Evolução estrutural e performance catalítica de nanopartículas de AuPd de composição variável

Nanopartículas bimetálicas de AuPd têm mostrado excelente atividade catalítica em reações de oxidação. O entendimento dos efeitos da variação da composição e morfologia das nanopartículas bimetálicas em suas propriedades catalíticas é fundamental para a preparação de catalisadores cada vez mais ativos e seletivos. Neste trabalho foram estudadas nanopartículas bimetálicas de AuPd de composição variável suportadas sobre um suporte constituído por nanopartículas de magnetita revestidas por sílica. O efeito da calcinação e da redução com hidrogênio sobre a morfologia e composição das nanopartículas bimetálicas foi acompanhado pelas técnicas de TEM, XEDS, XAS, XRD e XPS. A correlação entre estrutura, composição e atividade catalítica dos catalisadores preparados foi estudada pelo acompanhamento de reações de oxidação de monóxido de carbono e de oxidação de álcool benzílico. As amostras não calcinadas apresentaram segregação metálica em todas as composições estudadas. Após a etapa de calcinação, maior segregação metálica foi encontrada, com a formação de óxido de paládio na superfície das nanopartículas, exceto na amostra mais rica em ouro. O tratamento das amostras oxidadas com hidrogênio foi capaz de reduzir os metais oxidados na superfície das nanopartículas, mas um enriquecimento em paládio na superfície e maior segregação entre ouro e paládio foram observados. Uma melhora na atividade catalítica na oxidação de monóxido de carbono foi observada juntamente com um aumento na composição de paládio, além disso, observou-se uma maior atividade catalítica em relação às nanopartículas não calcinadas para as amostras calcinadas e reduzidas. Para a oxidação de álcool benzílico um aumento na atividade catalítica de até cinco vezes foi observado após a calcinação dos catalisadores, com maior atividade para a amostra de composição Au1Pd2. A queda na atividade catalítica após a redução dos catalisadores mostrou que a presença de óxido de paládio na superfície das nanopartículas é fundamental para que seja observada uma maior atividade catalítica.

Desenvolvimento de microssensores eletroquímicos e aplicações no estudo de processos dinâmicos interfaciais utilizando microscopia eletroquímica de varredura

O trabalho descrito nesta tese mostra de forma detalhada a fabricação e caracterização de diferentes microssensores eletroquímicos os quais têm sido recentemente utilizados como sondas em grupo de técnicas conhecida como Scanning Electrochemical Probe Microscopy (SEPM). Desta forma, a caracterização de superfícies pode ser feita explorando diferentes fenômenos interfaciais relevantes à Ciência. Neste sentido, as interfaces de materiais cristalinos como hidroxiapatita (materiais dentários) e calcita foram o foco de estudo neste trabalho. Assim, diferentes técnicas SEPM foram exploradas no sentido de se obter informações relevantes relacionadas aos processos dentários, como a erosão ácida e hipersensibilidade. Inicialmente, microeletrodos de platina foram desenvolvidos empregando uma metodologia convencional na qual são utilizados microfibras encapsuladas em capilares de vidro. Scanning Electrochemical Microscopy (SECM) no modo amperométrico foi utilizada para obtenção de informações com relação às alterações de topografia do esmalte dentário causadas pelo contato com substâncias ácidas. Adicionalmente, SECM foi empregada no estudo do transporte de espécies eletroativas em amostras de dentina e investigações relacionadas ao bloqueio dos túbulos empregando-se cremes dentais comerciais foram realizadas. A permeação de peróxido de hidrogênio pela dentina também foi estudada. Os resultados de SECM foram comparados com imagens SEM obtidas nas mesmas condições experimentais. Microeletrodos de membrana ionófora íon-seletiva (Ion Selective Microelectrodes-ISMEs) sensíveis a íons cálcio também foram desenvolvidos e caracterizados, com subsequente aplicação em SECM no modo potenciométrico. A dissolução ácida de esmalte bovino (erosão dentária) foi investigada em diferentes valores de pH (2,5; 4,5; 6,8). Além disso, o transporte de íons cálcio através de membranas porosas sintéticas foi avaliado a uma distância tip/substrato de 300µm. Alterações no fluxo de íons cálcio foram correlacionadas em experimentos realizados na presença e ausência de campos magnéticos gerados por nanopartículas de magnetita incorporadas à membrana porosa. Microcristais de calcita facilmente sintetizados pelo método de precipitação foram utilizados como superfície modelo para investigações interfaciais, cujos resultados podem ser correlacionados aos materiais dentários. Desta forma, nanopipetas de vidro preenchidas com eletrólito suporte foram fabricadas e utilizadas como sonda em Scanning Ion Conductance Microscopy (SICM). O mapeamento topográfico de alta resolução espacial da superfície de um microcristal de calcita foi obtido utilizando o modo de varredura hopping mode. Adicionalmente, sondas multifuncionais ISME-SICM também foram desenvolvidas e caracterizadas para investigações simultâneas com relação às alterações topográficas e quantificação de íons cálcio sobre a superfície de um microcristal de calcita. A adição de reagentes ácidos no canal SICM promoveu a dissolução da superfície do microcristal, sendo obtidos dados cinéticos de dissolução. Investigações em meio neutro também foram realizadas utilizando a sonda ISME-SICM. Os resultados experimentais obtidos também foram comparados com aqueles oriundos de simulação computacional.

Nanopartículas superparamagnéticas encapsuladas com polímeros para tratamento de câncer por hipertermia

O câncer é uma das maiores causas de mortalidade no Brasil e no mundo, com potencial de crescimento nas próximas décadas. Um tipo de tratamento promissor é a hipertermia magnética, procedimento no qual as células tumorais morrem pelo efeito do calor gerado por partículas magnéticas após a aplicação de campo magnético alternado em frequências adequadas. Tais partículas também são capazes de atuar como agentes de contraste para imageamento por ressonância magnética, um poderoso método de diagnóstico para identificação de células neoplásicas, formando a combinação conhecida como theranostics (terapia e diagnóstico). Neste trabalho foram sintetizadas nanopartículas de óxido de ferro por método de coprecipitação com posterior encapsulação por técnica de nano spray drying, visando sua aplicação no tratamento de câncer por hipertermia e como agente de contraste para imageamento por ressonância magnética. Para a encapsulação foram utilizadas matrizes poliméricas de Maltodextrina com Polissorbato 80, Pluronic F68, Eudragit® S100 e PCL com Pluronic F68, escolhidos com o intuito de formar partículas que dispersem bem em meio aquoso e que consigam atingir alvo tumoral após administração no corpo do paciente. Parâmetros de secagem pelo equipamento Nano Spray Dryer, como temperatura, solvente e concentração de reagentes, foram avaliados. As partículas formadas foram caracterizadas por Microscopia Eletrônica de Varredura, Difração de Raios-X, Análise Termogravimétrica, Espalhamento de Luz Dinâmico, Espectroscopia de Infravermelho, magnetismo quanto a magnetização de saturação e temperatura, citotoxicidade e potencial de aquecimento. Tais procedimentos indicaram que o método de coprecipitação produziu nanopartículas de magnetita de tamanho em torno 20 nm, superparamagnéticas a temperatura ambiente, sem potencial citotóxico. A técnica de nano spray drying foi eficiente para a formação de partículas com tamanho em torno de 1 μm, também superparamagnéticas, biocompatíveis e com propriedades magnéticas adequadas e para aplicações pretendidas. Destaca-se a amostra com Pluronic, OF-10/15-1P, que apresentou magnetização de saturação de 68,7 emu/g e interação específica com células tumorais.

Magnetically separable mesoporous Fe3O4/silica catalysts with very low Fe3O4 content

Two magnetically separable Fe3O4/SiO2 (aerogel and MSU-X) composites with very low Fe3O4 content (<1 wt%) have been successfully prepared at room temperature by co-condensation of MPTES-functionalized Fe3O4 nanoparticles (NPs) with a silicon alkoxide. This procedure yields a homogeneous incorporation of the Fe3O4 NPs on silica supports, leading to magnetic composites that can be easily recovered using an external magnetic field, despite their very low Fe3O4 NPs content (ca. 1 wt%). These novel hybrid Fe3O4/SiO2 materials have been tested for the oxidation reaction of 3,3′,5,5′-tetramethylbenzidine (TMB) with hydrogen peroxide showing an enhancement of the stability of the NPs in the Fe3O4/silica aerogel as compared to the Fe3O4 NPs alone, even after five catalytic cycles, no leaching or agglomeration of the Fe3O4/SiO2 systems.

Hybrid magnetic graphitic nanocomposites for catalytic wet peroxide oxidation applications

Hybrid magnetic graphitic nanocomposites (MGNC) prepared by inclusion of magnetite nanoparticles (obtained by coprecipitation) into an organic-organic self-assembly system, followed by calcination, revealed high activity for the catalytic wet peroxide oxidation (CWPO) of 4-nitrophenol solutions (5 g L-l), with pollutant removais up to 1245 mg g-' h-l being obtained when considering the mass ratio [pollutant]/[catalyst] =10. The stability of the MGNC catalyst against metal leaching was ascribed to the confinement effect of the carbon based material. These observations, together with the magnetically recoverable characteristics of MGNC, open new prospects for the wide use of this catalyst in highly efficient CWPO applications.

(Bio)funcionalização de superfícies nanoestruturadas para eletrocatálise e desenvolvimento de biossensores eletroquímicos e óticos

Tese de doutoramento, Química (Química Física), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2016

(Table S1) FMR and rock magnetic parameters for upper Paleocene to lower Eocene strata, Site Ancora

Previous workers identified a magnetically anomalous clay layer deposited on the northern United States Atlantic Coastal Plain during the Paleocene-Eocene thermal maximum (PETM). The finding inspired the highly controversial hypothesis that a cometary impact triggered the PETM. Here we present ferromagnetic resonance (FMR), isothermal and anhysteretic remanent magnetization, first-order reversal curve, and transmission electron microscopy analyses of late Paleocene and early Eocene sediments in drill core from Ancora, New Jersey. A novel paleogeographic analysis applying a recent paleomagnetic pole from the Faeroe Islands indicates that New Jersey during the initial Eocene had a ~6°-9° lower paleolatitude (~27.3° for Ancora) and a more zonal shoreline trace than in conventional reconstructions. Our investigations of the PETM clay from Ancora reveal abundant magnetite nanoparticles bearing signature traits of crystals produced by magnetotactic bacteria. This result, the first identification of ancient biogenic magnetite using FMR, argues that the anomalous magnetic properties of the PETM sediments are not produced by an impact. They instead reflect environmental changes along the eastern margin of North America during the PETM that led to enhanced production and/or preservation of magnetofossils.

Fabrication of magnetic drug-loaded polymeric composite nanofibres and their drug release characteristics

Magnetic polymer nanofibres intended for drug delivery have been designed and fabricated by electrospinning. Magnetite (Fe3O4) nanoparticles were successfully incorporated into electrospun nanofibre composites of two cellulose derivatives, dehydroxypropyl methyl cellulose phthalate (HPMCP) and cellulose acetate (CA), while indomethacin (IDN) and aspirin have been used as model drugs. The morphology of the neat and magnetic drug-loaded electrospun fibres and the release characteristics of the drugs in artificial intestinal juice were investigated. It was found that both types of electrospun composite nanofibres containing magnetite nanoparticles showed superparamagnetism at room temperature, and their saturation magnetisation and morphology depend on the Fe3O4 nanoparticle content. Furthermore, the presence of the magnetite nanoparticles did not affect the drug release profiles of the nanofibrous devices. The feasibility of controlled drug release to a target area of treatment under the guidance of an external magnetic field has also been demonstrated, showing the viability of the concept of magnetic drug-loaded polymeric composite nanofibres for magneto-chemotherapy.

Badanie metodą EPR funkcjonalizowanych nanocząstek magnetytu w surowicy i pełnej krwi ludzkiej

Wydział Fizyki

A flexible lab-on-a-chip for the synthesis and magnetic separation of magnetite decorated with gold nanoparticles

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Compact Ag@fe3o4 Core-shell Nanoparticles By Means Of Single-step Thermal Decomposition Reaction.

A temperature pause introduced in a simple single-step thermal decomposition of iron, with the presence of silver seeds formed in the same reaction mixture, gives rise to novel compact heterostructures: brick-like Ag@Fe3O4 core-shell nanoparticles. This novel method is relatively easy to implement, and could contribute to overcome the challenge of obtaining a multifunctional heteroparticle in which a noble metal is surrounded by magnetite. Structural analyses of the samples show 4 nm silver nanoparticles wrapped within compact cubic external structures of Fe oxide, with curious rectangular shape. The magnetic properties indicate a near superparamagnetic like behavior with a weak hysteresis at room temperature. The value of the anisotropy involved makes these particles candidates to potential applications in nanomedicine.

Magnetic properties of Fe(3)O(4) nanoparticles coated with oleic and dodecanoic acids

Magnetic nanoparticles (NP) of magnetite (Fe(3)O(4)) coated with oleic acid (OA) and dodecanoic acid (DA) were synthesized and investigated through transmission electron microscopy (TEM), magnetization M, and ac magnetic susceptibility measurements. The OA coated samples were produced with different magnetic concentrations (78%, 76%, and 65%) and the DA sample with 63% of Fe(3)O(4). Images from TEM indicate that the NP have a nearly spherical geometry and mean diameter similar to 5.5 nm. Magnetization measurements, performed in zero-field cooled (ZFC) and field cooled processes under different external magnetic fields H, exhibited a maximum at a given temperature T(B) in the ZFC curves, which depends on the NP coating (OA or DA), magnetite concentration, and H. The temperature T(B) decreases monotonically with increasing H and, for a given H, the increase in the magnetite concentration results in an increase in T(B). The observed behavior is related to the dipolar interaction between NP, which seems to be an important mechanism in all samples studied. This is supported by the results of the ac magnetic susceptibility chi(ac) measurements, where the temperature in which chi' peaks for different frequencies follows the Vogel-Fulcher model, a feature commonly found in systems with dipolar interactions. Curves of H versus T(B)/T(B) (H=0) for samples with different coatings and magnetite concentrations collapse into a universal curve, indicating that the qualitative magnetic behavior of the samples may be described by the NP themselves, instead of the coating or the strength of the dipolar interaction. Below T(B), M versus H curves show a coercive field (H(C)) that increases monotonically with decreasing temperature. The saturation magnetization (M(S)) follows the Bloch's law and values of M(S) at room temperature as high as 78 emu/g were estimated, a result corresponding to similar to 80% of the bulk value. The overlap of M/M(S) versus H/T curves for a given sample and the low H(C) at high temperatures suggest superparamagnetic behavior in all samples studied. The overlap of M/M(S) versus H curves at constant temperature for different samples indicates that the NP magnetization behavior is preserved, independently of the coating and magnetite concentration. (C) 2010 American Institute of Physics. [doi: 10.1063/1.3311611]

Surface effects in the magnetic properties of crystalline 3 nm ferrite nanoparticles chemically synthesized

We have systematically studied the magnetic properties of ferrite nanoparticles with 3, 7, and 11 nm of diameter with very narrow grain size distributions. Samples were prepared by the thermal decomposition of Fe (acac)(3) in the presence of surfactants giving nanoparticles covered by oleic acid. High resolution transmission electron microscopy (HRTEM) images and XRD diffraction patterns confirms that all samples are composed by crystalline nanoparticles with the spinel structure expected for the iron ferrite. ac and dc magnetization measurements, as well in-field Mossbauer spectroscopy, indicate that the magnetic properties of nanoparticles with 11 and 7 nm are close to those expected for a monodomain, presenting large M(S) (close to the magnetite bulk). Despite the crystalline structure observed in HRTEM images, the nanoparticles with 3 nm are composed by a magnetically ordered region (core) and a surface region that presents a different magnetic order and it contains about 66% of Fe atoms. The high saturation and irreversibility fields in the M(H) loops of the particles with 3 nm together with the misalignment at 120 kOe in the in-field Mossbauer spectrum of surface component indicate a high surface anisotropy for the surface atoms, which is not observed for the core. For T < 10 K, we observe an increase in the susceptibility and of the magnetization for former sample, indicating that surface moments tend to align with applied field increasing the magnetic core size. (C) 2010 American Institute of Physics. [doi:10.1063/1.3514585]

In vitro studies of gum arabic-coated magnetic nanoparticles with mammalian cell cultures

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Biotecnologia

Influence of heavy rare earth ions substitution on microstructure and magnetism of nanocrystalline magnetite

In this work we report results on the influence of heavy rare earth ions substitution on microstructure and magnetism of nanocrystalline magnetite. A series of Fe(2.85)RE(0.15)O(4) (RE = Gd, Dy, Ho, Tm and Yb) samples have been prepared by high energy ball milling. Structure/microstructure investigations of two selected samples Fe(2.85)Gd(0.15)O(4) and Fe(2.85)Tm(0.15)O(4), represent an extension of the previously published results on Fe(3)O(4)/gamma-Fe(2)O(3), Fe(2.85)Y(0.15)O(4) and Fe(2.55)In(0.45)O(4) [Z. Cvejic, S. Rakic, A. Kremenovic, B. Antic, C. Jovalekic. Ph. Colomban, Sol. State Sciences 8 (2006) 908], while magnetic characterization has been done for all the samples. Crystallite/particle size and strain determined by X-ray diffractometry and Transmission electron microscopy (TEM) confirmed the nanostructured nature of the mechanosynthesized materials. X-ray powder diffraction was used to analyze anisotropic line broadening effects through the Rietveld method. The size anisotropy was found to be small while strain anisotropy was large, indicating nonuniform distribution of deffects in the presence of Gd and Tm in the crystal structure. Superparamagnetic(SPM) behavior at room temperature was observed for all samples studied. The Y-substituted Fe(3)O(4) had the largest He and the lowest M(S). We discuss the changes in magnetic properties in relation to their magnetic anisotropy and microstructure. High field irreversibility (H>20kOe) in ZFC/FC magnetization versus temperature indicates the existence of high magnetocrystalline and/or strain induced anisotropy. (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.