Encapsulamento e caracterização de nanopartículas de Y2O3 : Nd3+ para aplicação como nanotermômetros

Inorganic nanoparticles prepared with sizes similar to biomolecules can be used to develop new biological sensors for in vivo and in vitro investigation. For this type of application, it is necessary to obtain a stable colloidal dispersion of those nanoparticles in water. Therefore, inorganic nanoparticles must have their surfaces modified to acquire hydrophilic character without prejudice to their properties. In this sense, the present work investigated the synthesis, encapsulation and characterization of yttrium oxide nanoparticles (Y2O3) doped with neodymium ions (Nd3+) for applications in optical thermosensors. To measure temperature on a submicrometer scale, contact thermometers are not suitable, so the development of noninvasive methods for thermometry, luminescent nanothermometry, has been stimulated. Luminescent thermometry aims to monitor deeper tissues. The nanoparticles were prepared by a modified sol-gel route. In this route, the chelating capacity of natural humic substances present in river water was used to polymerize the metallic solution. In this work, nanoparticles treated at 450 and 1000 °C were synthesized in order to obtain different crystallite sizes, and with that to study the influence of crystallite size on material sensing, an important point for the application. After that, the nanoparticles were encapsulated by a triblock polymer that has a hydrophobic character at the center of the chain and hydrophilic at the ends, following a temperature-induced phase transition methodology. Then, the samples were characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), dynamic light scattering (DLS), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), optical absorption (AO) and temperature dependent luminescence. With the diffraction pattern of the Y2O3:Nd nanoparticles, it was possible to estimate the average size of the crystallites, which is 11 when the nanoparticle is treated at 450 °C and 37 nm for the sample treated at 1000 °C. It was observed, in the SEM images, particles with irregular shapes, with a wide distribution of sizes and agglomerates. In order to observe the influence of encapsulation for the desired application, measurements of encapsulated and non-encapsulated samples were performed. With the DLS measurements, particles with a size distribution around 1 μm after being encapsulated were verified. In addition, a very intense luminescence signal was detected for the non-encapsulated and encapsulated samples when they were excited by an 800 nm CW laser diode. And the values of the relative sensitivity (Sr) of the Y2O3:Nd encapsulated nanocrystals indicate the potential of these materials for temperature sensing at the nanoscale.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESNanopartículas inorgânicas preparadas com tamanhos semelhantes aos de biomoléculas podem ser utilizadas para desenvolver novos sensores biológicos para investigação in vivo e in vitro. Para esse tipo de aplicação, é necessária a obtenção de uma dispersão coloidal estável destas nanopartículas em água. Para tanto, as nanopartículas inorgânicas devem ter suas superfícies modificadas para adquirir caráter hidrofílico sem prejuízo das suas propriedades. Nesse sentido, o presente trabalho investigou a síntese, encapsulamento e caracterização de nanopartículas de óxido de ítrio (Y2O3) dopadas com íons neodímio (Nd3+) para aplicação em nanotermômetros. Para medir a temperatura em escala submicrométria, termômetros de contato não são adequados, por isso tem se estimulado o desenvolvimento de métodos não invasivo para a termometria, como a nanotermometria luminescente. A nanotermometria luminescente visa o monitoramento de tecidos mais profundos. As nanopartículas foram preparadas por uma rota sol-gel modificada que utiliza a capacidade quelante de substâncias húmicas naturais presentes na água de rio para polimerizar a solução metálica. Neste trabalho, foram sintetizadas nanopartículas a 450 e 1000 °C, a fim de se obter amostras com tamanhos de cristalitos diferentes e, com isso, estudar a influência do tamanho do cristalito no sensoriamento do material, ponto importante para a aplicação. As nanopartículas produzidas foram então encapsuladas com um polímero tribloco que apresenta caráter hidrofóbico no centro da cadeia e hidrofílico nas extremidades, seguindo a metodologia de transição de fase induzida por temperatura. As amostras não encapsuladas foram caracterizadas por difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV),espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), absorção óptica (AO), espalhamento dinâmico de luz (DLS) e luminescência dependente da temperatura, e após o encapsulamento foram realizadas medidas de espalhamento dinâmico de luz (DLS) e luminescência dependente da temperatura. Com o padrão de difração das nanopartículas de Y2O3:Nd, foi possível estimar o tamanho médio dos cristalitos, que é de 11 nm quando o pó é tratado a 450 °C e 37 nm para a amostra tratada a 1000 °C. Observou-se, nas imagens de MEV, partículas com formatos irregulares, com larga distribuição de tamanhos e levemente aglomeradas. Foi verificada uma distribuição de tamanho em torno de 1 μm após as partículas serem encapsuladas. Além disso, foi detectado um sinal muito intenso de luminescência para as amostras não encapsuladas e encapsuladas quando elas foram excitadas por um laser de diodo CW 800 nm.São Cristóvã