Desenvolvimento de estruturas compósitas de nanopartículas magnéticas encapsuladas em polímero para aplicações biomédicas

Abstract

Nos últimos anos, importantes avanços têm sido realizados no desenvolvimento de nanoestruturas para um grande leque de aplicações. Um exemplo passa pela crescente aplicação de nanopartículas magnéticas na área da biomedicina. O sucesso no uso destas nanopartículas depende de vários fatores, como é o caso do tamanho e das suas propriedades magnéticas, que podem ser controlados durante a sua síntese. No entanto, um problema inevitável das nanopartículas magnéticas é a sua baixa estabilidade em solução aquosa em longos períodos de tempo, podendo aglomerar ou mesmo oxidar. Esta barreira pode ser solucionada através do revestimento com diferentes materiais, incluindo surfactantes, polímeros ou materiais inorgânicos. Com o enquadramento acima descrito, nesta dissertação foi estudado o comportamento de diferentes estruturas compósitas de nanopartículas magnéticas encapsuladas para aplicação na biomedicina. Para o núcleo magnético foram utilizadas nanopartículas de ferrite de cobalto (CoFe2O4) e nanopartículas de óxido de ferro (Fe3O4), não só por possuírem elevada magnetização, mas também por apresentarem propriedades interessantes como a magnetostritividade e o superparamagnetismo, respetivamente. As nanopartículas de CoFe2O4 foram adquiridas comercialmente e as nanopartículas de Fe3O4 foram sintetizadas pelo método de coprecipitação. Em ambos os casos, as nanopartículas magnéticas sofreram um pós-processamento com ácido oleico de modo a aumentar a sua estabilidade em solução. De seguida, as nanopartículas magnéticas foram revestidas com dois materiais distintos, a sílica (SiO2), por uma adaptação do método de Stöber, e um polímero biocompatível e biodegradável, o poli (l-ácido lático) (PLLA), pelo método de microemulsão. Optou-se por estudar a viabilidade do revestimento com SiO2 por apresentar uma diversidade de vantagens para aplicações biomédicas. Os compósitos obtidos foram sujeitos a várias técnicas de caracterização de forma a determinar a morfologia, estrutura, propriedades magnéticas e estabilidade em solução. Por último, foram realizados ensaios de citotoxicidade para avaliar a viabilidade celular das partículas. O revestimento com SiO2 verificou-se apropriado tanto para as nanopartículas de CoFe2O4 como Fe3O4. Já para o revestimento com PLLA, este foi mais uniforme e eficiente para as nanopartículas de Fe3O4. De forma resumida, os resultados mostraram que as partículas produzidas apresentam um grande potencial para aplicação na biomedicina tendo em conta a sua fácil produção e de baixo custo.

In recent years, important advances have been achieved in the development of nanostructures for a wide range of applications. An example is the increasing application of magnetic nanoparticles in the biomedical field. The successful use of these nanoparticles depends on several factors, such as their size and magnetic properties, which can be controlled during their synthesis. However, an unavoidable problem of magnetic nanoparticles is their low stability in aqueous solution over long periods of time, which may agglomerate or even oxidize. This problem can be overcome by coating with different materials, including surfactants, polymers or inorganic materials. Within the framework described above, this dissertation focussed on the study of the behaviour of different composite structures of encapsulated nanoparticles for application in biomedicine. Nanoparticles of cobalt ferrite (CoFe2O4) and iron oxide (Fe3O4) were used for the magnetic core, not only because of their high magnetization but also due to their interesting properties such as magnetostrictive response and superparamagnetism, respectively. CoFe2O4 nanoparticles were commercially acquired and Fe3O4 nanoparticles were synthetized by the coprecipitation method. In both cases, the magnetic nanoparticles were post processed with oleic acid in order to increase their stability in solution. Then, the magnetic nanoparticles were coated using two materials, porous and non-porous silica (SiO2) prepared by and adaptation of the Stöber method, and a biocompatible and biodegradable polymer, poly (l-lactic acid) (PLLA), prepared by the microemulsion method. In particular, coatings with SiO2 were studied as they present a variety of advantages for biomedical applications. The composites obtained were subjected to several characterization techniques in order to determine the morphology, structure, magnetic properties and stability in solution. Finally, cytotoxicity assays were performed. SiO2 was found to be suitable for coating both the CoFe2O4 and Fe3O4 nanoparticles. As for the PLLA coating, it was more uniform and efficient for the Fe3O4 nanoparticles. As a conclusion, results showed that the produced particles show a large potential for application in biomedicine, considering their easy production and low cost.