Nanopartículas superparamagnéticas de óxido de ferro incorporadas em sílica mesoporosa ordenada SBA-15 com potencial aplicação biomédica
Data
2020-03-23
Autores
Losito, Danilo Waismann 
Orientadores
Martins, Tereza da Silva
Tipo
Dissertação de mestrado
Título da Revista
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Título de Volume
Resumo
Iron oxide superparamagnetic nanoparticles (SPION) due to their intrinsic properties, as a single magnetic domain, are very promising for biomedical applications, both in diagnosis and therapy. However, their efficiency decreases due to agglomeration and its incorporation in ordered mesoporous silica, such as SBA-15, which has unique properties, such as high surface area (above 800 m2 g -1 ), mesoporous size around 8 nm, with narrow pore size distribution, can, besides to avoid SPION agglomeration, favor magnetically guided drug delivery system. Particle morphology, including size and shape, of SBA-15 may also favor the interaction between SPIONs and silica and in this context, the objective of this work was to prepare and characterize SBA-15 nanocomposites, with different morphologies, and SPIONs prepared by coprecipitation methods and thermo-composition, aiming at application in the biomedical area, as drug carriers, guided by magnetization. The SPIONs (10 and 30 wt%) were incorporated into the SBA-15 with different morphologies by wet impregnation in toluene and the composites formed were characterized by several physical-chemical techniques. The X-ray diffractometry (XRD) and low-angle X-ray scattering (SAXS) data of the composites showed that the crystalline (magnetite) phase of the SPIONs and the SBA-15 mesoporous structure did not undergo significant changes, when compared to pure materials. However, the data obtained from nitrogen physisorption showed significant changes in the textural properties of composites in relation to pure SBA-15, such as the decrease in the volume of adsorbed nitrogen and specific surface area, indicating the incorporation of SPIONs into the mesoporosity of SBA-15, mainly in composites prepared with nanoparticles obtained by thermal decomposition, which is probably a consequence of the smaller size of these nanoparticles. The presence of SPIONs in the mesoporosity and macroporosity of SBA-15 was observed in the images obtained by scanning electron microscopy (SEM) and transmission (TEM), and through dispersive energy spectroscopy (EDS). EDS and thermogravimetry (TG) data showed that the SPIONs content in the composites was lower than the nominal (10 and 30 wt%) due to the presence of oleic acid that was used in the synthesis of the nanoparticles, confirmed by Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy. SEM images showed a rod-like shape for SBA-15 particles with a uniform rod length, this morphology does not affect by the SPIONs incorporation. Magnetic curves profile of the composites also did not change in relation to the profile observed for pure SPIONs. However, the magnetization of the composites was lower due to weight percentage of SPIONs (10 and 30 wt%) in the composites, but with an increase in the magnetization for the composites obtained with the nanoparticles obtained by thermo-decomposition. Analysis of local structure by function of distribution of pairs (PDF) showed that the increase in SPION content in the composites and the reduction in the particle size of the SBA-15 cause significant changes in the local ordering. Toxicity tests have shown that both SPIONs and silicas, as well as composites, are safe for biological applications.
Nanopartículas superparamagnéticas de óxido de ferro (SPIONs) devido suas propriedades intrínsecas, como domínio magnético único, são muito promissoras para aplicações biomédicas, tanto em diagnóstico, quanto terapia. Todavia, a eficácia das SPIONs diminui em virtude da aglomeração e, sua incorporação em sílica mesoporosa ordenada, como a SBA-15, que possui propriedades ímpares, como alta área superficial (acima de 800 m2g -1 ), tamanho de mesoporos em torno de 8 nm, com estreita distribuição de tamanho de poro, pode, além de evitar a aglomeração da SPIONs, favorecer a entrega controlada de fármacos guiada magneticamente. O tipo de morfologia das partículas da SBA-15 também poderá favorecer a interação entre as SPIONs e a sílica e neste contexto, o objetivo deste trabalho foi preparar e caracterizar nanocompósitos de SBA-15, com morfologias diferentes, e SPIONs preparadas pelos métodos de coprecipitação e termodecomposição, visando aplicação na área biomédica, como carreadores de fármacos, guiados por magnetização. As SPIONs (10 e 30% em massa), foram incorporadas às SBA-15 com diferentes morfologias por impregnação via úmida em tolueno e os compósitos formados foram caracterizados por diversas técnicas físico-químicas. Os dados de difratometria de raios X (XRD) e espalhamento de raios X a baixo ângulo (SAXS) dos compósitos mostraram que a fase cristalina (magnetita) das SPIONs e a estrutura de mesoporos da SBA-15 não sofreram alterações, quando comparadas com os materiais puros. Porém, os dados obtidos da fisissorção de nitrogênio mostraram alterações significativas nas propriedades texturais dos compósitos em relação as SBA-15 puras, como a diminuição do volume de nitrogênio adsorvido e área superficial específica, indicando incorporação das SPIONs à mesoporosidade da SBA-15, principalmente nos compósitos preparados com nanopartículas obtidas por termodecomposição, sendo, provavelmente, consequência do menor tamanho dessas nanopartículas. A presença das SPIONs na mesoporosidade e macroporosidade da SBA-15 foi observada nas imagens obtidas por microscopia eletrônica de varredura (SEM) e de transmissão (TEM), e através da espectroscopia de energia dispersiva (EDS). Dados de EDS e termogravimetria (TG) mostraram que o teor das SPIONs nos compósitos foi menor que o nominal (10 e 30% em massa) devido a presença de ácido oleico que foi usado na síntese das nanopartículas, confirmada por espectroscopia de absorção na região do infravermelho. Pelas imagens de SEM foi possível observar que a morfologia das partículas, na forma de bastonetes, das sílicas não alterou com a incorporação das SPIONs. O perfil das curvas magnéticas dos compósitos também não alterou em relação ao perfil observado para as SPIONs puras. Porém a magnetização dos compósitos foi menor em virtude do menor da quantidade de SPIONs nos compósitos, mas com incremento da magnetização para os compósitos obtidos com as nanopartículas obtidas por termodecomposição. Análise da função de distribuição de pares (PDF) mostrou que o aumento do teor de SPIONs nos compósitos e a redução do tamanho da partícula da SBA-15 provoca alteração significativa no ordenamento local. Ensaios de toxicidade mostraram que tanto as SPIONs e sílicas, quanto os compósitos são seguros para aplicações biológicas.
Nanopartículas superparamagnéticas de óxido de ferro (SPIONs) devido suas propriedades intrínsecas, como domínio magnético único, são muito promissoras para aplicações biomédicas, tanto em diagnóstico, quanto terapia. Todavia, a eficácia das SPIONs diminui em virtude da aglomeração e, sua incorporação em sílica mesoporosa ordenada, como a SBA-15, que possui propriedades ímpares, como alta área superficial (acima de 800 m2g -1 ), tamanho de mesoporos em torno de 8 nm, com estreita distribuição de tamanho de poro, pode, além de evitar a aglomeração da SPIONs, favorecer a entrega controlada de fármacos guiada magneticamente. O tipo de morfologia das partículas da SBA-15 também poderá favorecer a interação entre as SPIONs e a sílica e neste contexto, o objetivo deste trabalho foi preparar e caracterizar nanocompósitos de SBA-15, com morfologias diferentes, e SPIONs preparadas pelos métodos de coprecipitação e termodecomposição, visando aplicação na área biomédica, como carreadores de fármacos, guiados por magnetização. As SPIONs (10 e 30% em massa), foram incorporadas às SBA-15 com diferentes morfologias por impregnação via úmida em tolueno e os compósitos formados foram caracterizados por diversas técnicas físico-químicas. Os dados de difratometria de raios X (XRD) e espalhamento de raios X a baixo ângulo (SAXS) dos compósitos mostraram que a fase cristalina (magnetita) das SPIONs e a estrutura de mesoporos da SBA-15 não sofreram alterações, quando comparadas com os materiais puros. Porém, os dados obtidos da fisissorção de nitrogênio mostraram alterações significativas nas propriedades texturais dos compósitos em relação as SBA-15 puras, como a diminuição do volume de nitrogênio adsorvido e área superficial específica, indicando incorporação das SPIONs à mesoporosidade da SBA-15, principalmente nos compósitos preparados com nanopartículas obtidas por termodecomposição, sendo, provavelmente, consequência do menor tamanho dessas nanopartículas. A presença das SPIONs na mesoporosidade e macroporosidade da SBA-15 foi observada nas imagens obtidas por microscopia eletrônica de varredura (SEM) e de transmissão (TEM), e através da espectroscopia de energia dispersiva (EDS). Dados de EDS e termogravimetria (TG) mostraram que o teor das SPIONs nos compósitos foi menor que o nominal (10 e 30% em massa) devido a presença de ácido oleico que foi usado na síntese das nanopartículas, confirmada por espectroscopia de absorção na região do infravermelho. Pelas imagens de SEM foi possível observar que a morfologia das partículas, na forma de bastonetes, das sílicas não alterou com a incorporação das SPIONs. O perfil das curvas magnéticas dos compósitos também não alterou em relação ao perfil observado para as SPIONs puras. Porém a magnetização dos compósitos foi menor em virtude do menor da quantidade de SPIONs nos compósitos, mas com incremento da magnetização para os compósitos obtidos com as nanopartículas obtidas por termodecomposição. Análise da função de distribuição de pares (PDF) mostrou que o aumento do teor de SPIONs nos compósitos e a redução do tamanho da partícula da SBA-15 provoca alteração significativa no ordenamento local. Ensaios de toxicidade mostraram que tanto as SPIONs e sílicas, quanto os compósitos são seguros para aplicações biológicas.