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Type: Tese de Doutorado
Title: Síntese coloidal aquosa de pontos quânticos luminescentes estabilizados por quitosana e derivados: ZnS, Bi2S3
Authors: Fábio Pereira Ramanery
First Advisor: Herman Sander Mansur
First Co-advisor: Alexandra Ancelmo Piscitelli Mansur
First Referee: Karla Balzuweit
Second Referee: Rodrigo Lambert Oréfice
Third Referee: Hermes de Souza Costa
metadata.dc.contributor.referee4: Patrícia Santiago de Oliveira Patricio
metadata.dc.contributor.referee5: Sandhra Maria de Carvalho
Abstract: Nos últimos anos, o campo de nanocristais semicondutores coloidais, também referido como pontos quânticos coloidais (PQs), tem crescido rapidamente. Os desenvolvimentos são resultado de avanços significativos em nanociência e nanotecnologia, que predominantemente se concentram em aplicações biomédicas e ambientais. As contribuições interdisciplinares de diversas áreas, como ciência dos materiais, química e física, combinada com a área biológica, farmacêutica, médica e da ciência ambiental criou uma nova classe fascinante de nanomateriais híbridos ou nanoconjugados. Estes nanomateriais podem ser concebidos e projetados com praticamente qualquer propriedade ou para realizar diversas funções. Basicamente, estes conjugados de tamanho nanométrico combinam as funções intrínsecas de nanomateriais semicondutores inorgânicos e biointerfaces versáteis oferecidos por polímeros orgânicos (por exemplo, quitosana, PVA, PEG) e biomoléculas (por exemplo, aminoácidos, peptídeos, proteínas, DNA). No campo de materiais inorgânicos de baixa dimensionalidade, do termo em inglês low-dimension, para produção de nanoconjugados e nanoestruturas os PQs tem sido a principal escolha devido à sua combinação única de propriedades ópticas, eletrônicas, magnéticas e químicas, que podem ser ajustadas através da modificação do tamanho de nanopartículas abaixo do valor de limiar, chamado raio de Bohr do éxciton. Assim, o presente estudo relata pela primeira vez, os novos nanoconjugados baseados em carboidratos combinando quitosana (QUI) e carboximetilquitosana (CMC) com PQs de semicondurtores de ZnS e Bi2S3 desenhados e sintetizados através de um único passo via processo coloidal aquoso ambientalmente correto, "Química verde", à temperatura ambiente. Estes sistemas foram extensivamente caracterizados por (SEM, TEM, AFM, DLS, o potencial zeta) e técnicas espectroscópicas morfológicas (UV-vis, FTIR, PL, RMN e outros), a fim de acessar suas principais características estruturais e propriedades físico-químicas. Estes nanocompósitos híbridos foram testados quanto à citocompatibilidade usando brometo de tetrazólio 3- (4,5-dimetiltiazol-2-il) 2,5-difenil (MTT) de proliferação de rim de células com células de osteossarcoma humanas cultivadas (SAOS), células embrionárias de rim humano (células HEK293T) e a viabilidade da citotoxicidade por ensaio LIVE/DEAD®. Os resultados demonstraram que a quitosana e CMC são estruturas poliméricos eficazes para nuclear e estabilizar as nanopartículas de PQs em dimensões ultra-pequenas formando estruturas núcleo/casca em dispersões coloidais aquosas. Além disso, verificou-se que a variação do pH e a proporção molar de precursores durante a síntese afetou as propriedades físico-químicas e aspectos morfológicos das nanoestruturas. Além disso, os PQs nanoconjugados sem meio coloidal aquoso apresentaram fotoluminescência sob irradiação de luz. Os resultados in vitro demonstraram que a quitosana e CMC nanohíbridos não foram citotóxicos e exibiram respostas de viabilidade celular adequada em relação a três tipos de células. Portanto, é imaginável que esses nanocompósitos bioengenharia projetados pode ser potencialmente usada como nanopartículas fluorescentes em biosondas para macar células in vitro, farmacêutica e aplicações ambientalmente corretas
Abstract: In recent years, the field of colloidal semiconductor nanocrystals, also referred to as colloidal quantum dots (QDs), has grown rapidly. The developments are the result of significant advances in nanoscience and nanotechnology that predominantly focus on biomedical and environmental applications. The interdisciplinary contributions from several areas such as materials science, chemistry and physics, combined with biology, pharmaceutics, medicine and environmental science has created a fascinating new class of hybrid nanomaterials or nanoconjugates. These nanomaterials can be designed and engineered with almost any property or to carry out almost any function. Basically, these nano-sized conjugates combine the intrinsic functions of inorganic semiconductor nanomaterials and the versatile organic biointerfaces offered by polymers (e.g., chitosan, PVA, PEG) and biomolecules (e.g., amino acids, peptides, proteins, DNA). In the realm of inorganic low-dimensional materials for producing nanoconjugates and nanostructures, QDs have been the major choice because of their unique combination of optical, electronic, magnetic and chemical properties, which can be tuned via the modification of the nanoparticle size below the threshold value, named the Bohr radius exciton. Thus, it is reported for the first time in this study, new carbohydrate-based nanoconjugates combining chitosan and carboxymethyl chitosan (CMC) with ZnS and Bi2S3 semiconductor QDs were designed and synthesized via a single-step green aqueous colloidal process at room temperature. These systems were extensively characterized by morphological (SEM, TEM, AFM, DLS, zeta potential) and spectroscopic techniques (UV-vis, FTIR, PL, RMN, and others) in order to access their major structural features and physico-chemical properties. These hybrid nanocomposites were tested for cytocompatibility using a 3-(4,5-dimethylthiazol-2yl) 2,5-diphenyl tetrazolium bromide (MTT) cell proliferation assay with cultured human osteosarcoma cells (SAOS), human embryonic kidney cells (HEK293T cells) and a LIVE/DEAD® viability-cytotoxicity assay. The results demonstrated that chitosan and CMC were effective polymer ligands for nucleating and stabilizing ultra-small QDs, forming colloidal core-shell nanostructures in aqueous dispersions. In addition, it was verified that variation of pH and molar ratio of precursors during the synthesis affected the physico-chemical properties and morphological aspects of the nanostructures. Moreover, these water-soluble nanoconjugates were photoluminescent under light irradiation. The results of the in vitro assays demonstrated that the chitosan and CMC nanohybrids were not cytotoxic and exhibited suitable cell viability responses toward three cell types. Therefore, it is envisioned that these designed bioengineered nanocomposites can be potentially used as fluorescent nano-sized bioprobes to label cells in vitro, pharmaceutical and environmentally friendly applications
Subject: Quitosana
Materiais
Ciência dos materiais
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/BUBD-AYMNQU
Issue Date: 5-May-2016
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