LUMINOMAGNETIC NANOMATERIALS FOR BIOLOGICAL APPLICATIONS: SYNTHESIS, PROPERTIES, FUNCTIONALIZATION AND COLLOIDAL STABILITY

Neste trabalho, foi realizado um estudo da obtenção de nanomateriais luminomagnéticos visando potenciais aplicações biológicas, a partir de dois diferentes tipos de estruturas, sendo elas: a formação de heteronanoestruturas luminomagnéticas de NPM de FePt/Fe3O4-CdSe recobertas com sílica; e a formação de nanomateriais luminomagnéticos por ligação covalente entre NPM de FePt/Fe3O4-Dopa-PIMA-PEG-NH2 e pontos quânticos de CdSe/ZnS-LA-PEG-COOH. Para o primeiro tipo de nanomaterial citado, foram testadas duas metodologias para obtenção das heteronanoestruturas: a mudança da estabilidade coloidal pela adição de pequenas quantidades de NaCl no meio contendo as NPM e os pontos quânticos previamente sintetizados; e o método de injeção a quente do precursor de selênio em um meio contendo as NPM como sementes, o precursor de cádmio e os agentes de superfície. O método de injeção a quente foi o que apresentou melhores condições para a formação das heteronanoestruturas. Para providenciar estabilidade coloidal em meio aquoso e superfície com biocompatibilidade, foi realizado o recobrimento com sílica na superfície das heteronanoestruturas luminomagnéticas com melhores condições. Para essa amostra, o tamanho médio obtido foi de 25,0 nm, com polidispersividade de 8,4 %, Ms = 11,1 emu.g-1 e comportamento superparamagnético, além de duas bandas de emissão (com excitação de 400 nm) centradas em 452 nm e 472 nm, respectivamente. Já para o segundo tipo de nanomaterial obtido neste trabalho, foram primeiramente obtidas NPM de FePt/Fe3O4 pelo método do poliol modificado acoplado à metodologia do crescimento, e pontos quânticos luminescentes de CdSe/ZnS pelo método de decomposição térmica de precursores organometálicos, sendo que ambas nanoestruturas apresentaram superfície hidrofóbica. Para a troca de ligantes para transferência das nanoestruturas para a fase aquosa e para providenciar biocompatibilidade visando aplicações biológicas, foram previamente preparados ligantes poliméricos de Dopa-PIMA-PEG-NH2 para recobrimento das NPM e de LA-PEG-COOH para recobrimento dos pontos quânticos. A conjugação química entre as nanoestruturas de FePt/Fe3O4-Dopa-PIMA-PEG-NH2 e CdSe/ZnS-LA-PEG-COOH foi realizada pelo método da carbodiimida em solução aquosa para a formação de uma ligação covalente amida entre os grupos amina e carboxilato em cada uma das nanoestruturas. Os nanomateriais luminomagnéticos obtidos apresentaram estabilidade coloidal em meio aquoso, com estreita distribuição de tamanho, apresentando RH de 79,96 nm, Ms de, aproximadamente, 10 emu.g-1 com coercividade e remanência quase nulos e intensa banda de emissão centrada em 580 nm. Espera-se que os nanomateriais obtidos neste trabalho possam ser promissores nanomateriais com propriedades multifuncionais para potenciais aplicações biológicas.Here, luminomagnetic nanomaterials were obtained for potential biological applications. We have studied two different types of luminomagnetic nanomaterials, which are: formation of silica-coated FePt/Fe3O4-CdSe heteronanostructures; and formation of luminomagnetic nanomaterials from covalent bond between FePt/Fe3O4-Dopa-PIMA-PEG-NH2 magnetic nanoparticles and CdSe/ZnS-LA-PEG-COOH luminescent quantum dots. For the first type of luminomagnetic nanomaterials obtained, two methodologies were studied for formation of heteronanostructures, which are: modification of colloidal stability by addition of small amounts of NaCl into a solution with hydrophobic magnetic nanoparticles and luminescent quantum dots; and hot injection method of selenium precursor into a solution with magnetic nanoparticles seeds, cadmium precursors and surface agents. The hot injection method obtained better results than the other method studied for formation of heteronanostructures. To provide colloidal stability in aqueous solution and biocompatibility, the heteronanostructures were coated using silica shell. After silica coating, the heteronanostructures showed average diameter of 25 nm and polidispersivity of 8.4%, with Ms = 11.1 emu.g-1 and superparamagnetic behavior. Moreover, these nanomaterials showed two emission peaks centered at 452 and 472 nm. For the second type of nanomaterials obtained, FePt/Fe3O4 magnetic nanoparticles were synthesized by modified polyol method coupled to seeded-mediated growth, and CdSe/ZnS luminescent quantum dots were obtained by thermal decomposition of organometallic precursors. For the ligand exchange to transfer the nanostructures from organic media to aqueous solution, were used Dopa-PIMA-PEG-NH2 and LA-PEG-COOH polymers to provide colloidal stability and biocompatibility on magnetic nanoparticle surface and quantum dot surface, respectively. The chemical conjugation between FePt/Fe3O4-Dopa-PIMA-PEG-NH2 and CdSe/ZnS-LA-PEG-COOH nanostructures was obtained by EDC coupling in aqueous solution, which linked amine and carboxylate groups in each nanostructure to provide the formation of amide bond. The luminomagnetic nanomaterials obtained showed colloidal stability in aqueous solution, narrow size distribution, with RH equal to 79.96 nm, MS around 10 emu.g-1 with low coercivity and remanent magnetization, and intense emission peak centered at 580 nm. We expect these luminomagnetic nanomaterials be promisor nanomaterials with multifunctional properties for potential biological applications