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Departamento de Química
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Relatório Anual
Projeto: 1216
FILMES DE NANOPARTÍCULAS LUMINESCENTES EM DISPOSITIVO MICROFLUÍDICOS VISANDO O DESENVOLVIMENTO EM MÉTODOS
ANALÍTICOS PARA A DETERMINAÇÃO DE SUBSTÂNCIAS DE INTERESSE CLÍNICO BIOLÓGICO
Aluna Bolsista PIBIC: MAYARA MARA LEITE DE SOUZA
Orientador: Prof. Omar Pandoli
Rio de Janeiro, 31 de julho de 2014
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• Resumo
A síntese de nanopartículas de prata (NPs-Ag) tem sido de extrema importância nos
últimos anos. Essas NPs possuem propriedades físicas, químicas e biológicas únicas e têm
sido utilizadas em diversas aplicações, na área da medicina, eletrônica, ciência dos matérias,
fotovoltaico, etc.
As NPs-Ag possuem uma grande área superficial e elevada energia o que garante
excelente reatividade frente a moléculas que possam aderir na superfície metálicas. Quando as
NPs são dispersa em solução (solução coloidal) ou depositadas sob substratos sólidos, as
nanopartículas podem ser usadas como detectores de analitos de interesse biológicos, neste
caso podem ser usada como sensores, denominados hoje em dia nanosondas. O objetivo deste
projeto é a síntese de nanopartículas de prata em fluxo contínuo através da tecnologia dos
reatores microfluídicos a fim de controlar de uma forma reprodutível, e economicamente
sustentável. O segundo objetivo do projeto visa o estudo em solução por via
espectrofotométrica UV-Vis da intereração entre um fármaco e as NPs-Ag. O terceiro
objetivo é a deposição de monocamadas de NPs-Ag sobre o vidro e avaliação da atividade
espectroscópica UV-VIS e SERS na presença de um analito adsorvido na superfície das
nanopartículas. Os resultados obtidos mostram que a melhor proporção molar entre
ligante/Ag+/NaBH4 para se obter o menor limite de sensibilidade dos fármacos em exame é
1:1:1,25. Em solução o fármaco interage com as NPs-Ag determinando uma variação
considerável dos espectro UV-Vis, observando uma diminuição da banda espectroscópica
centrada em 400 nm e criando uma nova banda SPR a 520 nm. A partir de um film de NPs
sob o vidro foi observado espectrofotometricamente uma interação entre o fármaco e o filme
de NPs-Ag e isso abre possibilidade de futuras aplicações analíticas através da espectroscopia
SERS.
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1. Introdução
As nanopartículas de prata estão presentes hoje em dia em aplicações tecnológicas mais
diversas. Os campos de aplicação são informática, medicina, química analítica,
optoeletrônica, biotecnologia, catálise e muitos outros. A preparação de nanopartículas é um
desafio de fundamental importância na área da nanociência. Em particular, busca-se a
produção de nanopartículas (NPs) com determinadas propriedades físico-químicas, bem como
seus tamanhos, formas, monodispersão, pureza e cristalinidade.
Todo esse espaço de apicações que se abre é devido às propriedades peculiares das NPs.
Em particular, o fenômeno de ressonância plasmônica (SPR- Surface Plasmons Ressonance)
se manifesta quando a frequência de oscilação dos elétrons na superfície metálica das NPs
entra em ressonância com a freqüência de oscilação da luz incidente [1].
Ressonância Plasmônica de Superfície (do inglês Surface Plasmon Resonance, SPR) é
um fenômeno que ocorre na fronteira de um metal na nanoescala, quando excitado por um
campo eletromagnético externo (Figura 1A). Os elétrons livres na superfície do metal são
induzidos pelo campo eletromagnético, gerando uma oscilação máxima em determinada
frequências, caracterizando a ressonância com a freqüência de oscilação da luz incidente.
Nanopartículas dispersas em solução têm um comportamento interessante em relação à esse
fenômeno. Soluções coloidais de nanopartículas de prata (Ag-Nps) apresentam coloração
amarelada, enquanto nanopartículas de ouro (Au-Nps) apresentam tons vermelhos. Tal fato é
justificado pelas diferentes frêquencias de SPR nos dois metais. Para nanopartículas de prata,
ouro e cobre, as ressonâncias ocorrem na região da luz visível, apresentando assim coloração
característica. Essa freqüência de ressonância está diretamente ligada a forma, tamanho,
organização das nanopartículas e índice de refração do meio. Desse modo, é possível que
nanopartículas de mesma natureza apresentem frequências diferentes, através da variação
destas propriedades. Através da espectroscopia UV-Vis, é possível analisar as nanopartículas
em solução. O resultado são banda de absorção característica da nanopartícula, que representa
a superposição das frequêquencias de SPR das partículas examinadas. No caso das Ag-Nps,
nanopartículas esféricas entre 10-20 nm possuem uma banda de absorção no espectro em
torno de 400 nm. Dependendo do tamanho, uma solução coloidal de NPs-Ag com diâmetros
maiores, entre 30 e 100 nm, se apresenta com as seguintes cores: laranja, verde até violeta.
Diferentemente, no estado macro e micropartículado a cor da prata aparece cinza ou preto. A
figura 1B a seguir mostra a banda característica das NPs-Ag com diferentes morfologia, no
caso de NPs esférica apresentam banda SPR centrada a 400nm [2].
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Figura 1A. Esquema da oscilação de um plasmão para uma esfera, e o deslocamento eletrônica dos elétrons.
Figura 1B. Espectros UV-Vis para NPs de prata nos formatos: cubo (cube), cubo truncado (TC), octaedro (CO), icosaedro (IH) e esfera (sphere).
A síntese de nanopartículas de prata pode ser feita no método clássico em batelada ou
em fluxo contínuo através da tecnologia de reatores microfluídicos. O uso de tecnologias em
fluxo contínuo pode apresentar uma série de vantagens em comparação a um processo em
batelada mais tradicional. Eles permitem uma análise rápida, otimização e escalonamento de
uma reação química. Isso leva essencialmente a reduzir o tempo de reação e aumentar a
qualidade do processo de produção [3]. O princípio básico de um sistema de fluxo contínuo é
mostrado esquematicamente na figura 2 abaixo. Estes reatores são estruturas confeccionadas
em aço, polímeros ou vidro contendo pelo menos duas regiões distintas: a zona de
micromistura e a zona de residência.
Figura 2. Esquema Geral de um Micro reator.
Ao alimentar estruturas deste tipo com um reagente pelo ponto A e outro reagente pelo
ponto B, o encontro dessas soluções acontece em um ponto diminuto do reator, com elevado
grau de mistura e troca térmica, onde o tipo de junção utilizada influencia diretamente a
desempenho da zona de micro mistura. Ela pode ser em forma de T o Y [4]. A utilização de
micro reatores tem chamado à atenção tanto no ambiente acadêmico quanto no industrial em
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virtude da sua elevada eficiência no gerenciamento do calor e da cinética reacional . É
possível variar a velocidade de fluxo, o tempo de reação, razão molar entre as espécies, a
temperatura e a pressão do sistema reacional.
Após a síntese das nanopartículas, devido à sua elevada reatividade da superfície metálica,
é necessário estabilizá-las, caso contrário elas agregarão em alguns dias. Uma maneira de
realizar a estabilização é adicionar excesso de borohidreto de sódio, pois após a redução da
prata, ele fica adsorvido na superfície das nanopartículas, dotando-as de cargas negativas,
dificultando a agregação por repulsão colombiana, conforme ilustrado a seguir na figura 3 [2].
De outra forma é possível utilizar templantes orgânicos capazes de complexar o íon Ag+ e
influenciar o processo de redução a prata metálica até estabilizar as nanoparticulas
determinando uma camada orgânica ao redor da superfície metálica externa.
Figura 3. NaBH4 adsorvido na superfície das nanopartículas evitando a agregação das mesmas.
Nanopartículas de Ag e Au, em solução ou depositadas sob substratos sólidos, se usadas
como detectores de analitos de interesse biológicos são chamadas nanosondas. Quando uma
molécula biológica interage sobre a superfície metálica de uma nanopartícula, a propriedade
físico-químico muda e assim um fenômeno de ressonância plasmônica pode ser observado.
Por exemplo, numa solução coloidal de NPs na presença de um analito é possível observar
uma diminuição da banda de absorção característica das NPs, ou um deslocamento do λmax.
Estes são sinais espectroscópicos que podem ser monitorados em solução até detectar
concentrações mínimas de 10-7-10-9 mol L-1 da substância em exame. Em particular, fármacos
antibióticos aminoglicosídeos, usados no tratamento de vários tipos de infecções bacterianas,
são utilizados como modelos para testar o limite de detecção das NPs-Ag sintetizadas no
nosso laboratório. Dois fármacos fazem parte do estudo: sulfato de neomicina e sulfato de
tobramicina.
O interesse pelo desenvolvimento de nanosondas analíticas é devido às características
desse fenômeno que facilitam a detecção de espécies químicas diversas e pela multiplicidade
de modos de detectar alterações no sinal da sonda. A deposição de monocamadas de NPs-Ag
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sobre o vidro visa o desenvolvimento de métodos analíticos para a determinação de
substâncias de interesse clínico-biológico.
Com as nanopartículas de prata ligadas ao vidro, é possível fazer a avaliação da atividade
espectroscópica UV-VIS e SERS (Surface Enhanced Raman Scattering) das NPs-Ag em
presença de um analito específico adsorvido fisicamente na superfície metálica das
nanoparticulas. Espectroscopia Raman amplificada por superfície, ou dispersão Raman
amplificada por superfície, frequentemente abreviada na literatura por SERS, é uma técnica
sensitiva de superfície que resulta na ampliação da dispersão
Raman por absorção de moléculas sobre superfícies. O fator de amplificação pode ser da
ordem de 1014-1015, o que permite que a técnica seja suficientemente sensível para detectar
moléculas isoladas [5].
2. Objetivo
O objetivo desse projeto é a síntese de Nanopartículas de Prata (NPs-Ag) em fluxo
constante de AgNO3 em borohidreto de sódio usando diferentes ligantes orgânicos.
Desejamos também testar a sensibilidade das NPs-Ag em solução na presença dos fármacos
aminoglicosídeos: sulfato de neomicina e sulfato de tobramicina. A caracterização de
camadas de nanopartículas metálicas de prata na superfície de vidro funcionalizado com
diferentes ligantes orgânicos (MPTS) e (APTS) também será abordada no projeto, visando
desenvolver dispositivo analíticos baseado em filme finos de NPs para a determinação de
substâncias de interesse biológico.
3. Métodos procedimentais
3.1 Síntese em fluxo continuo das NPs-Ag
A síntese das NPs-Ag foi feita a partir da redução do precursor nitrato de prata AgNO3
com borohidreto de sódio com auxílio da tecnologia de microreatores em fluxo contínuo. As
soluções de AgNO3, do ligante orgânico específico (citrato monossódico, citrato trisodico ou
taratarato de sódio e potássio) e do borohidreto de sódio NaBH4 foram preparadas a fim de se
obter concentração de 10-3 mol L-1.
Na etapa de complexação, o nitrato de prata AgNO3 e o ligante são injetados
diretamente no reator microfluídico variando as proporções ligante/Ag+ em função da
velocidade de fluxo de entrada no microreator. A velocidade de fluxo pode variar entre 0,25-
1,0 mL min-1. Na saída do microreator, o complexo ligante/Ag+ é gotejado diretamente na
solução de agente redutor 10-3 mol L-1 sob contínua agitação com o auxílio de um agitador
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magnético. A razão molar entre Ag+ e NaBH4 foi testada com 1:1,5 e 1:1,25. As amostras
com diferentes frações molares de ligantes/Ag+ foram avaliadas com a ajuda do
espectrofotômetro UV–Vis ao longo de semanas, principalmente para se avaliar a estabilidade
das NPs-Ag e a reprodutibilidade da síntese.
3.2 Testes analíticos para a determinação quantitativa dos fármacos
aminoglicosídeos em solução.
Foram pesadas massas dos fármacos aminoglicosídeos sulfato de neomicina e sulfato
de tobramicina dentro de um tubo fálcon de 15 mL e completou-se o volume até a marca de
10 mL a fim de se obter concentrações dos fármacos 10-3 mol L-1. Após isso as soluções
foram diluídas até a concentração de 10-7 mol L-1. Com isso foram feitos os testes analíticos
para a determinação quantitativa dos fármacos aminoglicosídeos nas soluções coloidais de
NPs-Ag. Em recipientes de 5 mL já com 2 mL de solução de NPs-Ag, adicionamos
quantidades de água MiliQ e do fármaco até atingir as concentrações mínimas de 10-8, 0,5x10-
7, 1x10-7, 2x10-7, 4x10-7 mol L-1 dos fármacos para checar qual o limite de sensibilidade dos
fármacos nas NPs-Ag.
Os resultados mostram que a maior sensibilidade das NPs-Ag na presença dos
fármacos (sulfato de tobramicina e monosulfato de neomicina) se manifesta com uma
proporção molar entre ligante/Ag+/NaBH4 de 1:1:1,25. O diâmetro das NPs-Ag verificado
espectrofotometricamente ficou em torno de 10 e 30 nm com uma banda SPR em centrada
entre 395-400 nm. A presença dos fármacos influencia o fenômeno de ressonância dos
plasmons de superfície das NPs como mostrado nos seguintes espectros UV-Vis. Em solução,
o fármaco interage sob a superfície metálica das NPs dando origem a uma novo sistema
NPs/Ligante/Fármaco ou a fenômenos de agregação que apresentam uma nova banda
plasmônica centrada entre 520 -540 nm .
Observamos que tanto as amostras analisadas que foram feitas com citrato trisódico e
citrato monossódico se comportaram da mesma maneira. Ambos possuem limite de
detecção do fármaco em 1x10-7 mol L-1 quando a proporção ligante/Ag+/NaBH4 de é de
1:1:1,5. Quando a proporção citrato monosodico/Ag+/NaBH4 de é de 1:1:1,25 o limite de
detecção baixa a 0,5x10-7 mol L-1 . Mesmo resultado foi observado no caso dos ligantes L(+) e
D(-) Tartarato de K. Os dados mais relevantes dos testes UV-Vis para avaliação do limite de
detecção dos fármacos em exame são indicados na tabela 1 abaixo.
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Tabela1. Resumo das concentrações dos fármacos em exame detectados em solução coloidal de NPs-Ag Limite de detecção do farmaco [mol L-1]
TriNa+
citrato/ /Ag+/NaBH4
1:1:1,5
MonoNa+
citrato /Ag+/NaBH4 de 1:1:1,5
MonoNa+
citrato/ /Ag+/NaBH4
1:1:1,25.
TriNa+
citrato/ /Ag+/NaBH4
1:1:1,25.
L(+)/D(-) Tartarato de
K/Ag+/NaBH4 de 1:1:1,25.
Sulfato de tobramicina
[1,0 x10-7] fig.4
[1,0 x10-7] fig.8
[0,5 x10-7] fig.10
--- --
Sulfato de Neomicina
[1,0 x10-7] fig.6
--- --- --- [0,5 x10-7] fig. 12 e 15
• Sulfato de Tobramicina em NPs-Ag na presença do ligante orgânico citrato trisódico
Proporção molar ligante/Ag+/NaBH4 de 1:1:1,5
Figura 4. Variação das bandas SPR ao aumentar a concentração de fármaco sulfato de tobramicina em solução feita com citrato trisódico Ag+/NaBH4 de 1:1:1,5. Limite: 1x10-7mol L-1.
Figura 5 Absorbância característica das NPs-Ag com λmax=392,95nm versus concentração de sulfato de tobramicina referente a F52-F56
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Podemos observar na figura 4 que ao adicionar o fármaco, aparece uma nova
banda em 520 nm conforme diminui a intensidade da banda de absorção das NPs-Ag
em 392,5nm. A figura 5 mostra a variação da banda espectroscópica centrada a
392,5nm versus concentração de sulfato de neomicina e permite evidenciar o
comportamento não linear da resposta da nanosonda na presença do fármaco. Neste
caso o limite de detecção do fármaco sulfato de tobramicina é de 1x10-7 mol L-1.
• Monosulfato de Neomicina em NPs-Ag na presença do ligante orgânico citrato
trisódico
ligante/Ag+/NaBH4 de 1:1:1,5
Figura 6. Variação dos picos Abs ao aumentar a concentração de fármaco sulfato de neomicina em solução feita com citrato trisódico Ag+/NaBH4 de 1:1:1,5. Limite: 1x10-7mol L-1.
Figura 7 Absorbância característica das NPs-Ag com λmax=389nm versus concentração de sulfato de neomicina referente a F29-F35
Podemos observar na figiura 6 ao adicionar o fármaco, aparece uma nova banda
entre 510 e 520 nm conforme diminui a intensidade da banda de absorção das NPs-Ag
em 389nm. A figura 7 mostra a variação da banda espectroscópica centrada a 389nm
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versus concentração de sulfato de neomicina . Neste caso o limite de detecção do
fármaco monosulfato de neomicina é de 1x10-7 mol L-1.
• Sulfato de Tobramicina em NPs-Ag na presença do ligante orgânico citrato
monossódico
ligante/Ag+/NaBH4 de 1:1:1,5
Podemos observar que ao adicionar o fármaco, aparece uma nova banda em 520 nm
conforme diminui a intensidade da banda de absorção das NPs-Ag em 394nm. A figura 8
abaixo mostra a variação da banda espectroscópica centrada a 394nm versus concentração de
sulfato de tobramicina, o grafico permite evidenciar que o comportamento das NPs
sintetizadas com NaBH4 com razão molar ligante/Ag+/NaBH4 de 1:1:1,5 é similar ao anterior,
assim o limite de sensibilidade na presença do fármaco sulfato de tobramicina é 1x10-7 mol L-
1.
Figura 8. Variação dos picos ao aumentar a concentração de fármaco sulfato de tobramicina em solução feita com citrato monossódico/Ag+/NaBH4 de 1:1:1,5. Limite: 1x10-7mol L-1.
Figura 9 Absorbância centrada a λmax=394nm versus concentração de sulfato de tobramicina referente a F60-F64 ( ligante/Ag+/NaBH4 de 1:1:1,5)
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• Sulfato de Tobramicina em NPs-Ag na presença do ligante orgânico citrato
monossódico
ligante/Ag+/NaBH4 de 1:1:1,25
Na figura 10 e 11 são riportados os espectros UV-Vis e um gráfico para avaliar a
concentração mínima necessária para observar uma variação das bandas SPR das soluções
coloidais de NPs-Ag. Neste caso a síntese de NPs-Ag foi executada diminuindo a quantidade
de agente redutor avaliando assim possíveis influencia do NaBH4. A razão molar entre
ligante/Ag+/NaBH4 é de 1:1:1,25.
FFigura 10. Variação dos picos ao aumentar a concentração de fármaco sulfato de tobramicina em solução feita com citrato monossódico ligante/Ag+/NaBH4 de 11:1:1,25. LLimite: 0,5x10-7mol L-1.
Figura 11 Absorbância centrada a λmax=394,7nm versus concentração de sulfato de tobramicina referente a F65-F69 feita com citrato monossódico ligante/Ag+/NaBH4 de 1:1:1,25
Também nesse caso, com a adição do fármaco, foi observado o crescimento de uma
nova banda em 520 nm concomitantemente com a diminuição da intensidade da banda de
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absorção das NPs-Ag em 400nm. Neste caso o limite de detecção foi inferior até 0,5x10-7mol
L-1. . Assim concluímos que um leve excesso de NaBH4 pode diminuir a sensibilidade das
NPs-Ag impedindo, por exemplo, ao redor da superfície metálica a interação com o fármaco.
Foi observado o mesmo fenômeno para o fármaco Sulfato de Neomicina como os ligantes
quirais L(+) e D(-) Tartarato de K, como mostrados nas figuras 12-16.
• Sulfato de Neomicina em NPs-Ag na presença do ligante orgânico L(+)
Tartarato de K , ligante/Ag+/NaBH4 de 1:1:1,25.
• Limite de detecção: 0,5x10-7 mol L-1
Figura 12. Variação dos picos espectroscopicos ao
aumentar da concentração de fármaco sulfato de neomicina em
solução feita com L(+) Tartarato de K. Limite:
0,5x10-7mol L-1. ligante/Ag+/NaBH4 de
1:1:1,25.
Figura 13. Absorbância versus concentração de sulfato de neomicina referente a R44N
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Figura 14.
Variação do novo pico de Absorbância λmax=540nm versus concentração de sulfato de neomicina
• Sulfato de Neomicina em NPs-Ag feita com D(-) Tartarato de K
ligante/Ag+/NaBH4 de 1:1:1,25. Limite de detecção: 0,5x10-7 mol L-1
Figura 15. Variação dos picos ao
aumentar a concentração de fármaco
sulfato de neomicina em solução feita
com D(-) Tartarato de K. Limite:
0,5x10-7mol L-1.
ligante/Ag+/NaBH4 de 1:1:1,25
Figura 16. Absorbância versus
concentração de sulfato de neomicina
referente a R46N
Neste ultimas figuras 15 e 16 respeito as figura 12-14 foi trocado somente o ligante orgânico
quiral. O objetivo nesse caso foi observar se a quiralidade do ligante orgânico absorvido na
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superfície das NPs-Ag pudesse influenciar o reconhecimento e o limite de deteção do fármaco
em solução. O êxito foi negativo, por ambos os ligantes quirais, D(-) e L (+) Tartarato de K, o
resultado observado foi o mesmo, o limite de deteção revelado é de 0,5x10-7 mol L-1 . Todas
as soluções coloidais em presença dos fármacos mudam de cores em função da concentração
limite detectada. Espectrofotometricamente a nova banda SPR entre 520 e 540 nm, revela a
interação entre as NPs e o fármaco. Este fenômeno é visível a olho nú aparecendo uma
solução de cor rosada como mostrado em figura 17.
Figura 17. Set de soluções coloidais em presença de uma concentração crescente de fármaco. A solução de NPs da uma cor amarela passa a uma cor rosada característica pela interação fármaco e NPs associada a uma nova banda SPR entre 520 e 540 nm.
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3.3 Desenvolvimento de filme de NPs-Ag através a funcionalização do vidro
com diferentes grupos funcionais (-SH e –NH2).
Primeiramente, é feita a limpeza das laminas de vidro com sabão e água ultrapura milliQ
em um banho ultrasom. Depois o vidro é funcionalizado com 3-mercaptopropiltrimetoxisilano
(MPTS) ou 3-aminopropiltrimetoxisilano (APTS) de acordo com as técnicas testadas no
laboratório. Posteriormente, o vidro é imerso em uma solução de nanopartículas de prata
fazendo com que se crie uma monocamada de NPs-Ag covalentemente ligada ao vidro. No
caso da funzionalização do vidro com MPTS, as nanopartículas são quimicamente ligadas ao
vidro (SiO2) através da ponte S-Ag com afinidade química pela superfície metálica das NPs
de prata previamente funcionalizado como mostra a figura 18 a seguir [4]. Usando a
funzionalização com APTS o grupos aminos (-NH2) interagem com a superfície metálica por
via eletrostática.
Figura 18. Processo de criação de camada de NPs-Ag no vidro funcionalizado
Limpeza do vidro
Lavou-se as amostras de vidro com água da pia e detergente com a ajuda de uma esponja.
Colocou-se os vidros imersos em água MiliQ em uma cuba de vidro e deixar no ultrasson por
10 minutos. Repitiu-se esse processo. Colocou-se os vidros em uma outra cuba de vidro com
uma solução Metanol-HCl 1:1 e deixou-se no ultrasson por 30 minutos. Enxaguou-se com
água miliQ corrente e colocou-se no ultrasson com água miliQ por 5 minutos. Após isso
secou-se os vidros com N2. Colocou-se os vidros em uma outra cuba de vidro com H2SO4 e
deixou-se no ultrasson por 30 minutos. Enxaguou-se com água miliQ corrente e colocou-se no
ultrasson com água miliQ por 5 minutos. Após isso secou-se os vidros com N2.
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Silanização do vidro
Preparou-se uma solução 5% MPTS e APTS em tolueno e colocou-a em uma cuba de
vidro. Inseriu-se os vidros nessa cuba e depois aqueceu-se até 40 ºC por 4 horas. Ao terminar,
enxaguou-se os vidros com Tolueno, Etanol-Tolueno 1:1 e Etanol e colocou-se na estufa a
100 ºC até secar (aproximadamente 10 minutos).
Filme de NPs-Ag sob o vidro
Os vidros previamente funcionalizados com MPTS ou APTS foram imersos em tubos
fálcons em soluções coloidais de NPs-Ag em agitação, variando o tempo e a concentração
para criar uma monocamada de nanopartículas mais homogênea possível (figura 19). Os
vidros funcionalizados foram posteriormente caracterizados através da microscopia de
varredura eletrônica (SEM) como mostrado na figura 20. Através de um software de
digitalização da imagem SEM foi possível fazer a análise estatística da distribuição dos
diâmetros das NPs. Como mostrado na figura 20 a curva de distribuição gaussiana evidencia
que a maioria das NPs apresentam um diâmetro entre 7,5 e 14,5 nm com o máximo da
distribuição centrado a 12nm. Pela leitura espectrofotométrica UV-Vis mostrada em figura 21
verificamos que a absorção da monocamada de NPs-Ag no vidro acontece entre 393 e 400 nm
e a intensidade do espectro UV-VIS aumenta com o tempo de imersão do vidro na solução de
NPs-Ag. Este aumento da intensidade da absorbância é devido ao aumento das NPs-Ag ligada
na superfície diretamente proporcional ao tempo de exposição na solução coloidal.
Figura 19. Comparação entre um vidro com camada de NPs-Ag e um vidro limpo
Figura 20. Imagem SEM do substrado de vidro funcionalizado com NPs com um analise estatística feito por uma analise de digitalização da imagem SEM através de um software
Figura 21. Espectroscopia UV-VIS das NPs-Ag sobre substratos de vidro variando o tempo de exposição do vidro funcionalizado com a solução de NPs-Ag.
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A partir da analise espectróscopica é possível calcular o diâmetro das nanopartículas pela
seguinte equação empírica:
D = - 0,005441λ2max + 5,654λmax – 1367
Por um comprimento de onda λmax = 394nm, o diâmetro calculado das NPs é de 16,03 nm.
Neste caso os dados empíricos com os dados da analise SEM concordam.
Interação filme de NPs-Ag sob o vidro com o fármaco aminoglicosídeo
O filme de NPs-Ag foi utilizado para avaliação da atividade espectroscópica UV-VIS e
possíveis análises quantitativas do fármaco aminoglicosídeo, Trisulfato de Neomicina. Com
o objetivo de estudar por espectroscopia UV-Vis sob o substrato sólido e a interação entre o
fármaco e a nanosonda, os substratos Vidro/NPs-Ag foram mergulhados em soluções de
Fármaco Trisulfato de Neomicina em tubos fálcons e deixados em agitação durante 2 horas e
durante a noite. Após isso, foram feitos os espectros UV-Vis dos vidros em contato com o
fármaco (figura 22).
Figura 22. Variação dos picos antes e após a imersão do vidro na solução de fármaco, Trisulfato de Neomicina.
Foram preparadas soluções de Fármaco Trissulfato de Neomicina a fim de fazer testes
de imersão do Filme de NPs na solução de fármaco até algumas horas de contato. Os vidros
foram também imersos nas soluções de fármaco durante a noite para aumentar o tempo de
exposição. Após isso foram feitos os espectros dos vidros e foi observado que a absorbância
das nanopartículas de prata diminuiu como pode ser visto na figura 21. Para excluir a
possibilidade de uma perda de NPs. Foi feita a absorbância atômica das soluções de fármaco e
foi observado que a quantidade de nanopartícula de prata na solução de fármaco foi da ordem
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de ppm, ou seja, o fármaco interagiu com o vidro funcionalizado sem lisciviação de NPs-Ag
em solução.
Foi observado que os vidros funcionalizados com MPTS tiveram uma resposta melhor
quando imersos nas soluções de NPs-Ag do que aqueles funcionalizados com APTS. A tabela
2 resume os testes de preparação dos filmes de NPs com diferentes ligantes orgânicos sob
vidro previamente funcionalizado com MPTS e APTS.
Tabela 2: Teste de formação dos film de NPs mudando ligantes orgânicos e vidro
fuzionalizado com diferentes grupos funcionais.
Tartarato de Na
e K
D- Tartarato de
K
L+ Tartarato de
K
Citrato
MPTS X
APTS X X X
4 Conclusões
A partir dos experimentos descritos acima foi possível observar que a banda SPR das
NPs-Ag é centrada em 395-400 nm quando o diâmetro das nanopartículas é de 10 a 30 nm.
Observamos que o limite se sensibilidade dos fármacos na solução de NPs-Ag diminui
quando a proporção ligante/Ag+/NaBH4 é de 1:1:1,25 ao invés de 1:1:1,5, pois um excesso de
NaBH4 tem uma grande influência sobre possíveis interações entre fármaco e NPs. Os
fármacos interagem com as nanopartículas de prata dando origem fenômeno de agregação
surgindo uma nova banda SPR centrada entre 520-540 nm. A nova banda SPR pode mudar de
forma e posição en função do ligante orgânico utilizado. As soluções feitas com citrato
monossódico e com citrato trisódico, quando tratadas com os fármacos, se comportaram da
mesma maneira.
Os vidros funcionalizados com MPTS tiveram um melhor rendimento do que os tratados
com APTS. Foi possível observar fenômenos espectroscópicos UV-Vis depois da deposição
do fármaco trissulfato de neomicina sob o vidro com filme de NPs-Ag, isso abre possibilidade
de futuras aplicações analíticas através da espectroscopia SERS já em fase de estudo no nosso
laboratório.
Departamento de Química
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5 Dificuldades surgidas
Surgiram muitas dificuldades ao longo do projeto, como a síntese das nanoparticulas de
QDs de Índio e Fósforo (QD-InP). Devido à falta de entrega dos precursores de In e P da
empresa Sigma Aldrich, decidimos prosseguir o trabalho usando NPs de prata que desde o
principio mostraram dados interessante para a pesquisa em objeto. As Analise SERS foram
atrasada a causa da falta da entrega do equipamento Microscópio RAMAN da empresa Oriba
que foi contratada já no novembro 2013. O equipamento foi entregado e instalado apenas ao
final de Junho 2014.
6 Objetivos futuros para a renovação da bolsa
Um objetivo futuro será dar continuidade ao teste das soluções de NPs-Ag com os
fármacos sulfato de neomicina e sulfato de tobramicina e possivelmente outros fármacos. O
projeto segue testando os filme de NPs-Ag para analise SERS e para o desenvolvimento de
materiais nanoestruturados em dispositivos microfluidicos.
Outro objetivo será a síntese de nanoparticulas de QDs de Índio e Fósforo (QD-InP) para
o desenvolvimento de filme de QD-InP e posteriormente caracteriza-lo através da
microscopia de varredura eletrônica SEM e da espectroscopia de fluorecencia. No final serão
desenvolvidos novas sonda luminescentes para a determinação de outras moléculas de
interesse biológico.
7 Referências
(1) I.Z. Zhang, C. Noguez, “Plasmonic optical properties and applications of metal
nanostructures”. Plasmonics. 3, 127–150, (2008).
(2) Keating, Christine D.; Musick, Michael D.; Keefe, Melinda H.; Natan, Michael J. J. Chem. Educ. 1999, 76, 949.
(3) http://br.mt.com/br/pt/home/applications/L1_AutoChem_Applications/continuous.html
(4) Mason, B. P.; Price, K. E.; Steinbacher, J. L.; Bogdan, A. R.; McQuade, D. T.
Greener Approaches to Organic Synthesis Using Microreactor Technology.
Chemical Reviews 2007, 107, 2300
(5) Nie, S.; Emory, S. R., Probing Single Molecules and Single Nanoparticles by Surface-
Enhanced Raman Scattering. Science 1997, 275, (5303), 1102-1106.