Métodos "verdes" de produção de nanomateriais que promovem nanotecnologias sustentáveis

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Química

O presente trabalho teve como objetivo preparar nanopartículas utilizando uma abordagem ecológica, com base em extratos de chá que, neste caso, apresentam a função de agente redutor eagente estabilizante, através de um processo sintético simples, sem a aplicação de agentes químicos tóxicos. Neste método “verde”, as nanopartículas de ouro e prata (AuNPs e AgNPs) foram preparadas pela redução de sais metálicos (HAuCl4 e AgNO3) através dos polifenóis do chá, que atuam comoagente redutor e de estabilização. Foi também estudada a introdução de técnicas como os microondas e sonoquímica, na síntese das AgNPs. Foram utilizadas diferentes técnicas tais como a microscopia eletrónica de transmissão (TEM), microscopia eletrónica de varredura (SEM), espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), espectroscopia de UV-visível (UV-Vis), difração de raios-X (XRD) e espectroscopia de raios-X por energia dispersiva (EDS) para caracterizar o tamanho e uniformidade das diferentes nanopartículas (NPs) sintetizadas. As NPs obtidas foram testadas como catalisadores na redução de vários compostos nitro aromáticos e na redução de hexacianoferrato(III) em solução aquosa. Para a redução de alguns dos compostos nitro foram estudados vários parâmetros como por exemplo, o tempo de reação, o tipo e quantidade de agente redutor, a forma, o tamanho ou a quantidade de AuNPs com vista à otimização das condições reacionais e estudo das propriedades catalíticas das NPs sintetizadas. Também foi estudada a reutilização de AuNPs como catalisador nesta reação. As AgNPs também foram testadas para outras aplicações na área de catálise, tais como a condensação de Knoevenagel e a degradação de pigmentos, no entanto estas não foram bem-sucedidas. A capacidade de ligação das NPs ao ADN (DNA-CT), numa solução tampão, foi estudadautilizando métodos como a absorvância, fluorescência, dicroísmo circular e viscosidade. A constante de ligação ao ADN e o tamanho do local de ligação, juntamente com os dados obtidos pelas outras técnicas efetuadas, sugerem que a ligação entre as NPs (Au e Ag) se efetua por intercalação. As NPs também foram testadas relativamente à sua capacidade de ligação a proteínas (albumina do soro bovino, BSA). A sua interação foi estudada utilizando a espectroscopia de fluorescência. Os resultados indicaram que as NPs apresentam uma forte capacidade de extinção da fluorescência intrínseca da BSA e os espectros de fluorescência síncrona revelam que a interação destes dois compostos altera o microambiente da BSA, nomeadamente dos seus resíduos de triptofano e tirosina.

Abstract: The present work aimed to prepare nanoparticles using an eco-friendly approach based on tea extracts as a reducing and capping agent, in a simple step, without application of toxic che micals. In this green method, gold and silver nanoparticles (AuNPs and AgNPs) were prepared by the reduction of metal-salts (HAuCl4 and AgNO3) using polyphenols from the tea which act as both reducing and capping agents. Ultrasonic and microwave-assisted methods were tested to improve AgNPs synthesis. Different physical techniques such as transmission electron microscopy (TEM), scanning electron microscopy (SEM), Fourier transform infrared (FT IR) spectroscopy, UV-Visible (UV-Vis), X-ray diffraction (XRD) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) were used to characterize the size and uniformity of the different synthesized nanoparticles (NPs). Furthermore, the obtained NPs were used as catalysts in the reduction of various aromatic nitro compounds, and in the reduction of hexacyanoferrate(III) in aqueous solution. For the reduction of aromatic nitro compounds the effects of a variety of factors (e.g., reaction time, type and amount of reducing agent, shape, size or amount of AuNPs) were studied towards the optimization of the processes. The reusability of AuNPs as catalyst in the reduction of a nitro compound was also tested. The AgNPs were also tested for other applications in the area of catalysis, such as the Knoevenagel condesation and the reduction of pigments, where they weren’t well succeeded. The DNA binding efficacy of the NPs with CT (calf thymus) DNA in a buffer solution was investigated using absorption, fluorescence, circular dichroism and viscosity titration methods. The DNA binding constant and binding site size and the data gathered from other techniques suggest a intercalative mode of binding to CT -DNA. The NPs binding properties on BSA (bovine serum albumin) were also studied. The interaction between them was investigated using fluorescence spectroscopy. The analysis indicated that the NPs have a strong capability to quench the intrinsic fluorescence of BSA by static quenching mechanism. Synchronous fluorescence spectra reveal that the interaction of NPs with BSA changes the microenvironment of tryptophan and tyrosine residues.