ESTUDO DE NANOPARTÍCULAS MAGNÉTICAS APLICADAS A HIPERTERMIA

Transcrição

1 ESTUDO DE NANOPARTÍCULAS MAGNÉTICAS APLICADAS A HIPERTERMIA M. C. C. PARESQUE 1, E. M. OLIVEIRA 2, J. A. CASTRO 1, M. F. CAMPOS 1 1 Universidade Federal Fluminense, Departamento de Engenharia Metalúrgica 2 Centro Federal de Educação Tecnológica Celso Suckow da Fonseca, Departamento de Engenharia de Alimentos para contato: paresquemara@gmail.com RESUMO A nanotecnologia desempenha um importante papel na sociedade na criação de nanopartículas com propriedades multifuncionais voltadas para aplicações biomédicas, tais como as nanopartículas magnéticas. Estas podem atuar como agentes de contraste para imagem em ressonância magnética, liberação específica de fármacos, separação biomolecular e tratamento de tumores via hipertermia. As nanopartículas de magnetita (Fe3O4) foram sintetizadas utilizando o método de co-precipitação e revestidas com polietilenoglicol (PEG) para evitar a agregação e oxidação, bem como torná-las viáveis a processos biomédicos. O processo de revestimento foi realizado nos intervalos de tempo de 10, 20, 30, 50 e 60 minutos, com o intuito de avaliar a influência do tempo de revestimento no tamanho das partículas, nesta utilizou-se o analisador de partículas NanoSight - LM120. Para avaliar o tempo de revestimento sob a influência do campo de temperatura do início da transformação foi utilizado o TGA/DSC. 1. INTRODUÇÃO O uso de nanopartículas magnéticas (MNPs) em aplicações biomédicas tem sido amplamente estudado, pois esse tipo de nanomaterial pode ser empregado nas mais diversas áreas, dentre as quais se destacam separação de células, reparo de tecido, entrega controlada de drogas, imagem por ressonância magnética (MRI) e hipertermia magnética (Gupta e Gupta, 2005; Masoudi et al., 2012) As nanopartículas de óxido de ferro têm atraído grande atenção devido as suas propriedades magnéticas: superparamagnetismo, alta coercividade, baixa temperatura de Curie, alta susceptibilidade magnética, entre outras (Wu et al., 2008), além da biocompatibilidade (Sun et al., 2007), e o baixo custo de produção (Laurent et al., 2008). Sua superfície pode ser modificada através da adição de camadas orgânicas, com polímeros ou inorgânicas com metais ou óxidos durante ou após o processo de síntese, para prevenir a formação de agregados, alterações da estrutura original e a biodegradação quando são expostas ao sistema biológico (Laurent et al., 2008; Mahmoudi et al., 2011). Para tanto, dentre os principais revestimentos utilizados em biomedicina estão o poli (etilenoglicol) (PEG), quitosano, poli (álcool vinílico) (PVA) (Mikhaylova et al., 2004; Anbarasu et al., 2015) e ácido oleico (Jiang et al., 2010).

2 A capacidade que as nanopartículas tem de aquecer-se em resposta a um campo magnético variável é a responsável pelo crescente interesse na sua utilização na técnica de hipertermia para aplicações clínicas, que consiste na elevação da temperatura do tecido alvo para uma faixa entre C (Hayashi et al., 2014) liberando energia térmica em locais pontuais do organismo, tal como um tumor ou tornando possível o aperfeiçoando dos procedimentos de quimioterapia e radioterapia e minimizando os danos aos tecidos normais presentes nessa vizinhança (Sakellari et al., 2015). 2. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL As nanopartículas de Fe3O4 foram sintetizados pelo método de co-precipitação química da seguinte forma: 2,025 g de cloreto férrico (FeCl3.6 H2O) e 1,18 g de sulfato ferroso (FeSO4.7 H2O) foram adicionados a 200 ml de água milli-q aquecida a 70 C e mantidos sob agitação moderada durante 5 minutos. Em seguida, 17 ml de uma mistura contendo 50% de água milli-q e hidróxido de amônio foram adicionados até formar uma solução de cor negra e então 4 g de polietileno glicol (PEG) foi adicionado à solução. Foram preparadas cinco soluções com tempos de agitação correspondentes a 10, 20, e 60 minutos. Os precipitados foram separados magneticamente utilizando uma barra de imã permanente e lavados com água milli-q. Esse procedimento foi repetido sete vezes e o precipitado resultante foi mantido em estufa a 40 C para secar por 24 horas, conforme mostra a Figura 1. Figura 1 Sequência do procedimento de síntese das nanopartículas. 3. RESULTADOS E DISCUSSÕES Os experimentos realizados no equipamento TGA/DSC permitiram determinar as temperaturas de início de transformação para a degradação da camada de revestimento, as taxas de degradação e de transformação, e o calor liberado. O analisador de nanopartículas (NTA) permitiu analisar o comportamento das suspensões de nanopartículas. Para investigar os efeitos do tempo de revestimento, as sínteses foram realizadas com tempos de revestimento de 10, 20, 30, 50 e 60 minutos. No DSC utilizou-se uma taxa de aquecimento de 10 C/min até atingir as temperaturas de 100, 300 e 700 C, seguido de uma isoterma de 10 min após cada patamar de temperatura, como mostrado na Figura 2.

3 Figura 2 Comparação das curvas termogravimétricas que representam os diversos tempos de revestimento em comparação com o histórico de temperatura utilizado. A Figura 3, mostra uma mudança brusca no fluxo de calor a uma temperatura de 100 C para todas as amostras, independentemente da quantidade de revestimento utilizado, indicando uma desidratação. A Figura 4 mostra a evolução da taxa de perda de massa durante o aquecimento no equipamento TGA. Como pode ser observado, houve uma diminuição acentuada das curvas depois de 100 C indicando a perda de água pelas partículas e o início da degradação da camada de revestimento em temperaturas acima de 300 C. Figura 3 Curvas de fluxo de calor em função da temperatura obtidas no DSC para todas as amostras.

4 Figura 4 Taxa de perda de massa para os diversos tempos de revestimento analisados. A perda de calor aconteceu em dois estágios: o primeiro (abaixo de 200 C) em relação a evaporação de água adsorvida na superfície (Jiang et al., 2010) e o segundo, relacionado a perda de material orgânico (PEG) degradado a 280 C (Mikaylova et al., 2004). O termograma apresentado mostrou um processo de rápida perda de massa iniciado em aproximadamente 100 C devido a evaporação de água e a súbita perda de massa que ocorreu a aproximadamente 300 C relacionada a perda e oxidação do revestimento. Figura 5 Derivada do fluxo de calor em função da temperatura.

5 A Figura 5 mostra a evolução da capacidade calorífica aparente em função da temperatura das nanopartículas revestidas, esta variação se deve à perda de água e degradação do revestimento, além também do núcleo de magnetita das nanopartículas. As Figuras 6 e 7 mostram os efeitos sobre o tamanho das nanopartículas, devido aos tempos de revestimento. Como pode ser observado, as distribuições de tamanho e os valores médios aumentaram continuamente e diminuiram após a saturação. Estes fenômenos podem ser explicados devido às interações mútuas das nanopartículas e de suas camadas de revestimento. Figura 6 Distribuição de tamanho em função da concentração realizada no NTA. Figura 7 Tamanho da distribuição comparado ao tempo de revestimento.

6 4. CONCLUSÕES A distribuição de tamanhos das nanopartículas medidos utilizando o NTA mostrou aumento do tamanho médio com os variados tempos de revestimento devido principalmente aos efeitos da espessura das camadas de revestimento. Após a estabilização o tamanho médio diminui suavemente, indicando a interação entre as camadas de revestimento. Os resultados do TGA/DSC indicam que abaixo de 400 C todas as camadas de revestimento foram decompostas e a estabilização da massa foi atingida. As temperaturas de início de transformação são únicas, independentemente da quantidade de revestimento. 5. REFERÊNCIAS M. ANBARASU, M. ANANDAN, E. CHINNASAMY, V. GOPINATH, K. BALAMURUGAN, Synthesis and characterization of polyethylene glycol (PEG) coated Fe3O4 nanoparticles by chemical co-precipitation method for biomedical applications. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy 135 (2015) A. K. GUPTA, M. GUPTA, Synthesis and surface engineering of iron oxide nanoparticles for biomedical applications. Biomaterials 26 (2005) K. HAYASHI, M. NAKAMURA, H. MIKI, S. OZAKI, M. ABE, T. MATSUMOTO, W. SAKAMOTO, T. YOGO, K. ISHIMURA, Magnetically Responsive Smart Nanoparticles for Cancer Treatment with a Combination of Magnetic Hyperthermia and Remote-Control Drug Release. 4(8) (2014) W. JIANG, Y. WU, B. HE, X. ZENG, K. LAI, Z. GU. Effect of sodium oleate as a buffer on the synthesis of superparamagnetic magnetite colloids. J. of Colloid and Int. Science 347 (2010) 1 7. S. LAURENT, D. FORGE, M. PORT, A. ROCH, C. ROBIC, L. V. ELST, R. N. MULLER, Magnetic Iron Oxide Nanoparticles: Synthesis, Stabilization, Vectorization, Physicochemical Characterizations, and Biological Applications. Chem. Rev. 108 (2008) M. MAHMOUDI, S. SANT, B. WANG, S. LAURENT, T. Sen, Superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPIONs): Development, surface modification and applications in chemotherapy. Adv. Drug Delivery Ver. 63 (2011) A. MASOUDI, H. R. M. HOSSEINI, M. A. SHOKRGOZAR, R. AHMADI, M. A. OGHABIAN, The effect of poly (ethylene glycol) coating on colloidal stability of superparamagnetic iron oxide nanoparticles as potential MRI contrast agent. Int. J. of Pharm 433 (2012) M. MIKHAYLOVA, D. K. KIM, N. BOBRYSHEVA, M. OSMOLOWSKY, V. SEMENOV, T. TSAKALAKOS, M. MUHAMMED, Superparamagnetism of Magnetite Nanoparticles: Dependence on Surface Modification. Langmuir 20 (2004) D. SAKELLARI, S. MATHIOUDAKI, Z. KALPAXIDOU, K. SIMEONIDIS, M. ANGELAKERIS. Exploring multifunctional potential of comercial ferrofluids by magnetic particle hyperthermia. J. of Mag. and Mag. Mat. 380 (2015) J. SUN, S. ZHOU, P. HOU, Y. YANG, J. WENG, X. LI, M. LI, Synthesis and characterization of biocompatible Fe 3O 4 nanoparticles. J. of Bio. Mat. Res, Part A 80A (2007) W. WU, Q. HE, C. JIANG, Magnetic Iron Oxide Nanoparticles: Synthesis and Surface Functionalization Strategies. Nano. Res. Letters 3 (2008)