Orientador: José Ricardo de Arruda Miranda / Resumo: Nanopartículas magnéticas (NPMs) têm sido alvo de vários estudos por conta de sua versatilidade, que se destaca quando comparadas a outros materiais. NPMs apresentam tamanho reduzido, alta susceptibilidade magnética e devido a possibilidade de alteração química de revestimento, apresentam um alto poder teranóstico. Entretanto, antes de aplicá-los clinicamente é de extrema importância conhecer seus destinos e possibilidades de interação no organismo. A quantificação da biodistribuição de NPMs por meio de suas características intrínsecas ainda se mostra como um desafio. A Biosusceptometria de corrente alternada (BAC) é uma técnica biomagnética que atua detectando a quantidade de materiais magnéticos em ambientes biológicos. Essa técnica, em relação às demais presentes no mercado, apresenta baixo custo e portabilidade. Baseado na problemática em torno da detecção e quantificação de NPMs, nesse estudo foi analisada a biodistribuição e eliminação de NPMs de ferrita de manganês revestidas com citrato e albumina via sistema BAC. Para isso, foram utilizados 100 ratos Wistar, separados em 2 grupos experimentais (NPMs revestidas com albumina e citrato) e 10 subgrupos, variando o tempo de eutanásia dos animais (1, 4, 12, 24 e 48 horas e 5, 10, 15, 30 e 60 dias após a administração). Para análise da biodistribuição, foram coletados 5 órgãos de interesse: fígado, pulmão, baço, rins e coração, além do sangue e, para análise da eliminação, foram coletadas as fezes dos animais. Foi possível ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Magnetic nanoparticles (MNPs) have been widely used in several studies due to their high versatility compared to other materials. MNPs presents small size, high magnetic susceptibility and, due to the possibility of biochemical alteration of its surface, enables a high level of theranostics applications. However, before applying them clinically, it is of paramount importance understand its destinations and possibilities of interaction in the organism. The biodistribution quantification of NPMs through their intrinsic characteristics still is a challenge. Alternating current biosusceptometry (ACB) is a biomagnetic technique that acts detecting a quantity of magnetic materials in biological samples. In comparison with the other techniques, ACB presents low cost and portability. Based on the lack of accessible techniques to study biodistribution and elimination process of MNPs, this work aimed to analyze the biodistribution and determine the elimination of manganese ferrite magnetic nanoparticles coated with citrate and albumin via BAC system. For this work, we used 100 Wistar rats, separated into 2 experimental groups (MNPs coated with albumin and citrate) and 10 subgroups, changing the euthanasia time point (1, 4, 12, 24 and 48 hours and 5, 10, 15, 30 and 60 days after administration). For biodistribution analysis, we collected the blood and 5 organs of interest: liver, lung, spleen, kidneys and heart, and, for elimination analysis, we collected the animal’s feces. It was poss... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Made available in DSpace on 2014-07-29T15:07:08Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-05-26 / In this work we investigated the encapsulation of magnetite nanoparticles into the nanopores of anodic alumina membranes using atomic force microscopy (AFM), vibrating sample magnetometer (VSM) and electron magnetic resonance (EMR). Three biocompatible magnetic fluids, with different nanoparticle diameters, stably dispersed in water at physiological conditions, were used. The nanoparticles were obtained through the coprecipitation method and characterized by X-ray diffraction, from which we obtained the nanoparticle size and confirmed the crystal structure. The Scherrer´s relation revealed a nanoparticle diameter of 10.1nm, 12.3nm and 13.8nm. The alumina membrane were prepared through anodization process. The nanopores were arranged on a hexagonal lattice with an alumina thickness of 4 μm, a distance between pores (center to center) of 105 nm, and samples containing nanopores with diameter of 35 nm or 80 nm. The method of encapsulation of nanoparticles consisted of depositing a drop of magnetic fluid into the surface of alumina. The fluid enters the nanopores through capillarity carrying the nanoparticles into it. AFM images prove that we had success in encapsulating nanoparticles only for the alumina samples with nanopores with a size of 80 nm. Magnetization data of the alumina sample containing nanoparticles with a diameter of 13.8nm encapsulated into nanopores of 80 nm, revealed an increase, with respect to the first procedure of encapsulation, of 48 % of the nanoparticles internalized into the nanopore after the second process of encapsulation. Further, different from all the samples investigated, EMR data for the alumina containing nanopores of 80 nm and nanoparticles of 13.8 nm, after the first procedure of encapsulation, had shown perpendicular magnetization with respect to the alumina surface. The EMR spetra were curve fitted using two Gaussian lines, one representing the nanoparticles with magnetization parallel to the surface and the other perpendicular. AFM images suggest, in our sample, that residues on the alumina surface are responsible for the parallel component. The magnetic resonance field data, for the perpendicular contribution, were analyzed taking into account in the energy density terms with uniaxial and cubic symmetry. The uniaxial energy contribution had a term due to magnetic dipolar interaction, between nanoparticles forming a linear chain, a magnetostatic term, due to the nanostructures self-organization, and also a magnetoelastic contribution, which came from the stress generated by the packing of nanoparticles, whose origin were related to the dipolar interaction between nanoparticles forming the linear chain. Indeed, the theoretical analysis allowed us to conclude that the mean size of the chain could vary from 4 to 9.5 nanoparticles. Finally, after heating the alumina, at 300°C for one hour, which contained nanoparticles with a size of 10.1 nm, and dissolving it in NaOH aqueous solution, AFM data were obtained. The AFM images confirmed the existence of nanowires. The diameter distribution, obtained from the AFM images, were curve fitted with a lognormal distribution revealing a modal diameter for the nanowires of 25,8 0, ± 4nm and diameter dispersity of 0,30 ± 0,02nm . / Neste trabalho investigamos o encapsulamento de nanopartículas de magnetita (Fe3O4) em nanoporos de alumina anódica utilizando as técnicas de Microscopia de Força Atômica (AFM), Magnetometria de Amostra Vibrante (VSM) e Ressonância Magnética Eletrônica (RME). Utilizamos três fluidos magnéticos com nanopartículas de diâmetros diferentes dispersas em solução fisiológica. As nanopartículas foram sintetizadas pelo método da coprecipitação e foram caracterizadas por difração de raios-x, de onde confirmamos sua estrutura cristalina e obtivemos o diâmetro. A relação de Scherrer forneceu os seguintes diâmetros: DRX=10,1nm, DRX=12,3nm e DRX=13,8nm. As membranas de alumina foram preparadas pelo método da anodização de um filme de alumínio puro, gerando nanoporos em um arranjo hexagonal, sendo a espessura da alumina de 4μm com distância entre poros centro a centro de 105nm e amostras contendo diâmetros de nanoporos de 35nm ou 80nm. O método de encapsulamento das nanopartículas consistiu em depositar uma gota do fluido magnético sobre a alumina, que penetra nos nanoporos por capilaridade, carreando as nanopartículas. Imagens de AFM mostraram que obtivemos sucesso no encapsulamento das nanopartículas em alumina somente nas amostras com nanoporos de 80nm. Uma comparação entre as curvas de magnetização da amostra com nanopartículas de DRX=13,8nm em nanoporos de 80nm, encapsuladas uma vez e duas vezes, mostrou um acréscimo de 48% no número de nanopartículas encapsuladas do primeiro para o segundo processo de encapsulamento. Além disso, diferentemente de todas as outras amostras estudadas, os dados de RME para alumina com nanoporos de 80 nm e nanopartículas com diâmetro de 13,8 nm, após o primeiro processo de encapsulamento, apresentaram magnetização perpendicular ao plano da membrana de alumina. O espectro de RME foi ajustado por duas gaussianas, uma representando uma componente com magnetização paralela e outra perpendicular. Imagens de AFM sugerem, na nossa amostra, que resíduos na superfície são responsáveis pela componente paralela. A análise dos dados do campo de ressonância para a componente perpendicular foram ajustados considerando termos de simetria uniaxial e cúbica para a densidade de energia. Na contribução uniaxial foi explicitado o termo devido à interação dipolar magnética, entre nanopartículas formando uma cadeia linear, o termo magnetostático, devido à autoorganização das nanoestruturas, e um magnetoelástico, proveniente do stress gerado pelo empacotamento das nanopartículas, cuja origem foi atribuída à interação dipolar entre as nanoestruturas formando a cadeia. A análise teórica permitiu, ainda, concluir que o tamanho médio das cadeias lineares formadas no interior dos nanoporos corresponde a 6,0 nanopartículas, podendo variar entre 4 e 11. Essas cadeias podem existir não somente em nanoporos diferentes, mas também no interior de um mesmo nanoporo. Por fim, após aquecermos a membrana de alumina, a 300°C por 1 hora, que continha nanopartículas com DRX=10,1nm e a dissolvermos em uma solução aquosa de NaOH, obtivemos imagens de AFM dos nanofios. Uma distribuição de tamanho construída a partir das imagens e ajustada por uma lognormal nos forneceu um diâmetro modal para os nanofios de 25,8 0, ± 4nm e uma dispersidade de 0,30 ± 0,02nm.

Um dos radionuclídeos que se destaca mundialmente é o molibdênio-99. O 99Mo é o gerador do radioisótopo mais amplamente usado para a preparação de radiofármacos para fins de diagnóstico em medicina nuclear, o tecnécio-99m. Neste estudo, as nanopartículas de magnetita foram sintetizadas por precipitação de íons Fe2+ em meio alcalino e tratadas por irradiação de microondas e foram aplicadas na separação do 99Mo por adsorção. O material foi caracterizado por FTIR, MEV, DRX, DSC, TGA e EDS. Os estudos de adsorção foram realizados utilizando a técnica em batelada e em colunas de leito fixo. Verificou-se a influência das espécies de Al e os radioisótopos Te, I e Ru na adsorção de 99Mo. Os efeitos do pH, tempo de contato, temperatura, concentração e dose do adsorvente foram investigados. Modelos de isotermas de adsorção Langmuir e Freundlich foram usados para obter informações sobre o processo de adsorção e os modelos cinéticos de pseudo-primeira ordem, pseudo-segunda ordem e difusão intrapartículas foram estudados para avaliar a cinética de adsorção. Soluções de dessorventes para a recuperação do 99Mo foram investigadas. A nova via de síntese de nanomagnetita proposta mostrou-se simples e rápida, fazendo uso de um único reagente. As nanopartículas de magnetita apresentaram forma esférica de aproximadamente de 20 nm e polidispersão heterogênea. As caracterizações por DRX, DSC e TGA confirmaram a predominância da fase magnetita nas amostras. A adsorção de 99Mo nas nanopartículas de magnetita foi próxima de 100% no intervalo de pH entre 1 e 11, durante 30 min de tempo de contato e 15 mg de dose do adsorvente. O modelo de isoterma de adsorção de Langmuir apresentou melhor acordo para a remoção 99Mo pelas nanopartículas de magnetita, e a cinética de adsorção foi melhor descrita pelo modelo de pseudo-segunda ordem. A caracterização por EDS indicou ausência de contaminação. A recuperação do 99Mo da nanomagnetita com solução de NaOH foi superior a 95% e os elementos Ru, Te, Al e I não interferiram na propriedade adsortiva da nanomagnetita. Estes resultados mostraram que nanopartículas de magnetita são bons adsorventes para o Mo e, por conseguinte, tem grande potencial para aplicação no processo de separação e purificação do 99Mo de fissão. / One of radionuclides that stand out globally is the Molybdenum-99. The 99Mo is the radionuclide generator most widely used radioisotope for the preparation of radiopharmaceuticals for diagnostic purposes in nuclear medicine, Technetium-99m. In this study, magnetite nanoparticles were synthesized by precipitation of Fe2+ ions in an alkaline medium and treated by microwave irradiation and were studied for 99Mo adsorption and recovery The synthesized material was characterized by FTIR, SEM, XRD, DSC, TGA and EDS. Adsorption studies were carried out using the batch technique and fixed bed columns. The influence of the Al and the radioisotopes of Te, I and Ru species on 99Mo adsorption of was verified. Effects of pH, contact time, temperature, concentration and adsorbent dosage were investigated. Adsorption isotherm models of Langmuir and Freundlich were used to obtain information on the adsorption process and the kinetic models of pseudo first-order, pseudo-second order and intraparticle diffusion were studied to evaluate the adsorption. Desorbent solutions for 99Mo recovery were investigated. The new route for nanomagnetite synthesis was found to be simple and fast using of just one reagent. The magnetite nanoparticles showed spherical shape with about 20 nm in diameter and heterogeneous polydispersion. The characterizations by XRD, DSC and TGA confirmed the predominance of magnetite phase. The adsorption of 99Mo was close to 100% by the magnetite nanoparticles in the pH range from 1 to 11 for 30 min of contact time and 15 mg of adsorbent dosage. Langmuir adsorption isotherm model showed better agreement for the 99Mo adsorption by nanomagnetite nanoparticles, and the adsorption kinetics was better described by the pseudo second order model. The nanoparticle characterization by EDS indicated no contamination. The recovery of 99Mo with NaOH 2 mol L-1 from the magnetite nanoparticles was higher than 95% and the elements Ru, Te, Al and I did not interfere in the adsorption property of magnetite nanoparticles. These results showed that magnetite nanoparticles were good adsorbent for 99Mo and therefore have great potential for application in the process of separation and purification of fission 99Mo.

Essa tese teve por objetivo desenvolver nanopartículas conjugadas, magnetofluorescentes, de alta performance, com base na associação de semicondutores nanocristalinos do tipo II-VI, do inglês quantum dots, com nanopartículas de óxido de ferro não-estequiométricas, em regime superparamagnético, para aplicações em ensaios não destrutivos. Foram testadas três tipos de nanopartículas de óxido de ferro para atuarem como potenciais plataformas magnéticas de ancoramento. Esses materiais foram caracterizados por diversas técnicas e, dentre elas, uma nova metodologia de pesagem externa desenvolvida para a avaliação da magnetização de saturação e para o estudo de processos magnetoforéticos. Os semicondutores nanocristalinos do tipo II-VI foram sintetizados, em meio aquoso, por uma nova metodologia, com controle cinético em tempo real que se mostrou ser uma ferramenta poderosa na investigação dos processos sintéticos. Os conjugados magnetofluorescentes foram desenvolvidos a partir da combinação adequada entre as nanopartículas de óxido de ferro e os quantum dots, utilizando brometo de hexadeciltrimetilamônio, CTAB, como espaçador químico. O material assim obtido foi caracterizado por microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução, por espectrofluorometria, por espectroscopia eletrônica e por medidas de magnetização de amostra vibrante. Suas características ópticas e magnéticas foram exploradas com sucesso em testes iniciais de corpos de prova, na identificação de fendas estruturais por meio de ensaios magneto-luminescentes de caráter não destrutivos. / This Ph.D dissertation focused on the development of high performance magneto-fluorescent-conjugated nanoparticles, combining tunable II-VI quantum dots and surface modified-non-stoichiometric iron oxide nanoparticles, aiming application in non-destructive assays. Three types of iron oxide nanoparticles were synthesized as magnetic anchoring platforms. These materials were characterized by means of several techniques, and a new methodology of external weighting with analytical balances was developed to evaluate the saturation magnetization of the samples and to investigate the magnetophoretic process. The water-soluble quantum dots were obtained by means of kinetically controlled synthesis, which were monitored in real-time, providing a powerful technique in the investigation of synthetic pathways. The magneto-fluorescentconjugated nanoparticles were assembled by the appropriate combination of the constituents with surfactant species, acting as spacers in order to minimize the Förster Resonance Energy Transfer mechanisms (FRET). Such new probes were characterized by high resolution transmission electron microscopy, fluorescence and electronic spectroscopy, and by vibrating sample magnetometer, and were successfully tested in the in non-destructive assays for the detection of fractures in metallic structures.

A imobilização de fotossensibilizadores (FS) em materiais nanométricos tem se mostrado uma excelente alternativa ao seu emprego na forma molecular para terapia fotodinâmica (PDT). O presente trabalho descreve uma série de estratégias sintéticas desenvolvidas para a imobilização de FS em nanoesferas de sílica contendo núcleos magnéticos, bem como o estudo das propriedades foto-químicas, foto-físicas e morfológicas dos nanomateriais obtidos. Os FS utilizados foram o azul de metileno, tionina, azure A, protoporfirina IX, hematoporfirina IX e clorofilina. As metodologias de imobilização empregadas envolveram a adição do FS durante o crescimento da camada de sílica ou a ligação do FS na superfície do nanomaterial já formado. Em alguns casos foi necessário modificar previamente o FS com organossilanos. Os núcleos magnéticos foram preparados por co-precipitação de sais de ferro(II) e ferro(III) em meio básico e o revestimento com sílica foi realizado utilizando-se tetraetilortossilicato em uma microemulsão. Os núcleos magnéticos revestidos com uma camada de sílica mantiveram o comportamento superparamagnético. Para a tionina e o azul de metileno não foi detectada geração de oxigênio singlete após a imobilização. Para o azure A, protoporfirina IX e clorofilina imobilizados, a geração de oxigênio singlete foi detectada e caracterizada por métodos químicos e físicos. O material contendo clorofilina mostrou-se bastante promissor e foi empregado em estudos preliminares com células HeLa, levando à morte celular após irradiação, o que comprova o potencial para PDT. O comportamento do fotossensibilizador imobilizado e a possível proteção extra fornecida pela camada de sílica foram estudados pela supressão de fluorescência com íons brometo e supressão da geração de oxigênio singlete com albumina de soro bovino. Hematoporfirina IX é mais afetada na forma livre do que imobilizada em nanoesferas de sílica, o que indica que o FS imobilizado é capaz de gerar oxigênio singlete e está mais protegido de interferentes. / The immobilization of photosensitizers (PS) in nanometric materials is an excellent alternative to their use in molecular forms for photodynamic therapy (PDT). The present work describes a series of synthetic strategies for the immobilization of PS on silica nanospheres containing magnetic nucleous, as well as the studies of the photochemical, photophysical and morphological properties of the obtained materials. The studied PS were methylene blue, thionin, azure A, protoporphyrin IX, hematoporphyrin IX and chlorophyllin. The immobilization methodologies involve the addition of PS during the growth of the silica shell or the attachment of PS to the material surface. Often, a previous modification of the PS with organosilanes was necessary. The magnetic cores were prepared by co-precipitation of iron(II) and iron(III) salts in basic media and the coating with silica was performed by a microemulsion using TEOS. After coating with silica, the magnetic nanomaterial maintained the superparamagnetic behavior. The generation of singlet oxygen by thionin and methylene blue was not detect after immobilization. The generation of singlet oxygen by immobilized azure A, protoporphyrin IX and chlorophyllin was detected and characterized by chemical and physical methods. The material containing chlorophyllin is promising for PDT and was applied in preliminary studies with HeLa cells, causing cell death after irradiation. The behavior of the immobilized PS and the possible extra protection given by the silica shell were investigated by fluorescence quenching with bromide ions and by suppression of singlet oxygen generation with bovine serum albumin. Hematoporphyrin IX was more affected in the free form than immobilized in silica nanospheres, which indicates that the immobilized FS still generates singlet oxygen and is more protected against interfering species

As diversas aplicações tecnológicas de nanopartículas magnéticas (NPM) vêm intensificando o interesse por materiais com propriedades magnéticas diferenciadas, como magnetização de saturação (MS) intensificada e comportamento superparamagnético. Embora MNP metálicas de Fe, Co e bimetálicas de FeCo e FePt possuam altos valores de MS, sua baixa estabilidade química dificulta aplicações em escala nanométrica. Neste trabalho foram sintetizadas NPM de Fe, Co, FeCo e FePt com alta estabilidade química e rigoroso controle morfológico. NPM de óxido metálicos (Fe e Co) também foram obtidas. Dois métodos de síntese foram empregados. Usando método baseado em sistemas nanoheterogêneos (sistemas micelares ou de microemulsão inversa), foram sintetizadas NPM de Fe3O4 e Co metálico. Foram empregados surfactantes cátion-substituídos: dodecil sulfato de ferro(III) (FeDS) e dodecil sulfato de cobalto(II) (CoDS). Para a síntese das NPM, foram estudados e determinados a concentração micelar crítica do FeDS em 1-octanol (cmc = 0,90 mmol L-1) e o diagrama de fases pseudoternário para o sistema n-heptano/CoDS/n-butanol/H2O. NPM esferoidais de magnetita com3,4 nm de diâmetro e comportamento quase-paramagnético foram obtidas usando sistemas micelares de FeDS em 1-octanol. Já as NPM de Co obtidas via microemulsão inversa, apesar da larga distribuição de tamanho e baixa MS, são quimicamente estáveis e superparamagnéticas. O segundo método é baseado na decomposição térmica de complexos metálicos, pelo qual foram preparadas NPM esféricas de FePt e de óxidos metálicos (Fe3O4, FeXO1-X, (Co,Fe)XO1-X e CoFe2O4) com morfologia controlada e estabilidade química. O método não mostrou a mesma efetividade na síntese de NPM de FeAg e FeCo: a liga FeAg não foi obtida enquanto que NPM de FeCo com estabilidade química foram obtidas sem controle morfológico. NPM de Fe e FeCo foram preparadas a partir da redução térmica de NPM de Fe3O4 e CoFe2O4, as quais foram previamente recobertas com sílica. A sílica previne a sinterização inter-partículas, além de proporcionar caráter hidrofílico e biocompatibilidade ao material. As amostras reduzidas apresentaram aumento dos valores de MS (entre 21,3 e 163,9%), o qual é diretamente proporcional às dimensões das NPM. O recobrimento com sílica foi realizado via hidrólise de tetraetilortosilicato (TEOS) em sistema de microemulsão inversa. A espessura da camada de sílica foi controlada variando-se o tempo de reação e as concentrações de TEOS e de NPM, sendo então proposto um mecanismo do processo de recobrimento. Algumas amostras receberam um recobrimento adicional de TiO2 na fase anatase, para o qual foi empregado etilenoglicol como solvente e ligante para formação de glicolato de Ti como precursor. A espessura da camada de TiO2 (2-12 nm) é controlada variando as quantidades relativas entre NPM e o precursor de Ti. Ensaios de hipertermia magnética foram realizados para as amostras recobertas com sílica. Ensaios de hipertermia magnéticas mostram grande aumento da taxa de aquecimento das amostras após a redução térmica, mesmo para dispersões diluídas de NPM (0,6 a 4,5 mg mL-1). Taxas de aquecimento entre 0,3 e 3,0oC min-1 e SAR entre 37,2 e 96,3 W g-1. foram obtidos. A atividade fotocatalítica das amostras recobertas foram próximas à da fase anatase pura, com a vantagem de possuir um núcleo magnético que permite a recuperação do catalisador pela simples aplicação de campos magnéticos externos. Os resultados preliminares dos ensaios de hipertermia magnética e fotocatálise indicam um forte potencial dos materiais aqui relatados para aplicações em biomedicina e em fotocatálise. / The most diverse technological applications of magnetic nanoparticles (MNP) have intensifiedthe interest for materials with different magnetic properties such as enhanced saturationmagnetization (MS) and superparamagnetic behavior. Despite the high MS values of metalparticles of Fe, Co, FeCo and FePt, their low chemical stability hinders most applications at thenanoscale. This thesis reports the synthesis of metallic Fe and Co and bimetallic FeCo and FePtMNP with high chemical stability and strict morphological control. MNP of iron oxide and mixediron-cobalt oxide were also synthesized. Two methods were employed. The first method, basedon nanoheterogeneous systems (micellar or reverse microemulsion systems), was used toprepare magnetite and metallic Co NPM. The method applies cation-substituted surfactants:iron(III) dodecyl sulfate iron (FeDS) and cobalt(II) dodecyl sulfate (CoDS). Before the MNPsyntheses, it were studied e determined the critical micelle concentration of FeDS in 1-octanol(cmc = 0.90 mmol L-1) and the pseudo-ternary phase diagram of n-heptane/CoDS/nbutanol/H2O. Spheroidal MNP of magnetite with 3.4 nm in diameter and quasi-paramagneticbehavior were prepared in octanolic FeDS micellar systems. Despite their broad sizedistribution and low MS, metallic Co MNP were produced in reverse microemulsions withchemical stability and superparamagnetic behavior. The second synthesis method, based onthermal decomposition of metal complexes, was employed to prepare spherical FePt and metaloxides (Fe3O4, FeXO1-X, (Co, Fe)XO1-X and CoFe2O4) MNP. Strict morphological control and highchemical stability were reached. Such method does not show the same effectiveness tosynthesize FeAg and FeCo MNP: the FeAg bimetallic alloy was not obtained while FeCo MNPwith chemical stability and compositional control were prepared with no morphological control.Fe and FeCo MNP were produced by thermal reduction of silica-coated Fe3O4 and CoFe2O4 MPN. The coating, beyond to prevent inter-particle sintering, provides biocompatibility andhydrophilic character. The reduced samples showed a significant increase in MS values(between 21.3 and 163.9%), which is directly proportional to MNP size. The silica coating wasaccomplished by tetraethylorthosilicate (TEOS) hydrolysis in reverse microemulsions. Thethickness of the silica layer is controlled by varying the reaction time and concentration of TEOSand NPM. The observations during coating process allowed to propose its probable mechanism.An additional coating of TiO2 (anatase phase) was performed onto silica layer for somesamples. Anatase coating was achieved by using ethylene glycol as both solvent and ligand toproduce an intermediate complex Ti precursor. The variation of the relative amounts of NPMand the Ti precursor allows to control the thickness of the anatase layer between 2 and 12 nm. Assays of magnetic hyperthermia were performed for silica-coated samples. The heating rate of the reduced samples increases after thermal reduction, even for dilute MNP dispersions (0.6 to4.5 mg mL-1). Heating rates between 0.3 and 3.0o C min-1 and SAR in the range of 37.2 96.3 Wg-1 were obtained. The photocatalytic activities of pure anatase particles and TiO2 -coated MNPwere close, but the magnetic samples has the advantage of being recovered from reactionmedia by applying the external magnetic fields. The preliminary results of magnetichyperthermia and photocatalysis assays indicate such materials have strong potential forapplications in biomedicine and photocatalysis.

A imobilização de fotossensibilizadores (FS) em materiais nanométricos tem se mostrado uma excelente alternativa ao seu emprego na forma molecular para terapia fotodinâmica (PDT). O presente trabalho descreve uma série de estratégias sintéticas desenvolvidas para a imobilização de FS em nanoesferas de sílica contendo núcleos magnéticos, bem como o estudo das propriedades foto-químicas, foto-físicas e morfológicas dos nanomateriais obtidos. Os FS utilizados foram o azul de metileno, tionina, azure A, protoporfirina IX, hematoporfirina IX e clorofilina. As metodologias de imobilização empregadas envolveram a adição do FS durante o crescimento da camada de sílica ou a ligação do FS na superfície do nanomaterial já formado. Em alguns casos foi necessário modificar previamente o FS com organossilanos. Os núcleos magnéticos foram preparados por co-precipitação de sais de ferro(II) e ferro(III) em meio básico e o revestimento com sílica foi realizado utilizando-se tetraetilortossilicato em uma microemulsão. Os núcleos magnéticos revestidos com uma camada de sílica mantiveram o comportamento superparamagnético. Para a tionina e o azul de metileno não foi detectada geração de oxigênio singlete após a imobilização. Para o azure A, protoporfirina IX e clorofilina imobilizados, a geração de oxigênio singlete foi detectada e caracterizada por métodos químicos e físicos. O material contendo clorofilina mostrou-se bastante promissor e foi empregado em estudos preliminares com células HeLa, levando à morte celular após irradiação, o que comprova o potencial para PDT. O comportamento do fotossensibilizador imobilizado e a possível proteção extra fornecida pela camada de sílica foram estudados pela supressão de fluorescência com íons brometo e supressão da geração de oxigênio singlete com albumina de soro bovino. Hematoporfirina IX é mais afetada na forma livre do que imobilizada em nanoesferas de sílica, o que indica que o FS imobilizado é capaz de gerar oxigênio singlete e está mais protegido de interferentes. / The immobilization of photosensitizers (PS) in nanometric materials is an excellent alternative to their use in molecular forms for photodynamic therapy (PDT). The present work describes a series of synthetic strategies for the immobilization of PS on silica nanospheres containing magnetic nucleous, as well as the studies of the photochemical, photophysical and morphological properties of the obtained materials. The studied PS were methylene blue, thionin, azure A, protoporphyrin IX, hematoporphyrin IX and chlorophyllin. The immobilization methodologies involve the addition of PS during the growth of the silica shell or the attachment of PS to the material surface. Often, a previous modification of the PS with organosilanes was necessary. The magnetic cores were prepared by co-precipitation of iron(II) and iron(III) salts in basic media and the coating with silica was performed by a microemulsion using TEOS. After coating with silica, the magnetic nanomaterial maintained the superparamagnetic behavior. The generation of singlet oxygen by thionin and methylene blue was not detect after immobilization. The generation of singlet oxygen by immobilized azure A, protoporphyrin IX and chlorophyllin was detected and characterized by chemical and physical methods. The material containing chlorophyllin is promising for PDT and was applied in preliminary studies with HeLa cells, causing cell death after irradiation. The behavior of the immobilized PS and the possible extra protection given by the silica shell were investigated by fluorescence quenching with bromide ions and by suppression of singlet oxygen generation with bovine serum albumin. Hematoporphyrin IX was more affected in the free form than immobilized in silica nanospheres, which indicates that the immobilized FS still generates singlet oxygen and is more protected against interfering species

Submitted by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2017-08-22T14:00:18Z No. of bitstreams: 1 DissRCG.pdf: 1738048 bytes, checksum: 5fe499e8468dd911a3576a5aaf9afff3 (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2017-08-22T14:00:27Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissRCG.pdf: 1738048 bytes, checksum: 5fe499e8468dd911a3576a5aaf9afff3 (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2017-08-22T14:00:33Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissRCG.pdf: 1738048 bytes, checksum: 5fe499e8468dd911a3576a5aaf9afff3 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-22T14:00:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissRCG.pdf: 1738048 bytes, checksum: 5fe499e8468dd911a3576a5aaf9afff3 (MD5) Previous issue date: 2017-03-02 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Nanoparticles (NPs) have been produced on a large scale worldwide for various consumer purposes such as the production of cosmetics, sunscreen, biosensors, human prosthetics and cancer therapy. However, due to its large production, NPs can have water bodies as final destination, where current studies addressing these compounds are not sufficient to estimate the threat that these substances could cause to aquatic organisms. Chronic studies with nano-Fe3O4 are scarce and, to the best of our knowledge, inexistent regarding tropical zooplankton species, although chronic studies are of great importance to predict the effects of the substances because they analyses great part of this organisms life cycle. At present study, we investigated nanoparticles of Fe3O4, to the tropical cladoceran Ceriodaphnia silvestrii using acute toxicity tests (0.00; 0.01; 0.10; 1.00; 10.00 and 100.00 mg L-1) during 48h, and chronic toxicity tests (0.00; 3.125; 6.25; 12.50; 25.00 and 50.00 mg L-1) during 14 days. Characterization of NPs in the exposure medium revealed that they experienced agglomeration and aggregation on a micrometer scale. Results showed non-toxicity of nano-Fe3O4 after 48h of acute exposure (EC5048h > 100.00 mg L-1). ). In chronic tests, treatment of 50 mg L-1 caused significant inhibition of growth and reproduction, affecting the maximum length (inhibited 12.71%), accumulated number of eggs (reduction of 51.99%) and neonates (decrease of 61.37%) per female (Dunnett’s test, p < 0.05). We concluded that nano-Fe3O4, in the 14th day, was toxic to C. silvestrii only at the highest concentration tested (50.00 mg L-1) during this chronic exposure.. The use of nano-Fe3O4 in aquatic environments could be considered safe to this species in concentrations up to 25.00 mg L-1, according to the parameters evaluated. / As nanopartículas (NPs) têm sido amplamente produzidas em larga escala para vários propósitos tais como: produção de cosméticos, protetores solares, biosensores, próteses humanas e tratamento do câncer. No entanto, devido à ampla produção, eventualmente as NPs podem encontrar seu destino final nos corpos d’água, onde os estudos relativos à presença dessas substâncias muitas vezes não são suficientes para estimar os efeitos que as mesmas poderiam causar nos organismos aquáticos. Estudos de toxicidade crônica com nanopartículas de óxido de ferro (nano-Fe3O4) são escassos e, até onde sabemos, inexistentes para cladóceros tropicais, embora avaliações crônicas sejam de grande importância para predição dos efeitos de substâncias, pois abrangem grande parte do ciclo de vida dos organismos. No presente estudo, foram estudadas nanopartículas de Fe3O4 para cladócero neotropical Ceriodaphnia silvestrii, por meio de testes de toxicidade aguda (0,00; 0,01; 0,10; 1,00; 10,00 e 100,00 mg L-1), durante 48 horas, e crônica (0,00; 3,125; 6,25; 12,50; 25,00 e 50,00 mg L-1), durante 14 dias. A caracterização das NPs nos meios de exposição revelou que elas sofreram aglomeração e agregação em escalas micrométricas. Os resultados obtidos apontaram ausência de toxicidade aguda para as nano-Fe3O4 (CE(I)5048h > 100,00 mg L-1). Nos testes de toxicidade crônica, no tratamento de 50,00 mg L-1, houve inibição significativa no crescimento e reprodução, afetando o comprimento máximo (inibição de 12,71%) e o número acumulado de ovos (diminuição de 51,99%) e de neonatas (diminuição de 61,37%) produzidos por fêmea (teste de Dunnett p < 0.05). Concluiu-se que as nano-Fe3O4 apresentaram efeitos crônicos, no 14º dia, para o cladócero C. silvestrii somente na maior concentração avaliada (50,00 mg L-1). O uso de nano-Fe3O4 em ambientes aquáticos pode ser considerado seguro para esta espécie de cladócero tropical, com base nos parâmetros avaliados, até concentrações de 25,00 mg L-1. / CNPq: 132379/2015-5 / FAPESP: 2014/14139-3 / FAPESP: 2016/00753-7

Submitted by ANA CAROLINA DE TOLEDO SANTANA null (actoledo@iq.unesp.br) on 2016-03-17T17:25:32Z No. of bitstreams: 1 Dissertação Carol Final.pdf: 7825510 bytes, checksum: 921c29706ed56e5ef489712bae28fc30 (MD5) / Approved for entry into archive by Juliano Benedito Ferreira (julianoferreira@reitoria.unesp.br) on 2016-03-21T20:10:04Z (GMT) No. of bitstreams: 1 santana_act_me_iq_par.pdf: 4512361 bytes, checksum: 07a7dc911b2bdd27db8608948a16848b (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-21T20:10:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 santana_act_me_iq_par.pdf: 4512361 bytes, checksum: 07a7dc911b2bdd27db8608948a16848b (MD5) Previous issue date: 2016-02-26 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O presente trabalho teve como principal objetivo estudar a atividade catalítica de soroalbumina bovina (BSA) em reações formadoras de uma nova ligação C-C: Reações aldólica, de Henry e Morita-Baylis-Hillman (MBH). Em todos os casos a BSA atuou como catalisador, visto que quando as reações foram realizadas sem sua presença, não houve formação dos produtos desejados. Os rendimentos obtidos para as reações aldólica (37%), Henry (80%) e MBH (73%), variaram de bons a moderados e não foi observada enantiosseletividade para nenhuma das reações estudadas. As soroalbuminas são proteínas que formam muita emulsão dificultando os processos downstream na separação dos produtos e materiais de partida. Visando minimizar este inconveniente, a BSA foi submetida à imobilização em MCLEA (magnetic cross-linking enzyme aggregates) utilizando nanopartículas magnéticas de óxido de ferro. Nestes casos, o biocatalisador pôde ser facilmente retirado do meio reacional com aplicação de um campo magnético externo. Esta metodologia afetou diretamente no rendimento da reação de Henry, passando de 80% para 89%. Porém, para as outras reações a melhoria no rendimento não foi tão expressiva. A imobilização também não foi eficaz para o aumento dos excessos enantioméricos. Até o momento para a reação de MBH com os substratos utilizados, não há relatos na literatura para a síntese do aduto desejado catalisado pela BSA. Sendo assim, optamos por realizar um planejamento fatorial completo dessa reação visando otimizar as condições reacionais bem como os rendimentos. As variáveis estudadas foram: temperatura, concentração do biocatalisador e condição do biocatalisador (livre ou imobilizado). Os resultados obtidos mostraram que a variável com maior influência na reação, é a concentração do biocatalisador. A conversão obtida passou de 30% para 40% utilizando 2,2 μmol de BSA. Em seguida, realizamos um estudo de ascendência da concentração do catalisador visando otimizar este parâmetro. A conversão obtida passou para 73% quando foram utilizadas 3,7 μmol de biocatalisador imobilizado. Realizamos um estudo de reciclagem do biocatalisador imobilizado. Foi possível reutiliza-lo porém com diminuição da conversão a partir do segundo ciclo. Os resultados obtidos nesta dissertação evidenciam o potencial biocatalítico da BSA em reações para a formação de ligação C-C. / This work aimed to study the catalytic activity of bovine serum albumin (BSA) in reactions that form a new C-C bond: aldol reactions, Henry and Morita-Baylis-Hillman (MBH). In all cases BSA served as the catalyst, whereas when the reactions were carried out without their presence there was no formation of the desired products. The yields obtained for aldol reactions (37%), Henry (80%) and MBH (73%), ranged from good to moderate enantioselectivity and was not observed for any of the studied reactions. The serum albumins are proteins that form the much emulsion difficulting downstream processes in separation of the products and starting materials. To minimize this inconvenience, the BSA was subjected to immobilization in M-CLEA (magnetic cross-linking enzyme aggregates) using magnetic nanoparticles of iron oxide. In these cases the biocatalyst could be easily removed from the reaction medium by applying an external magnetic field. This methodology directly affect the yield of the Henry reaction, from 80% to 89%. However, for other reactions the improvement of yields was less pronounced. The immobilization was also not effective for improving the enantiomeric excess. So far for the MBH reaction with the worked substrates, there are no reports in the literature for the synthesis of the desired adduct catalyzed by BSA. So we decided to study a full factorial design of this reaction to optimize the reaction conditions and yields. The variables studied were: temperature, the biocatalyst concentration and biocatalyst conditions (free and immobilized). The concentration of biocatalyst was the major factor with interference in all reactions. The conversion increased from 30% to 40% using 2.2 μmol of BSA. Then we perform a study of catalyst concentration to optimize this parameter. The conversion increased to 73% when they were used 3.7 μmol immobilized biocatalyst. To evaluate the retention of catalytic activity of BSA immobilized, it was performed a study of the immobilized biocatalyst recycling. It was possible the reuse but with reduced conversion from the second cycle. The results obtained in this work demonstrated the potential of BSA in C-C bond formation reactions.

Submitted by ANA KARLA PEREIRA RODRIGUES (anakarla_@hotmail.com) on 2017-08-03T14:38:21Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 14733739 bytes, checksum: 0038b680f5c8c43d5ec591f62505739b (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-03T14:38:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 14733739 bytes, checksum: 0038b680f5c8c43d5ec591f62505739b (MD5) Previous issue date: 2016-12-16 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The Knoevenagel condensation is one of the most important methods to perform new C-C bonds in organic compounds, and it was used at least in one-step on the synthesis of several molecules. The N-acylhydrazones, in turn, are molecules with considerable biological activity, which increased the number of papers involving the synthesis of N-acylhydrazones in the last years. This present work consists of the use of magnetic nanoparticles functionalized as catalysts in the Knoevenagel condensations and the synthesis of N-acylhydrazones. The magnetic nanoparticles, Fe3O4, were prepared by the chemical co-precipitation method, coated with sílica, Fe3O4@SiO2, and functionalized with amino groups (Fe3O4@SiO2-3N, which 3N = N1-(3-trimethoxysilylpropyl)diethylenetriamine) and lanthanide ions (Fe3O4@SiO2-1N-EDTA-Tb3+, which 1N = (3-aminopropyl)trimethoxysilane). These materials were characterized by absorption spectroscopy in infrared region, X-ray diffraction (X-RD), thermogravimetric analysis, elemental analysis of carbon, hydrogen and nitrogen, and magnetization measurements. The Fe3O4@SiO2-3N magnetic nanoparticles were used as catalysts in the Knoevenagel condensation, showing good isolated yields (71-100%) and reaction times (10-45 min). The amino groups in the functionalized magnetic nanoparticle act as bases, promoting the desprotonation of methylene group, and as catalyst in the reaction, activating the carbonylic carbon by the iminium ion formation. The Fe3O4@SiO2-1N-EDTA-Tb3+ magnetic nanoparticles were used as catalysts in the synthesis of N-acylhydrazones, showing also good isolated yields (65-95%) and reaction times (2-180 min). In conclusion, the magnetic nanoparticles synthetized showed a good catalytic activity, easilly recovered by magnetic separation and reused in subsequent reactions. / A reação de condensação de Knoevenagel é uma das reações mais utilizadas em síntese orgânica para formação de ligação C–C, sendo usada como uma das etapas para a síntese de várias moléculas. As N-acilidrazonas, por sua vez, são moléculas que apresentam considerável atividade biológica, o que impulsionou os trabalhos envolvendo a síntese das mesmas nos últimos anos. O presente trabalho consiste na utilização de nanopartículas magnéticas funcionalizadas como catalisadores nas reações de condensação de Knoevenagel e na síntese de N-acilhidrazonas. As nanopartículas magnéticas (magnetita, Fe3O4) foram sintetizadas pelo método de coprecitação química, revestidas com sílica (Fe3O4@SiO2) e funcionalizadas com grupos aminos (Fe3O4@SiO2-3N, em que 3N = N1-(3-trimetoxisililpropril)dietilenotriamina) e com íons terras raras adsorvidos (Fe3O4@SiO2-1N-EDTA-Tb3+, em que 1N = 3-aminopropiltrimetoxissilano). Elas foram caracterizadas por espectroscopia de absorção na região do infravermelho, DR-X, análises termogravimétricas, análise elementar de carbono, hidrogênio e nitrogênio e medidas de magnetização. As nanopartículas magnéticas Fe3O4@SiO2-3N foram usadas como catalisadores nas reações de condensação de Knoevenagel, apresentando bons rendimentos isolados (71-100%) e tempos reacionais (10-45 min). Os grupos aminos presente no material atuam como base, promovendo a desprotonação do metileno, e como catalisador na reação, ativando o carbono carbonílico através da formação do íon imínio. Já as nanopartículas magnéticas Fe3O4@SiO2-1N-EDTA-Tb3+ foram utilizadas como catalisadores na síntese das N-acilidrazonas, também apresentando bons rendimentos isolados (65-95%) e tempos reacionais (2-180 min). Em linhas gerais, as nanopartículas magnéticas sintetizadas apresentaram boa atividade catalítica, sendo facilmente recuperada por separação magnética e reutilizada em reações subsequentes.