Síntese e caracterização de nanopartículas magnéticas para aplicação em biomedicina

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Teixeira, Daniela José dos Santos
Data de Publicação: 2018
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/10400.21/13373
Resumo: Mestrado em Engenharia Biomédica
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spelling Síntese e caracterização de nanopartículas magnéticas para aplicação em biomedicinaNanopartículas metálicasRessonância plasmónicaMetal nanoparticlesPlasma ressonanceLSPRMestrado em Engenharia BiomédicaNa ultima década verifica-se um crescente interesse da comunidade cientifica relativamente ao ramo da nanociência, nomeadamente a possibilidade de controle sobre os componentes estruturais de dispositivos em escalas de tamanho bem inferiores às convencionais, bem como as intrigantes mudanças das propriedades físicas de determinados sólidos quando as suas dimensões se reduzem à escala nanométrica. O devido controle sobre a morfologia das partículas na escala nano, compreendida na faixa de 1 a 100 nm, é um tópico bastante intrigante devido aos efeitos impressionantes que pequenas modificações nos tamanhos e nas formas das nanopartículas podem provocar nas propriedades de determinado composto. Parte do fascínio sobre este assunto prende-se com as nanopartículas metálicas devido às inúmeras possibilidades que apresentam em diversas aplicações, tais como construção de biossensores, microeletrónica e catálise, entre outras. Esta versatilidade de aplicações, deve-se às suas intrínsecas propriedades óticas, magnéticas e catalíticas. De particular interesse são as propriedades óticas, uma vez que a diversidade de cores observada nestes materiais está relacionada com as oscilações dos eletrões de condução, em ressonância com a luz incidente, denominada ressonância de plasmão de superfície. Do mesmo modo, as propriedades magnéticas que as nanopartículas metálicas possuem permitem a sua interação com a radiação eletromagnética, realçando o facto de que este fenómeno de ressonância de plasmão de superfície não ocorre em qualquer nanopartícula, uma vez que há necessidade da existência de eletrões livres de condução na sua superfície. Exemplo deste tipo de nano partículas são as nanopartículas de ouro. Desenvolvendo um pouco este tema, surge este estudo no âmbito de um projeto entre duas equipas de pesquisa, pertencentes ao Departamento de Eletrónica, Telecomunicações e Computadores (ADEETC) e Departamento de Química (ADEQ) do Instituto Superior de Engenharia (ISEL), onde o objetivo final se prende com o desenvolvimento e realização de um biossensor ótico, com base nas propriedades óticas das nanopartículas metáicas, nomeadamente a ressonância de plasmão localizada de superfície, com uma matriz de incorporação de silício amorfo. Uma vez que a forma e o tamanho das nanopartículas determinam a assinatura espetral da sua ressonância plasmónica localizada (LSPR), a capacidade de alterar estes dois parâmetros e estudar o efeito LSPR é um importante desafio experimental. Este projeto resume-se a três fases fundamentais: 1- Produção e caraterização de nanopartículas; 2- Simulação computacional de LSPR induzida por nanopartículas; 3- Integração das nanopartículas numa matriz de material semicondutor (a-SI:H). O presente trabalho incide maioritariamente na fase de nanofabricação e caraterização das nanopartículas sintetizadas. Como a forma e tamanho de uma nanopartícula determinam a assinatura espectral da sua ressonância plasmónica, a capacidade de controlar estes dois parâmetros e verificar o efeito LSPR é um grande desafio experimental. A síntese das nanopartículas de Fe3O4 foi executada por métodos de precipitação. A síntese de nanopartículas de ouro foi realizada em 3 etapas fundamentais: síntese de sementes de ouro; crescimento e modelagem das nanopartículas de ouro e purificação das nanoparticulas de ouro. Os metais de interesse para a composição das nanopartículas são alumina e ouro. Uma vez que a alumina não é magnética, efetuaram-se misturas de nanopartículas Al2O3 com nano partículas de Fe3O4 recorrendo ao método de síntese de ball milling. A caraterização das nanopartículas produzidas foi realizada por medição de suscetibilidade magnética, microscopia eletrónica de transmissão (TEM) e microscopia eletrónica de varrimento (SEM) e por espectroscopia de UV-Vis UV-Vis. A determinação das propriedades óticas das nanoparticulas produzidas fez-se através de medições de transmissão de luz e verificação de existência de ressonância plasmónica, através de espectroscopia de UV-Vis. A suscetibilidade magnética das nanopartículas foi medida segundo o método de Gouy, usando uma Balança apropriada. As formas, tamanhos e distribuição das nanoparticulas de ouro foram verificadas através de estudos de microscopia eletrónica de transmissão (TEM) e microscopia eletrónica de varrimento (SEM). Foram visualizadas maioritariamente partículas esféricas e triangulares, mas também algumas formas hexagonais e pequenos poliedros. Este trabalho contribuiu para a publicação de 3 artigos científicos em revistas internacionais especializadas e 2 apresentações em painel em conferências internacionais.ABSTRACT - In the last decade, there has been a growing interest of the scientific community in nanoscience, namely the possibility of control over the structural components of devices in scales of size well below the conventional ones, as well as the changes of the physical properties of certain solids when its dimensions are reduced to the gauge scale. Part of the fascination on this subject concerns the metallic nanoparticles due to the innumerable possibilities they present in various applications, such as biosensor construction, microelectronics, and catalysis, among others. This versatility of applications is due to its intrinsic optical, magnetic, and catalytic properties. Of particular interest are the optical properties, since the color diversity observed in these materials is related to the oscillations of the conduction electrons in resonance with the incident light, called surface plasmon resonance. In the same way, the magnetic properties that the metallic nanoparticles possess allow their interaction with the electromagnetic radiation, emphasizing the fact that this phenomenon of surface plasmon resonance does not occur in any nanoparticle, since there is a need for the existence of free electrons driving on its surface. An example of this type of nanoparticles is the gold nanoparticles. Developing a little this theme, this study arises in the scope of a project between two research teams, belonging to the Department of Electronics, Telecommunications and Computers (ADEETC) and Chemistry Department (ADEQ) of the Higher Institute of Engineering (ISEL) where the final objective is related to the development and realization of an optical biosensor, based on the optical properties of the metallic nanoparticles, namely localized surface plasmon resonance, with an amorphous silicon incorporation matrix. Since the shape and size of the nanoparticles determine the spectral signature of its localized plasmon resonance (LSPR) the ability to change these two parameters and study the LSPR effect is an important experimental challenge. This project boils down to three fundamental phases. 1- Production and characterization of nanoparticles; 2- Computational simulation of LSPR induced by nanoparticles; 3- Integration of the nanoparticles into a matrix of semiconductor material (a-SI: H). The present work focuses mainly on the phase of nanofabrication and characterization of the synthesized nanoparticles. Thus, it is intended a preparation and synthesis of metal nanoparticles where the techniques of synthesis allow the production of nanoparticles by well-defined, simple, and reproducibly feasible methods. The synthesis of the Fe3O4 nanoparticles was done by synthetic precipitation methods. The synthesis of gold nanoparticles followed the procedure described in the literature, summarized in 3 fundamental steps: synthesis of gold seeds; growth and modeling of gold nanoparticles; purification of the gold nanoparticles. The metals of interest for the composition of the nanoparticles are alumina and gold. Since the alumina was not magnetic, mixtures of Al2O3 nanoparticles were carried out with Fe3O4 nanoparticles using the ball milling synthesis method. The determination of the optical properties of the developed nanoparticles was made through measurements of transmittance and verification of the existence of plasmon resonance, through UV-Vis spectroscopy. The magnetic susceptibility of the nanoparticles was measured according to the Gouy method, using the appropriate Scale. The shapes, sizes, and distribution of the gold nanoparticles were verified through transmission electron microscopy (TEM) and scanning electron microscopy (SEM). Most spherical and triangular particles were visualized, but also some hexagonal forms and small polyhedral. This work resulted in 3 scientific publications and 2 poster presentations in International Congresses.Instituto Politécnico de Lisboa, Escola Superior de Tecnologia da Saúde de LisboaAlegria, ElisabeteFantoni, AlessandroFernandes, MiguelRCIPLTeixeira, Daniela José dos Santos2021-05-20T18:16:29Z2018-022018-02-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10400.21/13373porTeixeira DJ. Síntese e caracterização de nanopartículas magnéticas para aplicação em biomedicina [dissertation]. 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