Desenvolvimento de nanoestruturas para aplicação em hipertermia magnética

Abstract

Resumo: Neste trabalho investigamos as características e viabilidade de uma nova classe de partículas magnéticas, as quais são otimizadas para aplicações biológicas, mais precisamente para hipertermia magnética. Estas novas nanoestruturas assumem a forma de nanoanéis ou nanotubos, sendo no presente trabalho, compostas de óxidos de ferro (magnetita ou hematita). Tal morfologia atribui às partículas um comportamento magnético peculiar, produto de seu estado magnético denominado vórtice. A partir disso, torna-se possível a criação e o desenvolvimento de materiais mais vantajosos para aplicações biológicas, assim como, novos tratamentos, sobretudo aqueles não convencionais, como a hipertermia magnética, os quais são uma opção menos lesiva, comparada aos tratamentos tradicionais, como radioterapia e quimioterapia. Neste sentido, visando observar tais resultados, o trabalho se concentrou inicialmente em uma revisão bibliográfica dos principais conceitos elementares, necessários para o entendimento do tema, seguindo para descrição de técnicas e procedimentos experimentais do desenvolvimento de nanomateriais, após, os nanomateriais foram caracterizados em difração de raios X, magnetometria de amostra vibrante, microscopia eletrônica de varredura e transmissão, e finalmente testados em hipertermia magnética. A parte experimental se iniciou pela preparação dos equipamentos, construção do reator seguindo para síntese que se iniciou através da técnica de síntese hidrotérmica a qual propiciou a formação de nanoestruturas com anisotropia especifica, um efeito atribuído devido à presença de íons fosfato na solução a qual cria uma anisotropia no crescimento do cristal de hematita ao longo de seu um eixo previamente definido, com isso é possível a formação de nanoestruturas de hematia em formato de anéis ou até mesmo cilindros. Identificou-se que a anisotropia acontece em razão da concentração de NaH2PO4:H2O, que possui influência na formação do anel ou tubo e serve como controle morfológico para formação das nanoestruturas, as quais foram confirmadas por meio de imagens obtidas por microscopias eletrônicas de varredura e transmissão. Após as nanopartícula foram submetidas ao processo de oxirredução com vistas a obtenção de magnetita a partir das nanoestruturas produzidas, em seguida, todas as nanoestruturas foram caracterizadas e todas informações essenciais foram extraídas, como, tamanho, simetria, orientação, constituição, morfologia, caracteristicas magnéticas, todas por meio de informações obtidas por, microscopia de varredura e transmissão, difração de raios X e magnetometria de amostra vibrante. Os testes de SAR apontaram que as nanopartícula sintetizadas apresentaram elevação de temperatura condizentes para aplicações em hipertermia magnética, quando submetidas a um campo magnético oscilante, um indicativo que as nanoestruturas testadas são viáveis para aplicações em hipertermia magnética.

Abstract: In this work we investigate how resources and feasibility of a new class of magnetic particles, as they are optimized for biological applications, more precisely for magnetic hyperthermia. These new nanostructures take the form of nanorings or nanotubes, being, in the present work, composed of iron oxides (magnetite or hematite). Such morphology attributes to the particles a peculiar magnetic behavior, a product of their magnetic state called vortex. As a result, it is possible to create and develop more advantageous materials for biological applications, as well as new treatments, especially unconventional ones, such as magnetic hyperthermia, which are a less harmful option compared to traditional treatments, such as radiotherapy and chemotherapy. In this sense, in order to observe such results, the work initially focused on a bibliographic review of the main elementary concepts, necessary for the understanding of the theme, followed by the description of techniques and experimental procedures for the development of nanomaterials, after which the nanomaterials were characterized in diffraction X-ray imaging, vibrating sample magnetometry, scanning and transmission electron microscopy, and finally tested in magnetic hyperthermia. The experimental part began with the preparation of equipment, construction of the reactor, followed by the synthesis that began through the hydrothermal synthesis technique, which provided the formation of nanostructures with specific anisotropy, an effect attributed to the presence of phosphate ions in the solution which creates an anisotropy in the growth of the hematite crystal along its previously defined axis, making it possible to form hematia nanostructures in the form of rings or even cylinders. It was identified that this anisotropy occurs due to the concentration of NaH2PO4:H2O, which influences the formation of the ring or tube and serves as a morphological control for the formation of nanostructures, which were confirmed by means of images obtained by scanning electron microscopy and streaming. After the nanoparticles were subjected to the oxidation-reduction process in order to obtain magnetite from the nanostructures produced, then all nanostructures were characterized and all essential information was extracted, such as size, symmetry, orientation, constitution, morphology, magnetic characteristics, all through information obtained by scanning and transmission microscopy, x-ray diffraction and vibrating sample magnetometry. The SAR tests showed that the synthesized nanoparticles showed a temperature rise suitable for applications in magnetic hyperthermia, when subjected to an oscillating magnetic field, an indication that the tested nanostructures are viable for applications in magnetic hyperthermia.