Síntese verde, funcionalização e caracterização de nanopartículas de magnetita para aplicação em hipertermia magnética

Abstract

As nanopartículas de ferrita de espinélio são uma classe de óxidos metálicos que possuem propriedades magnéticas e eletrônicas notáveis, tornando-se potenciais candidatos para diversas aplicações em áreas como eletrônica, biomedicina e meio ambiente. A obtenção de nanopartículas de magnetita envolve métodos de síntese complexos, frequentemente utilizando atmosfera inerte, ajuste de pH por meio de aditivos e equipamentos sofisticados, para evitar a oxidação e produzir amostras de alta qualidade. Neste contexto, propõe-se uma nova abordagem ecologicamente correta para obtenção de nanopartículas superparamagnéticas de magnetita, utilizando uma síntese sol-gel citrato-nitrato, seguida por um processo de tratamento térmico. Nitrato de ferro e ácido cítrico foram adicionados em diferentes razões de equivalência (χ) (citrato/nitrato = 0,30, 0,85 e 1,40). O comportamento térmico dos xerogéis foi avaliado por meio de técnicas de análise térmica e os resultados indicaram que a diminuição da razão de equivalência diminuiu a temperatura necessária para a formação da magnetita e as diferentes taxas de liberação de gases redutores influenciaram as propriedades do material final formado. Portanto, o valor de χ igual a 0,30 foi escolhido como a condição ideal para a formação da magnetita. Para a síntese com essa condição, foram utilizadas temperaturas de tratamento térmico de 130, 150 e 170°C por 2, 4 e 8 horas. Cada condição foi caracterizada em termos de estrutura e propriedades magnéticas do produto. Os resultados mostraram que as nanopartículas de óxido de ferro preparadas estavam na fase de magnetita (Fe3O4) e possuíam um tamanho de cristalito de 4,5–6,0 nm e tamanho médio de partícula <10 nm. As nanopartículas de magnetita apresentaram comportamento superparamagnético, com uma magnetização de saturação de até 26,24 emu/g e magnetização remanescente de quase zero. Para melhorar a estabilidade e a viabilidade celular das nanopartículas sem reduzir o magnetismo, foram testados diferentes materiais de recobrimento. Os materiais utilizados para o recobrimento foram: citrato de sódio, ácido cítrico, polietilenoglicol 400 (PEG 400), polisorbato 80 (tween 80), ácido oleico, alginato de sódio e quitosana. Cada recobrimento foi testado quanto à estabilidade coloidal em potencial zeta, propriedades magnéticas e análise da citotoxicidade. Usando testes de Alamar-Blue e Live-Dead. Os resultados mostraram que a melhor combinação de funcionalização, propriedades magnéticas, citotoxicidade e biocompatibilidade foi alcançada ao recobrir as nanopartículas com citrato de sódio, enquanto os outros tipos de recobrimentos resultaram em aglomerados maiores que 200 nm e uma piora nas propriedades magnéticas, levando à perda do comportamento superparamagnético. Os resultados da hipertermia demonstraram que as nanopartículas sem recobrimento apresentaram uma variação térmica de 3,3 ± 0,6 °C a 4,0 ± 0,7 °C, com concentrações variando de 15 a 60 mg/mL. Em contraste, as nanopartículas de Fe3O4@Citrato exibiram uma variação térmica máxima de 7,3 ± 0,4 °C, sugerindo que é possível alcançar os valores de temperatura ideais para a hipertermia seletiva (43-44 °C), quando extrapolados para as temperaturas fisiológicas. Os resultados mostram que as nanopartículas recobertas com citrato possuem potencial e aplicabilidade adequados para tratamento de câncer via hipertermia magnética.