Síntese por ultrassons de nanopartículas fluorescentes

As nanopartículas fluorescentes e os pontos quânticos sintetizados artificialmente têm-se revelado materiais transformadores com múltiplas aplicações que abrangem a eletro-óptica, o armazenamento ótico de dados, a análise bioquímica e o diagnóstico médico avançado. Os métodos tradicionais de síntese enfrentam frequentemente dificuldades em alcançar um tamanho de partícula consistente, estabilidade coloidal e elevado rendimento quântico, especialmente à escala industrial. A síntese ultrassónica (síntese sonoquímica) é uma alternativa altamente eficaz e fiável, oferecendo uma abordagem simples, segura, reprodutível e facilmente escalável para a produção de nanomateriais fluorescentes de alta qualidade.

Preparação ultra-sónica de nano partículas fluorescentes

Ao aplicar ultrassons de alta potência a líquidos e suspensões, as ondas ultrassónicas geram forças de cisalhamento localizadas intensas e microjatos que controlam com precisão a dinâmica de nucleação e crescimento, resultando em nanopartículas monodispersas com propriedades óticas superiores. Por exemplo, um tratamento ultrassónico em uma única etapa de precursores naturais, como a glicose, produz nanopartículas de carbono ultrapequenas e solúveis em água que exibem fotoluminescência brilhante no espectro do visível ao infravermelho próximo, fortes capacidades de conversão ascendente e excelente estabilidade a longo prazo, sem núcleos de metais tóxicos. Da mesma forma, a combinação da ultrassonicação com a precipitação controlada permite a fabricação de nanopartículas orgânicas de porfirina estáveis e não agregantes, que apresentam uma resolução de fluorescência melhorada e deslocamentos batocrómicos significativos nos seus espectros de absorção. Para além da síntese, o ultrassom continua a ser a técnica preferida para a dispersão e desaglomeração fiáveis de nanosuspensões, ao mesmo tempo que facilita a funcionalização e modificação suaves da superfície. Combinada com a sua capacidade de operar em condições suaves e ecológicas, a síntese ultrassónica destaca-se como uma tecnologia fundamental para o avanço dos nanomateriais fluorescentes de próxima geração, tanto em aplicações industriais como biomédicas.

Preparação ultra-sónica de nanopartículas fluorescentes

Ultrasonication é uma ferramenta comprovada melhorar a síntese coloidal de nanopartículas uniformes e altamente cristalinas com propriedades fluorescentes, alta eficiência quântica e estabilidade.
A sonicação promove:

• Síntese
• Funcionalização
• modificação
• Dispersão
• Desaglomeração & Desembaraçar

Nanopartículas de carbono solúveis em água com conversão ascendente de fluorescência

Li et al. (2010) desenvolveram um método de síntese ultrassónica de uma única etapa, altamente eficiente, para produzir nanopartículas de carbono (CNPs) fluorescentes, monodispersas e solúveis em água, diretamente a partir da glicose. Através da aplicação de tratamento ultrassónico na presença de um catalisador ácido ou alcalino, o processo aproveita a cavitação acústica para gerar intensas forças de cisalhamento hidrodinâmicas e zonas localizadas de alta pressão. Estas forças impulsionam a polimerização e a carbonização da glicose, seguindo o modelo clássico de nucleação de LaMer, resultando em nanopartículas esféricas com menos de 5 nm de diâmetro.

Uma vantagem fundamental desta abordagem é o facto de os CNPs resultantes serem intrinsecamente hidrofílicos devido às suas superfícies ricas em grupos hidroxilo, o que lhes permite dispersar-se livremente na água sem necessidade de modificações superficiais adicionais ou de agentes de revestimento tóxicos. Isto “verde” Esta síntese contrasta fortemente com os pontos quânticos tradicionais à base de metais, oferecendo fotoestabilidade, biocompatibilidade e segurança ambiental superiores.

Do ponto de vista ótico, estes CNPs ultrapequenos apresentam uma fotoluminescência brilhante e ajustável ao longo do espectro que vai do visível ao infravermelho próximo (NIR). Notavelmente, demonstram uma forte fluorescência de conversão ascendente e podem emitir luz NIR quando excitadas por radiação NIR, tornando-as altamente adequadas para a imagiologia biológica de tecidos profundos e para diagnósticos não invasivos. As nanopartículas mantêm um rendimento quântico de aproximadamente 7% e conservam as suas propriedades óticas durante mais de seis meses à temperatura ambiente. Dada a sua excelente dispersibilidade na água, baixa toxicidade e fluorescência robusta, as CNPs representam uma alternativa promissora para biossensores de próxima geração, sistemas de administração direcionada de fármacos e agentes de imagiologia biomédica.

(a) Imagem TEM de CNPs preparadas por sonicação a partir de glucose com diâmetro inferior a 5 nm; (b), (c) Fotografias de dispersões de CNPs em água com luz solar e iluminação UV (365 nm, centro), respetivamente; (d-g) Imagens de microscópio fluorescente de CNPs sob diferentes excitações: d, e, f e g para 360, 390, 470 e 540 nm, respetivamente. [Li et al. 2010]

Sonsíntese de nanopartículas de porfirina fluorescentes

Um estudo realizado por Kashani-Motlagh et al. (2010) introduziu com sucesso um “método ultrassónico” que combina a precipitação controlada com sonicação de alta intensidade para sintetizar nanopartículas orgânicas fluorescentes de porfirina. Utilizando [tetrakis(para-clorofenil)porfirina] (TClPP) como precursor, a equipa produziu nanopartículas esféricas com um diâmetro médio de aproximadamente 200 nm. A energia ultrassónica impede eficazmente a autoagregação dos cromóforos de porfirina, resultando numa suspensão coloidal estável que permanece isenta de precipitação durante, pelo menos, 30 dias em condições ambientais e no escuro. As partículas são fisicamente estabilizadas por uma combinação de interações hidrofóbicas, empilhamento π-π e ligações de hidrogénio.

A ultrassonação influencia profundamente tanto a morfologia como as características óticas das nanopartículas resultantes. Uma característica ótica distintiva é um desvio batocrómico (para o vermelho) significativo nos espectros de absorção, em comparação com a solução de porfirina monomérica, o que é atribuído ao achatamento molecular e às interações eletrónicas alteradas no interior da nanoestrutura. Além disso, os espectros de fluorescência mantêm a sua forma original sem extinção, mas apresentam uma resolução espectral melhorada.

A duração do tratamento ultrassónico constitui um parâmetro de controlo crítico para a montagem de nanopartículas. Tempos de sonicação mais curtos resultam em partículas com picos de absorção mais acentuados e maior absorvância molar, indicando estruturas mais pequenas e menos agregadas. Por outro lado, prolongar o tempo de sonicação aumenta o número total de nanopartículas formadas, aumentando simultaneamente o número de agregações de moléculas de porfirina por partícula. Esta via de síntese ajustável oferece uma abordagem valiosa para o desenvolvimento de sensores óticos avançados, fotocatalisadores para reações oxidativas e materiais fotónicos funcionais que superam as porfirinas moleculares tradicionais.

O grupo de investigação de Kashani-Motlagh (2010) descobriu um método simples de precipitação por ultrassons para sintetizar nanopartículas de profirina fluorescente.

Síntese de nanocompósitos magnéticos/fluorescentes

A tecnologia ultrassónica auxilia na síntese de nanocompósitos constituídos por nanopartículas magnéticas e pontos quânticos fluorescentes (QDs) com um revestimento de sílica. Estes compósitos são bifuncionais, apresentando as vantagens tanto dos QDs como das nanopartículas magnéticas. Os pontos quânticos de CdS foram sintetizados através do seguinte procedimento: em primeiro lugar, 2 mL da camada subjacente de película de nucleação, contendo fluido ferromagnético, e 0,5 mL de pontos quânticos de CdS a 1 mol/L foram misturados sob agitação ultrassónica; em seguida, foram adicionados 2 mL de PTEOS (tetraetilortossilicato pré-polimerizado) à mistura anterior e, por fim, foram adicionados 5 mL de amoníaco.
Além disso, a emulsificação por ultrassons permite a preparação de novas nanopartículas multicoloridas, altamente fluorescentes e superparamagnéticas, utilizando pontos quânticos (QDS), nanopartículas de magnetite e um copolímero tribloco anfifílico de(acrilato de terc-butilo-co-acrilato de etilo-co-ácido metacrílico) para a encapsulação.

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Literatura / Referências