|
|
SISTEME NANOSTRUCTURATE BIOCOMPATIBILE PE BAZA DE NANOPARTICULE MAGNETICE SI POLIMERI CU RASPUNS LA STIMULI EXTERNI
|
|
Contract nr: 71-068 / 2007
Contact: Dr. Rodica Turcu
|
Rezultate
Etapa I Etapa II Etapa III Etapa IV
Etapa 3
I. Sinteza materialelor inteligente cu structura core-shell pe baza de nanoparticule magnetice si polimeri biocompatibili In aceasta etapa pentru atingerea scopului dorit al proiectului s-a sintetizat in prima faza magnetita. Apoi fara a separa nanoparticulele magnetice din solutia apoasa in care a avut loc sinteza magnetitei, s-a realizat reactia de absorptie pe suprafata magnetitei a urmatorilor compusi: acid glicolic, serina, acid 2-bromopropionic si acid acrilic. In acest fel s-au obtinut nanoparticule magnetice stabilizate care au pe suprafata lor grefate diferite grupari functionale (hidroxil, legatura dubla sau atom de brom secundar), aceste grupari putand initia direct pe suprafata nanoparticulei magnetice reactia de polimerizare a diferitilor monomeri (caprolactona-CL, acid lactic-LA, hidroxietil metacrilat-HEMA respectiv N-izopropilacrilamida-NIPA). Astfel s-a realizat sinteza de nanoparticule magnetice core-shell pe baza de policaprolactona (PCL) respectiv acid polilactic (PLA) efectuand polimerizarea in prezenta nanoparticulelor magnetice avand pe suprafata lor grupari hidroxil, gruparea hidroxil fiind initiatoarea reactiei de polimerizare a lactonelor. Tot in cadrul acestei etape s-au preparat nanoparticule magnetice core-shell pe baza de poli(hidroxietil metacrilat) (PHEMA), polimerizarea HEMA avand loc in prezenta nanoparticulelor stabilizate cu acid 2-bromopropionic, in acest mod reactia de polimerizare a fost initiata pe suprafata nanoparticulelor magnetice de catre atomul de brom secundar. O alta categorie de nanoparticule magnetice core-shell au fost obtinute pe baza de poli(N-izopropilacrilamida) (PNIPA), acestea fiind preparate prin reactia de polimerizare a NIPA in prezenta nanoparticulelor magnetice care au grefate pe suprafata legatura dubla, acestea fiind nanoparticulele magnetice stabilizate initial cu acid acrilic. O aplicatie inovativa a sintezei de polimeri in cadrul acestei etape a fost realizarea pentru prima a polimerizarii caprolactonei in camp de microunde in prezenta de nanoparticule magnetice si catalizator si in absenta solventului. Aplicarea campului de microunde a dus la scaderea drastica a timpului de polimerizare a caprolactonei de la 5 ore la cateva minute iar miezul magnetic nu a fost afectat de campul de microunde.
II. Caracterizarea materialelor inteligente cu structura core-shell pe baza de nanoparticule magnetice si polimeri biocompatibili Cu ajutorul spectroscopiei FTIR s-a confimat formarea nanostructurilor magnetice, prin prezenta in fiecare spectru al probelor analizate a benzii de absorptie specifica magnetitei si benzilor de absorptie specifice polimerilor investigati. Pentru a demonstrara faptul ca PCL este unul din polimeri biodegradabili care raspund la temperatura dar si pentru a observa schimbarea punctului de topire a PCL, am inregistrat spectrul DSC pentru o proba constand din nanoparticule magnetice acoperite cu PCL. Astfel din spectrul DSC al acestei probe s-a putut observa ca temperatura de topire a PCL care inveleste miezul magnetic, in acesta proba este in jurul temperaturii de 480C. Spectrele XRD ale nanoparticulelor magnetice stabilizate cu acid glicolic respectiv serina contin maxime caracteristice structurii spinelice a magnetitei (Fe3O4). Din analiza profilului liniilor de difractie din spectrele XRD a fost determinata dimensiunea medie efectiva a cristalitelor (Deff) microstructurii cristaline a nanoparticulelor Fe3O4 stabilizate: in cazul nanoparticulelor stabilizate cu acid glicolic Deff=9,4 nm, iar in cazul celor stabilizate cu serina Deff=16,3 nm. Din imaginile TEM inregistrate pentru nanoparticulele Fe3O4 functionalizate cu serina respectiv cu acid glicolic se observa ca natura moleculelor folosite pentru functionalizarea in situ a nanoparticulelor magnetice inflenteaza morfologia acestora: in cazul utilizarii serinei nanoparticulele au forme poliedrice, in timp ce in cazul utilizarii acidului glicolic nanoparticulele au forma sferica. Tot din imaginile TEM se observa ca dimensiunea nanoparticulelor functionalizate cu serina si acid glicolic sunt (10-15 nm) aceasta crescand pana la (20-25 nm) prin acoperirea cu polimer. Cu ajutorul specroscopiei XPS s-a analizat compozitia chimica a probelor compozite. Rezultatele XPS demonstreaza, prin absenta satelitilor de la ~715 eV şi 719 eV, specifici oxizilor FeO şi respectiv Fe2O3, prezervarea nanoparticulelor Fe3O4 dupa aplicarea tratamentelor chimice, fara o tranzitie de faza. Rezultatele de Spectroscopie Mossbauer, au evidentiat o compozitie de faza magnetica relativ apropiata in probele stabilizate cu serina, acid glicolic si caprolactona si o compozitie diferita, pentru proba in care s-a folosit ca polimer acidul lactic. Masuratorile de Rezonata magnetica electronica au evidentiat in cazul tuturor probelor analizate cresterea campului de rezonanta si scaderea largimii liniei, la cresterea temperaturii. Comportarea magnetica diferita a probelor reflecta schimbari in gradul de aglomerare al nanoparticulelor. Trebuie subliniat faptul ca largimile de linie sunt mari, fapt care trebuie asociat cu interactii dipolare importante, dar si cu posibilitatea asocierii nanoparticolelor in clusteri. Din datele DLS putem observa ca probele prezinta o variabilitate accentuata a dimensiunilor aglomerarilor. Fiecare proba in parte insa, la masuratori succesive, prezinta dimensiuni relativ constante. Masuratorile magnetice la temperatura camerei demonstreaza comportamentul superparamagnetic al nanoparticulelor magnetice de tip core-shell pe baza de polimer biocompatibil preparate in cadrul acestei etape. |
