INCDTIM

SISTEME NANOSTRUCTURATE BIOCOMPATIBILE PE BAZA DE NANOPARTICULE MAGNETICE SI POLIMERI CU RASPUNS LA STIMULI EXTERNI

Contract nr:

71-068 / 2007

Contact:

Dr. Rodica Turcu

rodicat14@yahoo.com

Rezultate

Etapa I       Etapa II       Etapa III       Etapa IV

Etapa II

Activitatile de cercetare din cadrul acestei etape se incadreaza in obiectivul general O2 al proiectului: Determinarea proprietatilor fizico-chimice ale sistemelor nanostructurate pe baza de nanoparticule magnetice si polimeri sau bloc copolimeri biocompatibili cu raspuns la stimuli externi.

Obiectivele specifice etapei nr. II:

-  Prepararea unor seturi de probe preliminare de hidrogeluri magnetice:

·         Set de probe hidrogeluri magnetice Fe₃O₄ – Poli (vinil alcool)

·         Set de probe hidrogeluri magnetice Fe₃O₄ – Poli (N-izopropil acril amida)

-  Determinarea particularitatilor structurii moleculare a matricii polimerice; Spectre FTIR;

-  Determinarea morfologiei hidrogelurilor magnetice, a dimensiunii si distributiei nanoparticulelor magnetice in matricea polimerica prin tehnici de microscopie SEM, TEM, EDX;

-  Comportarea magnetizarii in functie de campul magnetic aplicat si temperatura;

-  Susceptibilitate magnetica in camp magnetic alternativ; Studiul interactiilor magnetice prin spectroscopie Mossbauer.

In cadrul acestei etape au fost realizate urmatoarele:

·                 S-au obtinut ferofluide magnetice biocompatibile pe baza de nanoparticule de magnetita stabilizate cu acizi carboxilici saturati C12 si C14, acidul lauric (LA) si acidul miristic (MA). Prin asocierea lor in dublu strat pe suprafata NPM, vom avea gruparea carboxil a stratului al doilea orientat spre exterior care este favorabila legarii in continuare a unor grupari bioactive. Dimensiunea magnetica medie variaza de la 5.9 nm la 7.4 nm, adica cu cca 30%, in functie de natura surfactantului, respectiv a procedeului de filtrare aplicat.

·                 S-au preparat hidrogeluri magnetice pe baza de PVA sau NIPA prin inglobarea suspensiei coloidale de nanoparticule magnetice stabilizate sub forma de ferofluid, in reteaua polimerului termo sau pH senzitiv. Procesul de inglobare s-a  realizat prin doua metode diferite:

a)       ferofluidul a fost amestecat cu solutia apoasa de polimer; nanoparticulele magnetice se ataseaza de lanturile polimerice, dupa care are loc reactia de reticulare in prezenta agentului de reticulare.

b)       ferofluidul este amestecat cu solutia de monomer a polimerului responsiv, reactia de polimerizare fiind initiata de un asa numit initiator de reactie; are loc reactia de polimerizare in cursul careia nanoparticulele magnetice se ataseaza de lanturile polimerice, urmata de o reactie de reticulare, realizata de un component suplimentar, denumit generic agent de reticulare.

·                     S-au investigat efectele parametrilor de sinteza (concentratia agentului de reticulare, concentratia de nanoparticule magnetice) asupra caracteristicilor morfologice, structurale, magnetice precum si asupra proprietatilor responsive ale ferogelurilor la stimuli externi (pH, temperatura), utilizand tehnici de microscopie TEM,SEM, EDX, spectroscopie FTIR, masuratori de magnetizare si spectroscopie Mossbauer.

·                     S-a observat ca la ferogelurile pe baza de pNIPA, care au mai multe grupari hodrofile in structura moleculara, gradul de crestere a volumului este mai mare decat la ferogelurile PVA. Analiza comparativa a gradului de crestere a volumului sub actiunea unor stimuli externi (pH, temperatura) sugereaza ca hidrogelul de PVA are o structura mult mai compacta decat hidrogelul de pNIPA, din cauza reticularii puternice realizata de agentul de reticulare glutar aldehida folosit la prepararea hidrogelului.

·                     S-a observat ca hidrogelul prezinta o structura relativ mai ordonata a lanturilor odata cu cresterea cantitatii de agent de reticulare. Harta distributiei fierului in matricea polimerica obtinuta prin tehnica EDX indica o distributie aproape uniforma a nanoparticulelor magnetice in ferogeluri. Dimensiunea medie a nanoparticulelor de magnetita inglobate in ferogeluri a fost estimata din imaginile TEM ca fiind cuprinsa intre 6 – 10 nm, in concordanta cu dimensiunea medie determinata din analiza magnetogranulometrica pentru ferofluid.

·                     Comportamentul superparamagnetic, caracterizat prin absenta histerezisului in curba de variatie a magnetizarii cu campul magnetic aplicat a fost observat pentru toate probele de ferogeluri PVA si NIPA investigate. Cu cresterea concentratiei de nanoparticule magnetice utilizate in amestecul de preparare a ferogelului, s-a obtinut o crestere aproape liniara a magnetizarii de saturatie, M_S a ferogelurilor, ceea ce demonstreaza incapsularea eficienta a nanoparticulelor in gelul polimeric.

·                     Spectroscopia Mossbauer a furnizat informatii asupra compozitiei de faza magnetica si gradului de dispersie al nanoparticulelor in polimer, dar si asupra interactiilor de natura magnetica, prin intermediul evolutiei fenomenelor de relaxare magnetica. Fenomenele de relaxare magnetica au fost urmarite prin dependenta campului magnetic hiperfin cu temperatura. Masuratorile Mossbauer la temperaturi scazute evidentiaza in special prezenta magnetitei, dar nu exclud existenta unor faze magnetice dezordonate/defecte, sau pe ansamblu, a unui gradient de faze oxidice spinelice variind la magnetita spre maghemita (un astfel de gradient este aproape intotdeauna intalnit in nanoparticule cu dimensiuni sub 10 nm).  Rezultatele Mossbauer au aratat un grad de dispersie bun in cazul dispersarii nanoparticulelor in PVA, respectiv NIPA.

·                     Proprietatile structurale si magnetice ale ferogelurilor pe baza de PVA si NIPA pot fi modificate controlat prin variatia parametrilor de sinteza (ex. gradul de reticulare, concentratia de nanoparticule magnetice) in scopul imbunatatirii raspunsului acestor materiale inteligente la stimuli externi (ex. pH, temperatura, camp magnetic).