a nanocomposite to study the characteristics of this material and its optimization for possible different applications. To this end, analyses of the materials separately (prepared in different concentrations) and the nanocomposite (varying volumetric fraction) were carried out, and their physicochemical, thermal, and biological properties were evaluated. The results showed that metallic and polymeric nanoparticles were successfully synthesized as well as the formation of the nanocomposites. It was observed that the polymeric nanoparticle in solution, in the presence or absence of the spherical AgNP, showed to be stable without the formation of aggregates, independently of its initial concentration and the time elapsed. This fact also provides an advantage, where it gives the metal a coating that can prevent possible aggregation. The nanocomposite proved to be optically stable, and then, was immobilized on self-supported chitosan films to enable its application in solid state. These demonstrated that the support did not change the properties of the isolated components once the absorption did not change. The emission intensity of the films decreased over time, probably due to aggregation, interaction, or other matrix-related processes. Therefore, several photo- and thermodegradation assays were carried out on the isolated materials and nanocomposites. The result was self-supported polymer nanoparticle films containing AgNP, which provided enhanced stability against potential shifts in absorption and emission maxima. Regarding the thermal study, the films showed no changes up to a temperature of 80°C after exposure to heat for 3 h. Finally, bioassays demonstrated activity against several microorganisms such as gram-positive and gram-negative bacteria, and yeasts, with results, in some cases, even more accurate than their components in isolated form, enabling, in addition to various optical and electronic applications, as in sensors, the use of these materials as bioactive films, in adhesive healings, for example.
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