Nanopartículas de óxidos magnéticos do tipo magnetite para aplicação em hipertermia

Tese de mestrado em Química Tecnológica, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2014A otimização das características dos materiais magnéticos passíveis de serem utilizados em aplicações biomédicas, como o tratamento de cancro por hipertermia magnética, passa necessariamente por uma boa caracterização das suas propriedades e pela correta avaliação das suas capacidades de libertação de energia sob a forma de calor por indução magnética. Neste trabalho foram sintetizadas várias amostras de nanopartículas (NPs) de tipo magnetite recorrendo a diferentes métodos de síntese, tendo como objetivo a obtenção de NPs com tamanhos relativamente pequenos. Para além de algumas metodologias usuais, e em alternativa ao uso de surfactantes, foram efetuadas sínteses em meio gelatinoso. Foi ainda realizado um estudo exploratório de inserção de NPs de magnetite em MCM-41, material já conhecido em aplicações na área da biomedicina. Para a caracterização estrutural e morfológica das NPs recorreu-se à difração de raios-X de pós, à espetroscopia de infravermelhos com transformada de Fourier e à microscopia eletrónica de transmissão. As propriedades magnéticas de todas as amostras foram estudadas por espetroscopia Mössbauer de 57Fe e por magnetometria SQUID. Após otimização do sistema experimental de aquecimento por indução magnética, foi avaliada a capacidade das NPs para aplicação em hipertermia magnética. Relativamente à síntese de NPs, os resultados obtidos mostraram que os métodos de síntese utilizados originaram NPs com um tamanho médio semelhante (≈ 11 nm), embora com alguma dispersão de tamanhos. Foi ainda possível verificar que todas as amostras são do tipo Fe3-xO4 (magnetite oxidada), sendo de realçar que as NPs obtidas em meio de gelatina apresentaram o menor grau de oxidação. Todas as partículas exibiram um comportamento do tipo ferrimagnético. Na presença de MCM-41, as sínteses deram origem a NPs de tamanhos mais baixos (≈ 9 nm) e com comportamento superparamagnético, vantajoso para utilização em aplicações biomédicas. No que diz respeito às medidas de libertação de energia calorífica, durante a otimização do sistema experimental foram identificados vários parâmetros, não associados às características das NPs, que influenciam os resultados experimentais. As medidas realizadas tiveram em conta essas variáveis, sendo de destacar o melhor desempenho da amostra sintetizada em gelatina, com um valor de taxa de absorção específica a rondar os 180 W g-1.The optimization of the magnetic materials properties, important for biomedical applications such as the treatment of cancer by magnetic hyperthermia, requires a good characterization and a correct evaluation of their ability to release energy in the form of heat by magnetic induction. In this work, several samples of magnetite nanoparticles (NPs) were prepared by different synthesis methods, with the aim of obtaining NPs with relatively small sizes. Apart from some usual methods, and as an alternative to surfactants, syntheses were carried out in gelatinous medium. An exploratory study was also performed in order to insert magnetite NPs in MCM-41, a material already known for applications in the biomedical field. The structural and morphological characterization of the NPs was performed by powder X-ray diffraction, Fourier transform infrared spectroscopy and transmission electron microscopy. The magnetic properties of all samples were studied by 57Fe Mössbauer spectroscopy and SQUID magnetometry. After optimization of the experimental set-up for heating by magnetic induction, the NPs ability to be used in magnetic hyperthermia was evaluated. Regarding the synthesis of the NPs, the results showed that the synthesis methods used originated NPs with a similar average size (≈ 11 nm), although presenting sizes dispersion. It was also possible to verify that all samples are of the type Fe3-xO4 (oxidized magnetite), the NPs obtained in gelatine medium showing the lowest degree of oxidation. All particles exhibited a ferrimagnetic type behaviour. In the presence of MCM-41, the synthesis gave rise to NPs with lower sizes (≈ 9 nm) and with superparamagnetic behaviour, a characteristic advantage for biomedical applications. Concerning the measures of heat energy release, during the experimental set-up optimization, several experimental critical parameters, not related to the NPs properties, were identified, influencing the experimental results. The measurements were performed taking these factors into account, and the best performance of the sample synthesized in gelatine medium, with a specific absorption rate value of around 180 W g-1, can be underlined