Nanotubos de Carbono Funcionalizados como Dispositivos Nanoestruturados Conversores de Luz (DNCL)

CNPqEste trabalho foi iniciado com a funcionalização de nanotubos de carbono (CNT) com a finalidade de se obter materiais nanoestruturados marcados para serem aplicados em estudos futuros do impacto de nanoestruturas em sistemas biológicos. Constatado aumento na eficiência quântica na luminescência desses materiais, em que a parte nanoestruturada pode atuar como antena secundária, desenvolveu-se uma nova classe de materiais: Dispositivos Nanoestruturados Conversores de Luz (DNCL). Esses nanodispositivos, utilizando inicialmente complexos de európio, foram obtidos por quatro metodologias: substituição, interação eletrostática, síntese utilizando micro-ondas e síntese utilizando refluxo. Os DNCLs foram caracterizados pelas técnicas espectroscópicas de Infravermelho, Raman e Luminescência. Com o intuito de observar a morfologia do material após marcação, utilizou-se Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). Os espectros de infravermelho mostraram a presença dos ligantes orgânicos utilizados para síntese dos complexos. A espectroscopia Raman indicou modificação nos CNTs pelas razões das bandas e deslocamento das mesmas. Espectros de luminescência mostraram bandas estreitas características do íon európio. Foram realizados os cálculos de tempo de vida da luminescência, eficiência quântica do sistema e as taxas radiativas e não radiativas. Os DNCLs apresentando maior tempo de vida de luminescência foram obtidos utilizando micro-ondas e refluxo, tendo como ligantes oxadiazol e fenantrolina. As imagens de microscopia permitiram verificar o recobrimento dos nanotubos, que em muitas amostras mostrou-se uniforme, bem como a presença de cristais do complexo. Os primeiros testes do impacto em sistemas biológicos foram realizados utilizando microcrustáceos da espécie Artemia salina, alimentados com microalgas sonicadas com as nanoestruturas produzidas, avaliando-se as alterações de comportamento das artêmias em função da funcionalização utilizada. Ao final dos experimentos havia artêmias em estágio avançado de desenvolvimento, o que sugere biocompatibilidade. Além disso, os DNCLs não apresentaram toxicidade quando submetidos a ensaios com células tronco. Foi possível constatar que o nanotubo de carbono pode funcionar como uma antena nanoestruturada, nos moldes das antenas definidas nos dispositivos moleculares conversores de luz (DMCL) propostos por J.-M. Lehn, de forma a melhorar as propriedades luminescentes dos dispositivos moleculares. A nova classe de nanodispositivos desenvolvida apresenta potencial para ser aplicada em diferentes sensores, bem como para rastrear nanoestruturas no meio ambiente e em sistemas biológicos.This work began with the functionalization of carbon nanotubes (CNT), aiming to obtain marked nanostructured materials to be applied in future impact studies of nanostructures in biological systems. An enhancement of quantum efficiency was reached in these new hybrid luminescent materials produced, wherein the nanostructured part may act as a secondary antenna, and a new class of materials was developed: Light Conversion Nanostructured Device (LCND). These nanodevices, using initially europium complexes, were produced by four methods: substitution, electrostatic interaction, microwave-assisted synthesis and synthesis using reflux. The LCNDs were characterized by spectroscopic techniques of Infrared, Raman and Luminescence. In order to observe the morphology of the new hybrid material, it was used Scanning Electron Microscopy (SEM). Infrared spectra showed the presence of the organic ligands used for synthesis of the complex. Raman spectroscopy indicated the CNTs modification, by the ratio between the bands and its shifts. Luminescence spectra showed narrow bands, characteristics of the europium ion. The luminescence lifetime calculations were performed as well as quantum efficiency and the radiative and non-radiative rates, for comparative analyzes on all systems. The LCNDs presenting higher luminescence lifetime were obtained using microwave and reflux, with oxadiazol and phenanthroline as ligands. The microscopy images allowed verifying the coating of nanotubes, uniform in most samples, as well as the presence of crystals of the complex. The first impact tests in biological systems were performed using microcrustaceans of Artemia salina species, fed with microalgae sonicated with the nanostructures, and the changes of artemia behavior was observed as a function of the employed functionalization. At the end of the experiments, it was observed artemia in advanced stage of development, which suggests biocompatibility. Furthermore, no toxicity was observed with LCNDs when undergoing stem cells assays. It was found that the CNT may act as a nanostructured antenna, in the way defined in the Light Conversion Molecular Devices (LCMD) proposed by J.-M. Lehn, improving the luminescent properties of the molecular devices. The new class of nanodevices developed here, presents potential to be applied as the active part of sensors, as well as to track nanostructures on the environment and in biological systems