Submitted by Marlene Santos (marlene.bc.ufg@gmail.com) on 2018-08-08T19:44:23Z No. of bitstreams: 2 Tese - Nícholas Zufelato - 2017.pdf: 11515357 bytes, checksum: 7bb562f8d99c81648650d6ed80ce19bb (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2018-08-09T11:55:07Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Tese - Nícholas Zufelato - 2017.pdf: 11515357 bytes, checksum: 7bb562f8d99c81648650d6ed80ce19bb (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-09T11:55:07Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Tese - Nícholas Zufelato - 2017.pdf: 11515357 bytes, checksum: 7bb562f8d99c81648650d6ed80ce19bb (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2018-02-22 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / In this work, we developed a multifunctional nanocarrier that has diagnostics and therapeutic applications in oncology, and evaluated the magnetothermal efficiency (SLP) properties in a comparative manner with respect to magnetic fluids. The nanocarrier consists of Mn-ferrite magnetic nanoparticles, a near-infrared fluorescent molecule IR-780, that are surface-coated with albumin proteins (BSA). The samples were characterized by dynamic light scattering (DLS), electron microscopy (TEM and MEV-FEG), vibrating sample magnetometer (VSM), fluorescence molecular tomography (FMT). FMT data proved the coupling of IR-780 to the protein allowing the fabrication of a magnetofluorescent nanostructure. Magnetic hyperthermia data as function of field amplitude (60-200 Oe) and frequency (170-990 kHz) were obtained for all samples containing the same magnetic particle volume fraction in the liquid carrier, but with distinct agregate sizes. The sizes were controlled by tuning the ionic force, and monitored experimentally using DLS. Magnetization curves revealed a (quasi-static) superparamagneticlike behavior, and was used to extract the particle concentration. The hyperthermia efficiency SLP of the magnetic fluids decreased increasing the hidrodynamic diameter. On the contrary, the nanocarrier showed a maximum of SLP, that can be optimized for hyperthermia and is more efficient than the ferrofluid. SLP data as function of frequency revealed a relaxation time of the order of 10-7 s and an equilibrium susceptibility lower than the Langevin value. A theoretical analysis of SLP at the linear responde regime was developed taking into account the dipolar interaction of nanoparticles organized in distinct arrangements. In magnetic fluids we considered a linear chain using the longitudinal configuration (anisotropy axis aligned), while for the nanocarriers we considered spherical agregates where the anisotropy axis of the nanoparticles are arranged randomly. The theoretical analysis indicate that the relaxation time cannot be explained by brownian relaxation or the Néel relaxation of single particle (even considering the dipolar effect). But instead, a mechanism of collective relaxation, mediated by dipolar interaction, is responsible for heat generation. It also indicates that only a fraction of agregates in the colloid is responsible for heating. In addition, the theoretical model revealed the existence of a transition from single particle relaxation to collective relaxation only if the dipolar interaction for the aggregate is higher than a critical value, which depends on material parameters, as for instance anisotropy field and saturation magnetization. Indeed, the model indicates that collective states are more easily achieved on soft magnets, and therefore suggests enhanced magnetothermal properties for this kind of materials. / Neste trabalho desenvolvemos um nanocarreador multifuncional, que possui aplicações diagnósticas e terapêuticas para tratamento oncológico, e avaliamos sua eficiência magnetotérmica (SLP) de forma comparativa com fluidos magnéticos. O nanocompósito contém nanopartículas magnéticas à base de ferrita de manganês, molécula fluorescente na faixa do infravermelho próximo IR-780, sendo recobertas por proteínas de albumina (BSA). As amostras foram caracterizadas por diversas técnicas experimentais, entre elas: espalhamento dinâmico de luz (DLS), microscopia eletrônica (TEM e MEV-FEG), magnetometria de amostra vibrante (VSM), tomografia por fluorescência molecular (FMT). Dados de FMT provaram o acoplamento do IR-780 à proteína e a construção de nanoestrutura magnetofluorescente. Dados de hipertermia magnética em função da amplitude do campo magnético (60-200 Oe) e frequência (170-990 kHz) foram obtidos para diversas amostras contendo a mesma fração de partículas magnéticas, mas tamanho de agregados distintos. O tamanho dos agregados foi controlado variando a força iônica, e monitorados experimentalmente por DLS. Curvas de VSM revelaram comportamento tipo superparamagnético (quasi-estático) e foram usadas para determinar a concentração de partículas. A eficiência magnetotérmica (SLP) revelou, para os fluidos magnéticos, que o SLP diminui aumentando o diâmetro hidrodinâmico. Ao contrário, no nanocarreador, o SLP apresentou um máximo indicando uma hipertermiaotimizada e mais eficiente que o fluido magnético. Os dados de SLP em função da frequência revelaram um tempo de relaxação da ordem de 10-7 s e susceptibilidade de equilíbrio menor que a de Langevin. Aavaliação teórica do SLP foi feita no regime da teoria de resposta linear e baseou-se no cálculo do efeito dipolar de nanopartículas organizadas de forma distinta. No caso do fluido magnético cadeias lineares na configuração longitudinal, enquanto os nanocarreadores consistiram de agregados esféricos com eixos de anisotropia organizados de forma randômica. A análise teórica indicou que o tempo de relaxação não pode ser explicado pela relaxação browniana, tão pouco por uma relaxação de Néel de partícula simples (mesmo considerando efeito dipolar). De fato, demonstramos teoricamente que o mecanismo de relaxação coletivo, mediado pela interação dipolar, é responsável pela geração de calor. A análise indica ainda que somente uma fração de partículas dos colóides, formando agregados específicos, é responsável pelo aquecimento.O modelo teórico revelou que existe uma transição entre o regime de relaxação de partícula isolada (mesmo interagente) para o regime coletivo apenas se a interação dipolar da configuração do agregado magnético for maior que um valor crítico, o qual depende de parâmetros como campo de anisotropia e magnetização de saturação das nanopartículas. Tal teoria indica que a transição ocorre mais facilmente para amostras magnéticas macias, sugerindo maior potencial magnetotérmico para estes materiais.

Submitted by Cássia Santos (cassia.bcufg@gmail.com) on 2017-03-03T10:47:21Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Ailton Antônio de Sousa Júnior - 2015.pdf: 8825071 bytes, checksum: 2c6c25961d11096534c7e36baa42c260 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-03-03T11:52:36Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Ailton Antônio de Sousa Júnior - 2015.pdf: 8825071 bytes, checksum: 2c6c25961d11096534c7e36baa42c260 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-03T11:52:36Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Ailton Antônio de Sousa Júnior - 2015.pdf: 8825071 bytes, checksum: 2c6c25961d11096534c7e36baa42c260 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2015-12-14 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Goiás - FAPEG / The purpose of this project is to synthesize and characterize heterostructures composed by manganese ferrite nanoparticles (MnFe2O4 NPs) and gold nanoparticles (Au NPs) able to: 1) respond to external alternating magnetic fields, what would enable their use in cancer diagnostic as contrast agentes for magnetic resonance imaging, as well as in cancer treatment via magnetic hyperthermia; 2) respond to eletromagnetic radiation, what would enable their use in cancer diagnostic as contrast agents for X-ray computed tomography (CT), as well as in cancer treatment via photothermal hyperthermia. We evaluate four MnFe2O4-Au heterostructures synthesis protocols. On Protocol 1, we use part of the energy of a laser beam (808 nm, 800 mW) to promote the nucleation of Au NPs at the surface of previously synthesized MnFe2O4 NPs covered by DMSA (dimercaptosuccinic acid). On Protocol 2, we use part of the energy of an alternating magnetic field (333,8 kHz, 17 mT) to promote this nucleation. We also perform an analysis of the influence of MnFe2O4 NPs covering layer, by comparing the ionic surfactants DMSA and sodium citrate. On Protocols 3 and 4, both the magnetic cores (MnFe2O4 NPs) and the metalic cores (Au NPs) are previously synthesized. Therefore, three Au NPs synthesis methods are evaluated. On Protocol 3, we promote the coupling between Au NPs and MnFe2O4-DMSA NPs using part of the energy from the same laser beam used on Protocol 1. On Protocol 4, we promote the coupling between cysteine-covered Au NPs and lysine-covered MnFe2O4 NPs via peptidic reaction between these two aminoacids. Finally, we conduct a comparative analysis between magnetic and photothermal hyperthermia, proposing a method for the determination of the optical SLP (Specific Loss Power). Moreover, we submit some of our samples to CT imaging. Protocol 1 is the best one in terms of covering the magnetic core by Au NPs. Protocol 2 allows the nucleation of Au NPs with diameters greater than the ones obtained via Protocol 1. Protocols 3 and 4 offer nanostructures with better potential with respect to their use as contrast agents in CT. However, the final yield of all four protocols is very low. Comparing magnetic and photothermal hyperthermia, we verify that the optical SLP is two to three orders of magnitude greater than the magnetic SLP under the assessed conditions, what suggests that protocols using laser beams have more energy available for the nucleation/coupling of Au NPs at the surface of MnFe2O4 NPs than those using alternating magnetic fields or simple heating on hot plate. / Este trabalho tem por objetivo sintetizar e caracterizar heteroestruturas compostas por nanopartículas de ferrita de manganês (NPs de MnFe2O4) e nanopartículas de ouro (NPs de Au), capazes de: 1) responder à aplicação de um campo magnético alternado, podendo ser utilizadas no diagnóstico de cânceres enquanto agentes de contraste no imagiamento por ressonância magnética, bem como em seu tratamento via hipertermia magnética; 2) responder à aplicação de radiação eletromagnética, podendo ser utilizadas no diagnóstico de cânceres como agentes de contraste no imagiamento por tomografia computadorizada de raios-X (CT), bem como em seu tratamento via hipertermia fototérmica. Nesse sentido, avaliamos quatro protocolos de síntese de heteroestruturas MnFe2O4-Au. No Protocolo 1, utilizamos parte da energia de um feixe de luz laser (808 nm, 800 mW) para promover a nucleação de NPs de Au à superfície de NPs de MnFe2O4 previamente sintetizadas, recobertas por DMSA (ácido dimercaptosuccínico). No Protocolo 2, utilizamos parte da energia de um campo magnético alternado (333,8 kHz, 17 mT) para promover essa nucleação. Fazemos também uma análise da influência da camada de cobertura das NPs de MnFe2O4, comparando os surfactantes iônicos DMSA e citrato de sódio.Nos Protocolos 3 e 4, tanto os núcleos magnéticos (NPs de MnFe2O4) quanto os núcleos metálicos (NPs de Au) são previamente sintetizados. Para tanto, três métodos de síntese de NPs de Au são avaliados. No Protocolo 3, promovemos o acoplamento de NPs de Au a NPs de MnFe2O4-DMSA utilizando parte da energia proveniente do mesmo feixe de luz laser utilizado no Protocolo 1. No Protocolo 4, promovemos o acoplamento de NPs de Au recobertas por moléculas cisteína a NPs de MnFe2O4 recobertas por moléculas de lisina via reações peptídicas entre esses dois aminoácidos. Finalmente, fazemos um estudo comparativo entre hipertermia magnética e hipertermia fototérmica, sugerindo um método para determinação do SLP (Specific Loss Power) óptico. Além disso, submetemos algumas de nossas amostras ao imagiamento por CT. O Protocolo 1 é o melhor do ponto de vista do recobrimento do núcleo magnético por NPs de Au. O Protocolo 2 permite a nucleação de NPs de Au com diâmetros superiores àqueles obtidos via Protocolo 1. Os Protocolos 3 e 4 oferecem nanoestruturas com melhor potencial quanto à sua utilização como agentes de contraste em CT. Entretanto, o rendimento de todos os protocolos avaliados é muito baixo. Na comparação entre hipertermia magnética e fototérmica, verificamos que o SLP óptico é de duas a três ordens de grandeza superior ao SLP magnético nas condições avaliadas, o que indica que protocolos que fazem uso de luz laser dispõem de mais energia para a nucleação/acoplamento de NPs de Au à superfície de NPs de MnFe2O4 do que aqueles que fazem uso de campos magnéticos alternados ou simples aquecimento em chapa térmica.