Coordonator științific Absolvent Conf. D r. Nicolae Leopold Pop Maria 2018 Pop Maria Sinteza și caracterizarea nanoparticulelor magnetice acoperite… [626189]

UNIVERSITATEA ,,BABEȘ -BOLYAI ” CLUJ -NAPOCA
FACULTATEA DE FIZICĂ
SPECIALIZAREA FIZICĂ MEDICALĂ

LUCRARE DE LICENȚĂ

Coordonator științific Absolvent: [anonimizat]. D r. Nicolae Leopold Pop Maria

2018

Pop Maria Sinteza și caracterizarea nanoparticulelor magnetice acoperite cu aur (Fe 3O4@Au)

2 UNIVERSITATEA ,,BABEȘ -BOLYAI ” CLUJ -NAPOCA
FACULTATEA DE FIZICĂ
SPECIALIZAREA FIZICĂ MEDICALĂ

LUCRARE DE LICENȚĂ
Sinteza și caracterizarea nanoparticulelor
magnetice acoperite cu aur (Fe 3O4@Au)

Coordonator științific Absolvent: [anonimizat]. D r. Nicolae Leopold Pop Maria

2018

Pop Maria Sinteza și caracterizarea nanoparticulelor magnetice acoperite cu aur (Fe 3O4@Au)

3 Cuprins
Abstract ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………… 4
Introducere ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………. 5
Capitolul I. Nanoparticulele magnetice de Fe 3O4@Au . Clasificare și proprietăți …………………………. 7
I.1. Clasificare și propri etăți ale Fe 3O4 ………………………….. ………………………….. ………………………….. . 7
I.2. Metode și procedee de preparare a nanoparticulelor magnetice ………………………….. …………. 8
I.3. Stabilizarea nanoparticulelor magnetice ………………………….. ………………………….. …………………. 9
I.4. Metode de preparare a nanoparticulelor magnetice acoperite cu Au ………………………….. ….10
I.5. Dificultăți în acoperirea cu aur a nanoparticulelor magnetice ………………………….. …………….. 12
I.6. Proprietăți a le Fe 3O4@Au ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………. 12
Capitolul II. Aplicații biomedicale ale nanoparticulelor de Fe 3O4@Au ………………………….. ………….. 14
II.1. Transportul de medicamente ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……14
II.2. Hipertermia ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….15
II.3. Imagistica medicală ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………. 16
Capitolul III. Metode spectroscopice și metode de caracterizare utilizate ………………………….. ……. 18
III.1. Spectroscopia UV -Vis ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………….. 18
III.2. Microscopul Electronic cu Transmisie ………………………….. ………………………….. …………………. 19
III.3. Zetasizer Nano ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………….. 20
III.4. NanoSight ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …..21
IV. Metode experimentale ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………….. 24
IV. 1. Sinteza Fe 3O4 ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………….. 24
IV.2. Sinteza nanoparticulelor de Au ………………………….. ………………………….. ………………………….. .25
IV.3. Acoperirea nanoparticulelor de Fe 3O4 cu Au ………………………….. ………………………….. ………. 26
V. Rezultate și discuții ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………… 27
VI. Concluzii ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………… 47
Referințe ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………… 48

Pop Maria Sinteza și caracterizarea nanoparticulelor magnetice acoperite cu aur (Fe 3O4@Au)

4 Abstract
Nanoscale materials are a subject of considerable interest in several scientific,
engineering or biomedical fields . The basic argument is that nanoscale materials,
usually from 1 to 100 nm, exhibit exceptional structural and functional pr operties that
are not found in heavy materials. The two major classes of functional nanoplatges t hat
have been studied and used are plasmon nanoparticles (NPs) and magnetic
nanoparticles (MNPs).
In the last two decades, magnetic nanoparticles (MNPs) have been used in analytical
detection and in nanomedicine. This is because magnetic nanoparticles interact with
both magnetic fields and their gradients. By interacting magnetic nanoparticles with
magnetic fields we can find and control the position of MNPs in space by using
magnets. Also, fluctuating magnetic fields can be used to heat nanoparticles, thus being
useful in nanomedicine. In addition, the magnetic properties of MNPs influence
magnetic fields, which are used as contrast agents in magnetic resonance imaging
(MRI).
Gold -coated magnetic nanoparticles (Au) have attracted attention through the
advantages of their features such as: non -toxicity, super magnetism, ease of detection
in the human body, magnetic core that prevents oxidation, catalytic surface but also t he
potential it offers in various biological applications. Among the known iron crystals,
ferrophoric oxide or magnetite (Fe 3O4) is a compound having advantages due to its
biocompatibility and biodegradable activity. Thus, the production of Au -coated Fe 3O4
magnetic nanoparticles increased significantly due to their utility in the biomedical field.
The reason why gold -coated magnetic nanoparticles can be used in so many
applications is that they are extremely versatile. The optical and magnetic properties of
the particles can be adjusted and adapted to applications by changing their size, golden
coil thickness, shape, load, and surface modification.

Pop Maria Sinteza și caracterizarea nanoparticulelor magnetice acoperite cu aur (Fe 3O4@Au)

5 Introducere
Materialele la scară nanometrică sunt un subiect de interes considerabil în cadrul
mai multor d omenii științifice, de inginerie sau biomedicale. Argumentul de bază este că
materialele nanometrice, de obicei de la 1 la 100 nm, prezintă proprietăți structurale și
funcționale excepționale care nu sunt întâlnite în materialele voluminoase. Cele două
clase majore de nanoplatforme funcționale care au fost studiate și utilizate pe scară
largă sunt nanoparticule plasmonice (NPs) și nanoparticulele magnetice (MNPs).
În ultimele două decenii, nanoparticulele magnetice (MNPs) au fost utilizate în
detectarea ana litică și în nanomedicină. Acest lucru se datorează faptului că
nanoparticulele magnetice interacționează atât cu câmpurile magnetice cât și cu
gradientele acestora. Prin i nteracțiunea nanoparticulelor magnetice cu câmpurile
magnetice putem afla și control a poziția MNPs în spațiu prin utilizarea magnețilo r. De
asemenea câmpurile magnetice fluctuante pot fi utilizate pentru încălzirea
nanoparticulelor , având a stfel utilitate în nanomedicină. În plus, p roprietățile magnetice
ale MNPs influenț ează câmpurile m agnetice, acestea fiind utilizate ca agenți de
contrast în imagistica prin rezonanță magnetică (RMN).
Nanoparticulele magnetice acoperite cu aur (Au) au atras atenția prin avantajele
caracteristicilor acestora, cum ar fi: non -toxicitatea, super magnetismul , ușurința
detecției in corpul uman, nucleul magnetic ce împiedică oxidarea, suprafața catalitică
dar și potențialul pe care îl oferă în variate aplicații biologice. Printre cristalele
cunoscute formate de fier (III), oxidul feroferic sau magnetita (Fe 3O4) este un compus ce
prezintă avantaje datorită biocompatibilității și activității biodegradabile a acestuia.
Astfel, producția nanoparticulelor magnetice de Fe 3O4 acoperite cu Au a crescut
semnificativ datorită utilității acestora in domeniul biomedical.
Motivul pentru care nanoparticulele magnetice acoperite cu aur pot fi folosite în
atât de multe aplicații este că acestea sunt extrem de versatile. Proprietățile optice și
magnetice ale particulelor pot fi reglate și adaptate aplicațiilor prin schimbarea
dimensiunii lor, a grosimii coajei de aur, a formei, a încărcăturii și a modificării
suprafeței.
Lucrarea este structurată în șase capitole importante. Primul capitol prezintă
clasificarea și proprietățile atât a nanoparticulelor magnetice de Fe 3O4 cât și a
nanoparticulelor magnetice acoperite cu aur, Fe 3O4@Au. Sunt prezentate de asemenea

Pop Maria Sinteza și caracterizarea nanoparticulelor magnetice acoperite cu aur (Fe 3O4@Au)

6 metodele și procedeele de preparare a celor două tipuri de nanoparticule cât și
dificultățile întâmpinate în încercarea producerii acestora.
Cel de -al doilea capit ol prezintă cele mai importante aplicații biomedicale ale
nanoparticulelor magnetice acoperite cu aur cum ar fi, transportul de medicamente,
hipertermia dar și imagistica medicală.
În capitolele III și IV sunt prezentate metodele spectroscopice si metodele de
caracterizare utilizate precum și metodele experimentale folosite în sintezele
nanoparticulelor de Au, Fe 3O4 și Fe 3O4@Au.
Capitolul V și ultimul capitol prezintă discuții pe baza rezultatelor obținute.
Analizând spectrele UV -Vis, imaginile TEM precum ș i rezultatele în urma analizei
Zetasizer și Nanosight obținute, sunt prezentate concluziile privind mărimea dimensiunii
diametrului nanoparticulelor dar și potențialul zeta de la suprafața acestora.

Pop Maria Sinteza și caracterizarea nanoparticulelor magnetice acoperite cu aur (Fe 3O4@Au)

7 Capitolul I . Nanoparticulele magnetice de Fe 3O4@Au .
Clasificare și proprietăți
I.1. Clasificare și proprietăți ale Fe 3O4
Există 17 oxizi, oxo -hidroxizi și hidroxizi de fier [1]; aceștia diferă între ei prin
aranjarea în spațiu a unității structurale, prin culoare dar și prin proprietățile metalice. Pe
de altă parte o caracterist ică import antă a oxizilor de fier este aceea că în condiții
optime de mediu, pH, presiune și temperatu ră aproape fiecare oxid poate să fie
transformat în altul.

Figura 0.1.1 a) reprezentarea schematică și culoarea caracteristică pentru Fe 3O4; b)
reprezentarea schematic ă și culoarea caracteristică pentru γ -Fe2O3 [2]
Oxidul fero -feric, Fe 3O4, care apare în natură ca magnetită, se obține și artificial
prin arderea fierului metalic sau prin calcinarea puternică a celorlalți oxizi. Magnetita
este un oxid mixt, FeO*Fe 2O3, conținând în rețea ambele tipuri de ioni ai fierului: Fe2+ și
Fe3+, alături de ioni O2-. Magnetita apare sub formă de pulbere sau cristale negre
insolubile in acizi, cu punctul de topire la 1540 ℃. Spre deosebire de ceilalți oxizi ai
fierului, care sunt paramagnetici, magnetita este feromagnetică și conduce relativ bine
curentul electric.
Rețeaua magnetitei este cea a spinelilor. Celula elementară cuprinde 32 ioni O2-,
în ale căror goluri se repartizează 16 ioni de Fe3+ și 8 ioni de Fe2+. Magnetita dar și alți
compuși în care metalul se găsește în dou ă stări de oxidare diferite, au proprietăți

Pop Maria Sinteza și caracterizarea nanoparticulelor magnetice acoperite cu aur (Fe 3O4@Au)

8 speciale, în primul rând o culoare intensă (în cazul magnetitei, un negru intens, atât
solid, cât și precipitatul pe care îl poate forma), iar în unele cazuri conductibilitate
electrică mare. Magnetita conduce bi ne curentul la te mperatura ordinară, dar la 120 K
conductibilitatea scade brusc, la o valoare de cca. 100 de ori mai mică. S -a arătat c ă
deasupra temperaturii de 120 K, distanțele Fe -O (octaedrice) sunt toate egale (2,059 Å),
în timp ce la temperatură joas ă există două distanțe diferite, una de 2,00 Å
(caracteristică pentru Fe3+) iar alta de 2,123 Å (caracteristică pentru Fe2+). Faptele au
fost interpretate a stfel: la temperaturi peste 120 K se produce un transfer rapid de
electroni între Fe2+ și Fe3+, deci o oscilație rapidă a stărilor de oxidare, distanț a Fe -O
având o singură v aloare [3].
Un compus este considerat semiconductor atunci câ nd banda interzisă a
acestuia este mai mică de 3 eV, în cazul conductorilor banda interzisă fiind neexistentă.
Datorită proprietăților menționate mai sus putem argumenta faptu l că magnetita are
proprietăți similare materialelor metalice, valoare a benzii interzise fiind de 0,1 eV. Este
important de subli niat faptul că valoarea benzii interzise depind e de dimensiunea
particulelor [4].
Oxizii de fier sunt cunoscuți și ca materiale magnetice dar proprietăț ile magnetice
ale acestora sunt diferite de la un oxid la altul; spre exemplu magnetita, maghemita ,
sunt feromagnetice la temperatura camerei în timp ce goetita este antiferomagnetică.

I.2. Metode și procedee de preparare a nanoparticulelor magnetice
În ultimii ani au fost studiate dar și îmbunătățite diferite metode și procedee de
preparare a nanoparticulelor magnetice. Printre cele mai cunoscute metode de obținere
a nanoparticulelor de oxid de fi er se numără: co -precipitarea [5] [6] [7], descompu nerea
termică [8] [9], metoda hidrotermală [10] [11] dar și multe altele.
Producerea și prepararea nanoparticulelor magnetice este un proces complex ce
implică găsirea unor condiții experimentale optime, prin care să putem obține
nanoparticule monodispersate cât și stabilirea reproductibilității procesului.
Metoda cea mai frecventă de preparare a nanoparticulelor de Fe 3O4 este metoda
co-precipitării, folosită de altfel și în acestă lucrare. Metoda co -precipitării folosită pentru

Pop Maria Sinteza și caracterizarea nanoparticulelor magnetice acoperite cu aur (Fe 3O4@Au)

9 a obține nanoparticulele magnetice constă în combinarea ionilor de Fe2+ și Fe3+ într-o
soluție bazică în condiții optime de presiune si temperatură.
Raportul dintre ioni, temperatura reacției, valoarea pH -ului dar și tipul sărurilor de
fier utilizate în reacție (în cazul de față, clorură) sunt factori de care depind mărimea și
forma nanoparticulelor rezultate. Pentru a prepara nanoparticule de Fe 3O4, omogene în
mărime și compoziție, este necesar ca reacția să aibă loc într -un mediu bazic apos cu
raportul molar Fe(II) la Fe(III) de 1:2, valoarea p H-ul fiind cuprinsă între 11 -12 [12].
Principalul avantaj al metodei este acela că putem obține o canti tate suficient de
mare de particule într -o sigură reacție, cu observația că dimensiunea nanoparticulelor
este foarte greu de controlat, acestea obținându -se de cele mai multe ori dispersate în
soluție. De asemenea, valoarea pH -ului, trebuie sa fie ajustată , atât în timpul sintezei
cât și în cel al purificării (spălării nanoparticulelor), schimbarea acestuia ducând la
formarea de nanoparticule cu dime nsiuni si morfologie diferită [13].

I.3. Stabilizarea nanoparticulelor magnetice
Multe aplicații ale nanoparticulelor magnetice impun anumite condiții cum ar fi
netoxicitatea și stabilitatea în timp. Un plus al procedeelor chimice de preparare al
nanopaticulelor magnetice este posibilitatea de a folosi diferi ți agenți de stabilizare, care
opresc nanoparticulele să se aglomereze sau să agrege, oferind totodată o mai bună
solubilitate în diferiți solvenți.
Agentul de stabilizare este ales în funcție de metoda de preparare ținând cont de
pH-ul și temperatura de r eacție, astfel că pentru metoda co -precipitării, cel mai frecvent
utilizat stabilizator este citratul de sodiu sau glucoza. Citratul este utilizat frecvent în
stabilizarea nanoparticulelor deoarece acesta se leagă de suprafața nanoparticulelor
prin coordin area uneia sau a două grupe carboxilice, celelalte grupe carboxilice fiind
astfel expuse către solvent, ducând la o stabilizare elec trostatică a nanoparticulelor [5].
Indiferent de stabilizatorul util izat, nanoparticulele obținute sunt de tip miez -coajă,
unde miezul este reprezentat de nanoparticulele magnetice iar coaja de startul
stabilizator.

Pop Maria Sinteza și caracterizarea nanoparticulelor magnetice acoperite cu aur (Fe 3O4@Au)

10 I.4. Metode de preparare a nanoparticulelor magnetice acoperite cu
Au
Datorită instabilității în aer din punct de vedere chimic cât și oxidarea rapidă,
utilitatea nanoparticulelor magnetice este destul de limitată. Nanoparticulele pot fi
protejate împotriva oxidării prin realizarea structurii core -shell, unde stratul exterior sau
coaja să fie un material iner t din punct de vedere chimic. Fiind un material
biocompatibil, netoxic dar și inert din punct de vedere chimic, aurul este un element
optim de utilizat drept înveliș a acestor nanoparticule [14] [15] [16].
Când două materiale au structuri cristaline asemanătoare , unul dintre materiale
poate fi direct depozitat pe celălalt material, formând astfel un înveliș relativ uniform ce
poate fi facilitat prin intermediul creștierii treptate.
Învelișul de aur al nanopaticulelor magnetice poate sa fie format direct cu ajutorul
unor agenți reducători, cum ar fi citratul de sodiu sau glucoza. Una dintre cele mai
folosite și totodată cele mai simple metode pentru realizarea învelișului de aur este
utilizarea citratului de sodiu ca și agent reducător al clorurii acide de aur [17].
Figură 0.1.2 Schema procedurii preparării Fe 3O4@Au -repetarea procesului; imeginile
TEM a nanoparticulelor după după depozitarea aurului o dată, de trei ori și de cinci ori.
Nanoparticulele magnetice sunt pregătite prin metoda co -precip itării, prin
combinarea clorurii feerice (FeCl3) și a clorurii feroase (FeCl2) într -un mediu alcalin, în
prezența hidroxidului de sodiu (NaOH). Atomii de aur se depozitează pe învelișul
nanoparticulelor magnetice datorită reducerii clorurii acide de aur (H auCl4) în prezența
soluției apoase de nanoparticule magnetice și citrat de sodiu, la o temperatură de
fierbere [14]. Dacă temperatura la care are loc reacția este temperatura de fierbere,

Pop Maria Sinteza și caracterizarea nanoparticulelor magnetice acoperite cu aur (Fe 3O4@Au)

11 putem obține nanoparticule magnetice învelite cu un strat subțire de aur, bine
dispersate și stabile în apă. Pe de altă parte, dacă condițiile experimentale cum ar fi
rația dintre nanoparticulele magnetice și clorura acidă de aur sau concentrația agentului
reducător nu sunt cu precizie urmate, există posibilitatea formării doar a
nanoparticulelor de aur [18]. Formarea învelișului de aur a nanoparticulelor se observă
vizibil prin schimbarea culorii soluț iei din negru în maro roșiatic cu m se poate observa în
figura I.3 .

Figura 0.2.3 Schimbarea culorii nanoparticulelor magnetice acoperite cu Aur din negru
in maro roșiatic și separarea magnetică a acestora [19]
Mai mult, pentru a obține nanoparticule magnetice învelite cu aur
monodispersate și a evita interacțiunea ionică asociată aglomerării particulelor putem
introduce soluția la sonicare.
Un alt agent reducător folosit este glucoza [20]. Chiar daca această metodă este
simplă și rapidă, este nevoie de repetarea procesului de cel puțin 3 ori pentru a obține
un înveliș relativ uniform. Și în acest caz, dacă nu sunt urmate intocmai condițiile optime
atunci există o mare probabilitate de a se forma doar nanoparticule de aur.
În acestă lucrare, am aratat și faptul că, doar combinând nanoparticulele
magnetice cu nanoparticulele de aur, pregatite în prealabil, putem obține un înveliș de
aur uniform, datorită sarcinii negative mai slabe de la sup rafața nanoparticulelor de
Fe3O4 decât a sarcinii de la suprafață a nanoparticulelor de aur.

Pop Maria Sinteza și caracterizarea nanoparticulelor magnetice acoperite cu aur (Fe 3O4@Au)

12 I.5. Dificultăți în acoperirea cu aur a nanoparticulelor magnetice
Una dintre cele mai mari provocări în acoperirea cu aur în acoperirea cu aur a
nanoparticulelo r este asigurarea faptului că nanoparticulele sunt acoperite complet și nu
exisă urme de fier sau oxid de fier.
A doua provocare este de a controla cu precizie grosimea și finețea învelișului de
aur. De obicei, grosimea învelișului de aur este controlată de raportul dintre nucleul
magnetic și învelișul de aur sau raportul dintre clorura acidă de aur și agentul reducător.
Cu toate acestea, pentru a obține rapoarte optime, este necesară o dezvoltare
experimentală extensivă. Cu metodele de creștere prezentate , este uneori dificil să se
obțină o suprafață de aur netedă. O altă alternativă pentru a obține învelișul de aur
neted este crearea unui spațiu între nucleul magnetic și coajă, folosind diferiți polimeri.
O altă provocare este caracterizarea morfologică a acestor nanoparticule.
Deoarece particulele sunt magnetice la temperatura camerei, ele tind să agrege în
timpul etapelor de uscare ale preparării probelor. Datorită acestui lucru, imaginile
obținute prin tehnici precum microscopia electronică de transmi sie pot fi neclare [18].

I.6. Proprietăți ale Fe 3O4@Au
În general, proprietațile magnetice ale nanoparticulelor sunt puternic influențate
de mulți parametr ii cum ar fi, mărimea, forma, impuritățile și structura cristalină a
elementului. Comportamentul feromagnetic al nanoparticulelor magnetice acoperite cu
aur este asemănător cu cel al nanoparticulelor magnetice chiar dacă aurul nu este un
material magnetic, având deci proprietăți magnetice asemănătare cu nanoparticulele de
Fe3O4. În multe cazuri stratul protector al nanoparticulelor nu acționează doar în
stabilizarea nanoparticulelor magnetice, ci și în legarea acestora de diferite biomolecule
datorită stratului inert format la suprafață.
Nanoparticulele magnetice au fost de un real ajutor în diferite domenii
tehnologice, în speci al în aplicațiile biomedicale. Pentru u tilizarea acestora într -un
sistem biologic, nanoparticulele m agnetice trebuie sa aibă proprietăți biocompatibile cu
celelule și țesuturile cu care interacționează. Citotoxicitatea nanoparticulelor magnetice
și nanoparticulelor magnetice acoperite cu aur a fost evaluată în mai multe cercetări
folosind o celulă HeLa, în care nanoparticulele au fost păstrate timp de 24 de ore.
Aceste celule sunt în general folosite pentru a testa toxicitatea nanoparticulelor.

Pop Maria Sinteza și caracterizarea nanoparticulelor magnetice acoperite cu aur (Fe 3O4@Au)

13 Rezultatele au indicat faptul ca nanoparticulele de magnetita și nanoparticulele
de Fe 3O4@Au au un efect neglijabil asupra celulelor, viab ilitatea celulei fiind puțin mai
ridicată în cazul nanoparticulelor magnetice acoperite cu aur. Acest lucru demonstrază
potențialul nanoparticulelor de Fe 3O4@Au în nanomedicină și în aplicațiile
biotehnologice. [14]

Pop Maria Sinteza și caracterizarea nanoparticulelor magnetice acoperite cu aur (Fe 3O4@Au)

14 Capitolul II . Aplicații biomedicale ale nanoparticulelor de
Fe3O4@Au
Nanoparticulele magnetice prezintă un real interes în mediul clinic datorită
proprietăților pe care le dețin, cum ar fi stabilitatea și biocompatibilitatea. În aplicațiile
biomedicale nanoparticulele trebuie sa fie monodispersate, de dimensiuni mici și să
posede o susceptibilitate magnetică mare la aplicarea unui camp magnetic exterioră
[21]. Pentru asigurarea toleranței și a biocompatibilității, nanoparticulele magnetice sunt
acoperite cu aur pentru anumite aplicații precum: transportul de medicamente [22],
hipertermie [23] și agenți de contra st pentru tomografia de rezonanța magnetică
nucleară [24].
II.1. Transportul de medicamente
Recent s -a demonstrat poten țialul nanoparticulelor magnetice acoperite cu aur în
transportul de m edicamente ghidate magnetic [25]. Transportul controlat de
medicamente, facilitat de nanoparticulele de Fe 3O4@Au este favorizat de f orțele
hidrodinamice ale fluxului sangvin. Nanoparticulele sunt injectate intravenos, sunt
ghidate magnetic către țesutul vizat, imobilizate în acesta până medicamentul este
eliberat datorită câmpului magnetic exterior iar apoi eliminate din organism. După
administrarea intravenoasă are loc interacțiunea dintre nanoparticule și proteinele din
organism, proteinele fiind absorbite de dispersia de nanoparticule magnetice, proces
numit opsonizare.
Ultimele studii au arătat prin analiza in vitro a rezultatelor n anopaticulelor
magnetice acoperite cu aur o scădere a viabilității celulelor canceroase (piept, cap și
gât) de până la 64% după tratamentul combinat al terapiei fototermale și fotodinamice.
În plus, țintirea magnetică a permis o creștere a absorbției celul are în comparație doar
cu țintirea biomoleculară.
O altă problemă care poate fi rezolvată prin terapia chemo -fototermă este artrita
reumatoidă. Metodele actuale de tratare se bazează pe medicamente anti -reumatice
care modifică boala dar care au și efecte s ecundare pe termen lung cum ar fi toxicitatea
hepatică [26]. În prezent modificarea medicamentelor anti -reumatice este un domeniu
de cercetare în dezvoltare. Prin utilizarea nanoparticulelor de dorește, administrarea
unor doze mici dar cu o concentrație ridicată de metotrexat în zonele afectate [27] [18] .

Pop Maria Sinteza și caracterizarea nanoparticulelor magnetice acoperite cu aur (Fe 3O4@Au)

15 II.2. Hipertermia
O altă zonă impo rtantă de cercetare în medicină a nanoparticulelor magnetice
este folosirea acestora ca agenți de hipertermie. Abordarea clasică a hipertermiei
presupune expunerea pacientului la un tratament cu unde electromagnetice cu
frecvențe de oridinul sutelor de MHz . Acest tratament termic funcționează pe principiul
de bază al deteriorării selective a celulelor canceroase prin încălzire, lăsând țesuturile
sănătoase intacte datorită toleranței lor la temperaturi mai ridicate datorită diferențelor
de metabolizare.106. Această creștere a temperaturii poate fi generate fie de un camp
magnetic alternative care utilizează material magnetice active, fie prin excitarea cu laser
a nanoparticulelor plasmonice.
În ultima perioadă au fost effectuate diferite studii care demostre ază
funcționalitatea multiplă a nanomaterialelor hibride. Spre exemplu. Hoskins și
colaboratorii au demonstrate eficiența in vitro a nanoparticulelor magnetice de fier,
folosiți ca agenți de hipertermie, intr -un studiu axat pe celulele melanomului uman .
Pentru realizarea unor experimente s -a folosit substanța agar -agar, substanță
gelatinoasă extrasă din unele alge marine, în care au fost introduse și mai apoi iradiate
nanoparticulele magnetice de fier, cu un laser de 532 nm, rezultând astfel o creștere a
temperaturii de 32 ℃ dar și o limitare a acesteia la locul de acumulare. Din experiment
au rezultat și condițiile optime prind timpul de recuperare, temperature a celulelor și
cantitățile de dozare a nanoparticulelor.
O altă utilizare este hipertermia cu fluid magnetic, ce implică dispersarea
nanoparticulelor magnetice în interiorul țesutului țintă. Se aplică mai apoi un câmp
magnetic de current alternativ ce are putere și frecvență suficient de mare încât
determina încălzirea particulelor prin pierderi de histerezis sau relaxare Neel.
Hipertermia bazată pe fuide magnetice se diferențiază de celelalte tipuri de terapii prin
cel mai bun potential de a ținti în mod selectiv celulele tumorii, permițând astfel
reducerea cantității de radio – și chemoterapie d ar și c ea a efectelor secundare toxice
[18] [28].

Pop Maria Sinteza și caracterizarea nanoparticulelor magnetice acoperite cu aur (Fe 3O4@Au)

16 II.3. Imagistica medicală
Un alt domeniu de interes în mediul clinic dar și în cercetarea medicală este
imagistica celulară sau imagistică medicală. Tehnicile imagistice medicale ne permit să
privim în interiorul corpului uman și să detectăm țesutul bolnav fără a fi nevoie de
intervenții chirurgicale. Unul dintre marile avantaje ale tehnologii lor imagistice este acela
că aceste tehnologii sunt acum utilizate în mod obișnuit în spital și în domeniile
biomedicale. Nanoparticulele magnetice sunt utilizate drept agent de contrast pentru a
urmări migrarea celulelor în organism sau ca biomarker patol ogic, fiind legate de liganzi
specifici (molecule vectori) prin care acestea sunt direcționate în organism. Drept
molecule vector pot fi utilizați anticor pi, polizaharide,și altele . Spre exemplu în ficat,
splina și țesutu l ganglionilor limfatici sănăto s, nanoparticulele de oxid de fier reduc
intensitatea semnalului pentru imagistica de rezonanță magnetică, deoarece celulele
fagocitare absorb nanoparticulele. Pe de altă parte în țesuturile bolnave celulele
fagocite nu reușesc să absoarbă nanoparticulele și prin urmare apare un semnal mai
puternic în zona vizată. Condițiile pentru care direcționalitatea nanoparticulelor
magnetice în organism să fie optimă depind de timpii de staționare prelungită a
nanoparticulelor în organele țintă, îmbunătățirea semnifica tivă a raportului
semnal/zgomot pentru a permite detectarea acestora prin tomografie de rezonanță
magnetică, constante de afinitate marei pentru asigurarea specificității interacțiunii,
toxicitatea redusă dar și timpul de înjumătățire a concentrației în sâ nge, care trebuie să
fie suficient de lung pentru a permite interacțiunea nanoparticulelor cu biomarkeri țintă.
RMN implică utilizarea unui câmp magnetic, în timp ce tomografia computerizată
se bazează pe atenuarea razelor X. O combinație a acestor modalit ăți permite
obținerea simultană a informațiilor anatomice ale țesuturilor moi și tari, generând imagini
cu rezoluție înaltă , oferind astfel informații biologice mai detaliate. O tehnică de rutină
este IRM -ul în care câmpurile magnetice sunt utilizate pen tru a detecta moleculele de
apă în diferite țesuturi. Agenții de contrast pe bază de oxid de fier au fost utilizați în
domeniul medical și în trecut și sunt utilizați în principal pentru aplicațiile cu rezonanță
magnetică.
De exemplu, ferumoxsil -ul este o suspensie orală a nanoparticulelor magnetice
ce este administrate ca agent de contrast p entru imagistica intestinului . Cercetarea care
se bazează pe îmbunătățirea potențialului contrastului acestor nanomateriale este un
proces continuu. Una dintre ariile d e cercetare este sinteza nanoparticulelor de fier care

Pop Maria Sinteza și caracterizarea nanoparticulelor magnetice acoperite cu aur (Fe 3O4@Au)

17 au o magnetizare mai mare, dar complicațiile suplimentare ale sensibilității în ceea ce
privește oxidarea acestora împiedică d ezvoltarea lor. Pentru a depăși acest obstacol, o
abordare este de a acoper i nanoparticulele cu un material inert și biocompatibil, cum ar
fi aurul. Unele cercetări anterioare au implicat un studiu comparativ între nanoparticulele
magnetice acoperite cu aur sintetizate și Feridex, o suspensie de dextran (nanoparticule
magnetice) disponibilă în comerț. Studiile confirmă faptul că coajă de aur nu are niciun
efect negativ asupra proprietăților mag netice interne ale nucleului. Î n plus, absorbția
tumorală a nanoparticulelor datorită permeabilității acestora a arătat o îmbunătățire pri n
prisma biocompatibilității, dimensiunii adecvate și duratei lungi de circulație a sângelui a
nanoparticulelor magnetice acoperite cu aur. În figura de mai jos se poate observa
diferența dintre imaginile obținute prin RMN după 4 ore, între țesut tumoral a nalizat prin
nanoparticulele magnetice acoperite cu aur și substanța comercială Feridex.

Figura II.1 Imagini RMN in vivo a țesutului tumoral după 4 ore a injecției intravenoase
cu: a) și c) Fe3O4@Au iar b) și d) Feridex
O altă tehnică care furnizează informații funcționale este imagistica cu
ultrasunete, prin care o zonă este inundată de unde sonore producând un ecou prin
care se obțin date moleculare. Studiile arătă că stratul de aur mărește contrastul
tomografiei comput erizate atunci cu corp când este iradiat cu raze X în comparație doar
cu nanoparticulele de oxid de fier [18] [28].

Pop Maria Sinteza și caracterizarea nanoparticulelor magnetice acoperite cu aur (Fe 3O4@Au)

18 Capitolul III. Metode spectroscopice și metode de
caracterizare utilizate
Procesele de bază ale unei măsurători spectroscopice sunt procesele care apar
între lumină și materie. Se știe că câmpul electric generat de o undă luminoasă
interacționează cu momente de dipol, fie ele e xistente sau induse, făcându -le să
oscileze foarte repede. Aceste oscilații ale distribuțiilor de sarcină pot genera un câmp
electromagnetic. Având în vedere faptul că aceste distribuții de sarcină sunt specifice
fiecărui tip de materie, schimbul de energi e dintre undele electromagnetice și materie
este unic și oferă informații unice asupra despre acea materie.
III.1. Spectroscopia UV -Vis
Nanoparticulele magnetice acoperite cu aur au fost de asemenea caracterizate
folosind spectroscopia UV -Vis. Spectroscopi a UV -Vis este un tip de spectroscopie care
se utilizează pentru a măsura absorbția luminii unei anumite soluții între intervalele de
200 și 750 nm. D intr-un spectru UV -Vis se determină câteva proprietăți importante ale
soluției analizate, cum ar fi lungime a de undă la care are cea mai mare absorbanță și,
în mod analog, intensitatea unei absorbții stabilite.
Principiul de funcționare al unui spectrometru UV -Vis este destul de simplu.
Compusul organic care este măsurat trebuie să aibă un inel aromatic, o legă tură
nesaturată și un heteroatom sau o combinație a acestor elemente. Motivul din spatele
acestui fapt este că lumina UV are doar suficientă energie pentru a excita heteroatomi,
inele aromatice și legături duble C = C. Există numai trei tipuri de tranziții : n la Σ, n la π
și π la π. Absorbția UV crește, de asemenea, cu existența unor legături duble de
carbon.
Spectrometrul UV -Vis este compus în principal din lămpi care eliberează lumină
în spectrul spectrului UV și vizibil, oglinzile colimatoare, un fotodet ector, o fantă și un
monochromator. Lampa UV este de obicei bazată pe deuteriu, iar lampa Vis este de
obicei din tungsten. Rotița de filtrare, care înlocuiește de obicei fanta, poate fi rotită și
astfel modifică intervalul de lungime de undă caracteristic luminii care trece prin sondă.
Lumina care provine din eșantion este apoi transformată într -un semnal electric de către
fotodetector și apoi este amplificată. După aceasta, semnalul este procesat de software
și apoi este afișat într -o formă spectrală.

Pop Maria Sinteza și caracterizarea nanoparticulelor magnetice acoperite cu aur (Fe 3O4@Au)

19 Spec troscopia UV -Vis nu poate oferi o structură detaliată structurală și nu este
un instrument de identificare pură, dar poate fi utilizată în mod eficient în studiile de
stabilitate sau în procesele de determinare a co ncentrațiilor de proteine [29].

III.2. Microscopul Electronic cu Transmisie
Caracterizarea morfologică a nanoparticulelor va fi efectuată cu ajutorul unui
microscop electronic de transmisie, așa cum se poate vedea în Figura III.1 de mai jos :

Figura III.1. Schema microscopului electronic de transmisie
Microscopia TEM utilizează un principiu destul de simplu. Folosește un fascicul
concentrat de electroni care sunt accelerați în sonda foarte subțire, electronii trecând
prin sondă și interacționând cu ea.
Deoarece electronii au o lungime de undă Broglie mică, microscoapele
electronice au o rezoluție mai mare decât rezoluția microscoapelor clasice. Prin urmare,

Pop Maria Sinteza și caracterizarea nanoparticulelor magnetice acoperite cu aur (Fe 3O4@Au)

20 microscopul cu transmisie electronică poate furniza imagini ca re au detalile fine
comparabile cu o singură coloană de atomi. Pentru ca imaginea să se formeze,
electronii care ies din sonda trebuie poziționați corect pe placa fotografică. Intensitatea
observată a electronului poate fi determinată utilizând următoarea formulă:
(1)
Din această ecuație , se poate observa că imaginea analizată depinde de
amplitudinea fasciculului și de faza electronilor. Pentru ca o imagine să aibă o rezoluție
mai mare, electronii trebuie să aibă energii mai mari, iar sonda trebuie să fie mai
subțire. Sonda modifică faza undei electronice grosimea determinând astfel o imagine
cât mai clară.

III.3. Zetasizer Nano
Instrumentele din aria Zetasizer (figura III.2) sunt în general utilizate pentru a
măsura dimensiunile particulelor și a moleculelor care pot avea în diametru și mai puțin
de un nanometru utilizând împrăștierea luminoasă și potențalul Zeta prin împrăștierea
luminii electroporetice. Tehnica utilizată în această lucrare este DLS – Dynamic Light
Scattering, tehnică non -invazivă ce oferă informații despre caracteristicile moleculelor,
nanoparticulelor sau particulelor dispersate sau dizolvate intr -un lichid, în general apă.

Figura III.2. Aparatul Zetasizer Nano utilizat

Pop Maria Sinteza și caracterizarea nanoparticulelor magnetice acoperite cu aur (Fe 3O4@Au)

21 În practică, particulele suspendate într -un lichid nu sunt niciodată staționare.
Particulele se mișcă constant datorită mișcării browniene. Miscarea Browniană este
mișcarea particulelor datorită coliziunii întâmplătoare cu moleculele lichidului care
înconjo ară particula. O caracteristică importantă a mișcării browniane pentru DLS este
aceea că particulele mici se mișcă rapid și particulele mari se mișcă mai încet. Relația
dintre dimensiunea unei particule și viteza sa datorată mișcării browniene este definit ă
în ecuația lui Stokes -Einstein. Pe măsură ce particulele sunt în mod constant în
mișcare, lumina împraștită va avea o fază constructivă și distructivă ce va determina
creșterea sau diminuarea intensității zonelor luminoase și întunecate; altfel spus, la un
anumit punct intensitatea pare să fluctueze. Sistemul Zetasizer Nano măsoară rata
intensității fluctuație și apoi utilizează acest lucru pentru a calcula dimensiunea
particulelor după cum se observă in figura III.3 de mai jos.

Figura 0.1.3 Principiul fizic utilizat de aparatul Zetasizer Nano
Analiza acestor fluctuații de intensitate determină viteza mișcării browniere și,
prin urmare, dimensiunea particulelor utilizând relația Stokes -Einsten. [30]

III.4. NanoSight
Seria de instrumente NanoSight (figura III.4) utilizează analiza de urmărire a
nanoparticulelor pentru a caracteriza nanoparticulele ce au diametrul cuprins între 10
nm – 2000 nm. Fiecare particulă este analizată individual, dar simultan, prin observații
directe ale difuziei. Această metodologie par ticulă -cu-particulă oferă rezultate de înaltă
rezoluție pentru distribuția și concentrația particulelor. Pe lângă dimensiunea și

Pop Maria Sinteza și caracterizarea nanoparticulelor magnetice acoperite cu aur (Fe 3O4@Au)

22 concentrația particulelor, agregarea proteinelor și vâscozitatea pot fi de asemenea
analizate, în timp ce un marker de fluoresc ență asigură detectarea particulelor marcate.

Figura 0.1.4 Aparatul NanoSight utilizat

Măsurarea dimensiunii este o metodă de vizualizare și analiză a particulelor în
lichide, care corelează viteza mișcării browniene cu dimensiunea particulelor. Rata de
mișcare a particulelor este legată de vâscozitatea lichidului, de temperatura și
dimensiunea particulei și nu este influențată de densitatea particulelor sau de indicele
de refracție. Particulele conț inute în eșantion sunt vizualizate în virtutea luminii pe care
o împrăștie atunci când sunt iluminate de lumina laser (figura III.5). Lumina împrăștiată
de particule este capturată utilizând o cameră digitală științifică, iar mișcarea fiecărei
particule es te urmărită de la un cadru la altul prin software -ul special dezvoltat. Această
rată a mișcării particulelor este legată de o rază hidrodinamică sferică echivalentă
calculată prin ecuația Stokes -Einstein. Tehnica calculează dimensiunea particulelor,
depăși nd punctele slab inerente prin tehnicile ansamblului. De asemenea,
deoarecebaza analizei este video, este posibilă o caracterizare precisă a evenimentelor
în timp real, cum ar fi agregarea și dizolvarea.

Pop Maria Sinteza și caracterizarea nanoparticulelor magnetice acoperite cu aur (Fe 3O4@Au)

23

Figura III.5 . Principiul fizic utilizat de aparatul NanoSight
Sistemul unic de detectare a particulelor NanoSight permite măsurarea
concentrației particulelor în intervalul de diametre de 10 nm – 2000 nm în suspensie
lichidă. [31]

Pop Maria Sinteza și caracterizarea nanoparticulelor magnetice acoperite cu aur (Fe 3O4@Au)

24 IV. Metode experimentale
IV. 1. Sinteza Fe 3O4
Pentru a prepara n anoparticule de Fe 3O4, omogene în mărime și compoziție,
este necesar ca reacția să aibă loc î ntr-un mediu apos cu raportul molar Fe(II) la Fe(III)
de 1:2, valoarea pH -ul fiind cuprinsă între 11-12. Primul pas constă în combinarea a
0,85 mL soluție HCl 12,1 N cu 25 mL de apă pură deoxigenată. În soluț ia deja formată
se dizolvă succ esiv sub agitare, 5,2 g FeCl 3 și 2,0 g FeCl 2. În 250 mL soluție de NaOH
1,5 M se adaugă prin picurare soluția final ă obținută anterior. Ultimul pas generează
instant un precipitat negru intens. Substanț ele folosite se pot observa in f igura IV.1 de
mai jos:

Figura IV.1. Substanțele utilizate pentru sinteza nanoparticulelor magnetice
Paramagnetismul soluției a fost verificat prin plasarea unui magnet sub paharul
Berzelius în care se afla precipitatul neg ru de Fe 3O4 după c um se poate observa în
figura IV.2 . Precipitatul este izolat de câ mpul magnetic iar astfel, prin decantare,
supernatantul se elimină . Urmatoru l pas constă în adaugarea unei cantități de apă pură
deoxigenată în recipientul in care se află precipitatul și centrifugarea acestuia la 350
rpm. După repetarea procedurii anterioare de cel puțin trei ori, pH-ul nanoparticulelor
ajunge la valoarea de 3,5. Prin adăugarea unui ml de soluție de NaOH 1,5 M, soluția
finală de nanoparticule de Fe 3O4 are valoarea p H-ului cuprinsă în intervalul 11 -12 [12].

Pop Maria Sinteza și caracterizarea nanoparticulelor magnetice acoperite cu aur (Fe 3O4@Au)

25

Figura IV.2. Metoda de separarea a nanoparticulelor magnetice de supernatant

IV.2. Sinteza nanoparticulelor de Au
Nanoparticulele de aur (AuNPs) au fost preparate folosind 90 ml apă, 600 µl
soluție de aur (1 g HAuCl 4 dizolvată în 50 ml apă), 500 µl de soluție de glucoză (0,9 g
de glucoză d izolvată în 5 ml apă) și 1 ml 1% soluție de NaOH.
Apa, soluția de glucoză și soluția de NaOH s -au adăugat într -un pahar Berzelius
și s-au încălzit până la 50 ° C, fiind agitate viguros în același timp. Soluția de aur a fost
adăugată rapid după atingerea temperaturii dorite, nanoparticulele de aur formându -se
aproape instantaneu.

Pop Maria Sinteza și caracterizarea nanoparticulelor magnetice acoperite cu aur (Fe 3O4@Au)

26 IV.3. Acoperirea nanoparticulelor de Fe 3O4 cu Au
Nanoparticulele magnetice de Fe 3O4 au fost stabilizate cu citrat sau glucoză (în
proporție de cantitate echivalentă) iar mai apoi au fost acoperite cu aur prin diferite
metode , prezentate mai jos.
Prima probă , A, a fost preparată prin adăugarea a 20 ml Fe 3O4 Nps stabilizate
cu citrat în 40 ml H 2O pură la o temperatură t= 85 ℃. 2 ml 1 % clorură acidă de aur,
HAuCl 4, au fost adăugați la soluția preparată anterior la aceeași temperatură.
Proba B, a fost preparată asemanător cu proba A, cu excepția faptului că
nanoparticulele magnetice de Fe 3O4 au fost stabilizate cu glucoză. Prin urmare, 20 ml
de Fe 3O4 Nps stabilizate cu glucoză au fost adăugate în 40 ml H 2O pură la o
temperatură t= 85 ℃; în final, s -au adăugat 2 ml 1% de HAuCl 4.
Proba C reprezintă o extensie a probei B, astfel că în soluția deja formată au
fost adăugați 5 ml 0,1 M de glucoză și 1,5 ml 1 % de HAuCl 4 la o temperatură de 85 ℃,
coaja de aur a nanoparticulelor magnetice stabilizate cu glucoză extinzându -se pe
aproximativ întreaga suprafață a nanoparticulelor magnetice.
Proba D, a fost preparată prin adaugarea a 3 ml Fe 3O4 Nps și 3 ml Au Np s-
sintetizate prin metoda descrisă în subcapitolul IV.2.
Probele A, B, C și D au fost spălate de 3 sau 4 ori, supernatantul fiind eliminat
prin plasarea unui magnet sub recipientul în care se afla proba, dovedind astfel și
paramagnetismul nanoparticulelor. Probele finale au fost supuse metodelor de
investigare prezentate în capitolul III.
Folosind aceste pa tru metode de preparare am reușit să con trolam mărimea
nanoparticulelor. Imediat după preparare, nanoparticulele au fost caracterizate prin
spectroscopie UV -Vis și pH -ul lor a fost înregistrat. Modificările morfologiei și ale pH -ului
nanoparticulelor au fo st observate în timp.

Pop Maria Sinteza și caracterizarea nanoparticulelor magnetice acoperite cu aur (Fe 3O4@Au)

27 V. Rezultate și discuții
În acest capitol al lucrării voi prezenta și interpreta spectrele și imaginile
achiziționate probelor preparate în capitolul anterior. Metodele de investigare utilizate
sunt metodele prezentate in capitolu l III al lucrării.
1. Fe3O4 Nps
Inițial, am achiziționat un spectru UV -Vis al nanoparticulelor magnetice de Fe 3O4
preparate după sinteza prezentată (0.85 ml 12 N HCl +25 ml H 2O+ 5.2 g FeCl 3+2 g
FeCl 2; rezultatul a fost adăugat unei soluții de 250 ml 1.5 M NaOH. Solutia finala a fost
spalata de 4 ori si redispersată în 250 ml H 20). Spectrul obținut se poate observa mai
jos.

Figura V.1 Spectrul UV -Vis al Fe 3O4 Nps
Putem observa că în cazul nanoparticulelor de Fe 3O4 absorbanța are loc la peak –
ul coresp unspunzător valorii de 342 nm. În literatură, val oare optimă a absorbanței se
găsește în domeniul 300 -350 nm.

Pop Maria Sinteza și caracterizarea nanoparticulelor magnetice acoperite cu aur (Fe 3O4@Au)

28 2. Proba A (Fe 3O4@Au Nps stabilizate cu citrat)
Prima probă analizată, Proba A, constă în dispersia a 20 ml nanoparticule Fe 3O4
stabilizate cu citrat în 40 ml H 20 încalzite la 85°C. S -au adăugat 2 ml 1% HAuCl 4
lăsând soluția , timp de 20 de minute pe plită . În final nanoparticulele de Fe 3O4@Au au
fost spălate de 4 ori, supernatantul fiind astfel eliminat. Imediat după sinteza
nanoparticulelor, o probă a fost supusă caracterizării UV -Vis.

Figura V.2 Spectrul UV -Vis al Fe 3O4@Au Nps stabilizate cu citrat
În figura V.2 de mai sus, este reprezentat spectrul UV -Vis al nanoparticulelor de
Fe3O4@Au stabilizate cu citrat. Se observ ă cele două peak -uri importante ale
absorbanței, primul la valoarea de 351 nm corespunzător oxidului de fier, iar cel de -al
doilea la 545 nm cores punzător aurului. După prima metodă de investigație putem
afirma că nanoparticulele magnetice sunt parțial acoperite cu aur.

Pop Maria Sinteza și caracterizarea nanoparticulelor magnetice acoperite cu aur (Fe 3O4@Au)

29 3. Fe3O4 Nps stabilizate cu glucoză
Nanoparticulele magnetice de Fe3O4 au fost stabilizate cu glucoză (cantități
echivalente de nanoparticule magnetice și soluție de glucoză 0,1 M) și caracterizate cu
ajutorul aparatu lui Zetasizer (prepararea probei a constat în diluția a 100 µl
nanoparticule în 10 ml H 2O). În figurile putem observa rezultatele obținute cu privire la
diametrul și potențialul zeta al nanoparticulelor magnetice.

Figura 0.1.3 Distribuția mărimii nanoparticulelor de Fe 3O4 stabilizate cu glucoză în
funcție de numărul acestora
În figura V.3 sunt prezentate rezultatele cu privire la diametrul nanoparticulelor
magnetice de Fe3O4 stabilizate cu glucoză. S e observă faptul că cele două picuri sunt
la valori diferite, având o diferență de mărime în diametru mare. Pe de altă parte
procentajele sau numă rul de nanoparticule al celod două grupe este aproximativ
același. In cazul primul ui vârf, corespunzător valor ii de 710,1 nm, deviația standard (St.
Dev) este una foarte mare (75,15), în timp ce cel de -al doilea vârf, corespunzător valorii
de 167,5 nm, deviația standard este mult mai mică (13,74 nm).

Pop Maria Sinteza și caracterizarea nanoparticulelor magnetice acoperite cu aur (Fe 3O4@Au)

30
Figura 0.2.4 Distribuția potențialului zeta al nanoparticulelor de Fe 3O4 stabilizate cu
glucoză
Potențialul zeta reprezintă diferența de potențial dintre mediul de dispersie și
stratul staționar atașat de particula dispersată . Potențialul zeta este un indicator -cheie
al stabilității dispersiilor coloidale. Mărimea potențialului zeta indică gradul de repulsie
electrostatică între particulele adiacente, dintr-o soluție . Pentru moleculele și particulele
suficient de mici, un potențial zeta ridicat va conferi stabilitate, adică soluția va rezista
agregării. După cum putem observa în figura V.4 , nanoparticulele magnetice de Fe 3O4
stabilizate cu glucoză, prezintă un potențial zeta cu o valoare corespunzătoare primului
peak, de -20,5 mV cu o deviație st andard neglijabilă . Valoarea potențialului zeta
obținută ne confirmă faptul că nanoparticulele sunt stabile.

Pop Maria Sinteza și caracterizarea nanoparticulelor magnetice acoperite cu aur (Fe 3O4@Au)

31 4. Proba B ( Fe3O4@Au Nps stabilizate cu glucoză)
Proba B constă în dispersia a 20 ml nanoparticule Fe 3O4 stabilizate cu glucoza în
40 ml H 20 încalzite la 85°C. S -au adăugat 2 ml 1% HAuCl 4 lăsând după soluția, timp de
20 de minute pe plită. Culoarea s -a schimb at în primele 10 minute de la un negru intens
la un roșu -cărămiziu. În final nanoparticulele de Fe 3O4@Au au fost spălate de 4 ori,
supern atantul fiind astfel eliminat. Imediat după sinteza nanoparticulelor, o probă a fost
supusă caracterizării UV -Vis.

200 300 400 500 600 700 800 9001.01.11.2
572Abs
wavenumber(nm)

Figura V .5 Spectrul UV -Vis al Fe 3O4@Au Nps stabilizate cu glucoză
Spectul rezultat prezintă două peak -uri ale absorbanței, după cum putem
observa în figura V.5 . Primul peak, corespunzător valorii aproximative de 400 nm, este
datorat absorbției nanoparticulelor de Fe 3O4 , în timp ce cel de -al doilea peak,
corespunzător valorii de 572 nm, este datorat absorției aurului.

Pop Maria Sinteza și caracterizarea nanoparticulelor magnetice acoperite cu aur (Fe 3O4@Au)

32 Imaginile TEM obținute, susțin ipoteza că nanoparticulele magnetice au fost
parțial acoperite cu aur după cum putem observa în imaginile de mai jos.
Figura V.6 Imagine TEM a probei de Fe 3O4@Au stabilizată cu glucoză

Pop Maria Sinteza și caracterizarea nanoparticulelor magnetice acoperite cu aur (Fe 3O4@Au)

33 Figura V.7 . Imagine TEM a probei de Fe 3O4@Au stabilizată cu glucoză
Figurile V.6 și V.7 reprezintă imagini TEM ale nanoparticulelor de Fe3O4@Au ,
înregistrate la câ teva zile după sinteza acestora. Se po ate observa paramagnetis mul
nanoparticulelor datorită conglomerării acestora dar și varietatea î n diametru.

Pop Maria Sinteza și caracterizarea nanoparticulelor magnetice acoperite cu aur (Fe 3O4@Au)

34 Figura V.8 Imagine TEM a probei de Fe 3O4@Au stabilizată cu glucoză
Figura V.9 . Spectrul corespunzător primului punct analizat din proba de Fe 3O4@Au

Pop Maria Sinteza și caracterizarea nanoparticulelor magnetice acoperite cu aur (Fe 3O4@Au)

35 Figura V.10 . Spectrul corespunzător celui de -al doilea punct analizat din proba de
Fe3O4@Au
Figura V.8 este o de asemenea o imagine TEM a nanoparticulelor , care ne
prezintă de asemenea spectrul pentru diferite puncte ale soluției dispersate. Cele mai
importante și elevante spectre în acest s cop sunt spectrele 1 și 2, corespunzătoare
imaginilor V.9 și V.10 .
Primul punct analizat din figura V.8 prezintă spectru l reprezentat în figura V.10 .
Analiza TEM ne arată un procent ridicat al prezenței fierului de 71,6%, al oxigenului de
21,4% și al aur ului de 7,0%. Putem afirma deci că în acel punct al soluției dispersate nu
a avut loc acoperirea cu aur a nanoparticulelor magnetice.
Cel de -al doilea punct analizat din figura V.8 prezintă un spectru reprezentat de
figura V.10. Putem evidenția imediat d iferența majoră față de primul punct. Aici, analiza
TEM ne arată un procent ridicat al prezenței aurului de 86,1% în timp ce oxigenul și
fierul prezintă un procentaj mult mai mic de 11,2% respectiv 2,6%. Analiza spectrală a
celui de -al doilea punct ne conf irmă faptul că nanoparticulele magnetice au fost parțial
sau complet acoperite cu aur.
Dimensiunea diametrului nanoparticulelor de Fe 3O4@Au precum și stabilirea
valorii potențialului zeta a fost determinantă prin analiza Nanosizer. Prepararea probei a
cons tat în diluția a 100 µl nanoparticule în 10 ml H 2O. Rezultatele sunt ilustrate în
figurile de mai jos.

Pop Maria Sinteza și caracterizarea nanoparticulelor magnetice acoperite cu aur (Fe 3O4@Au)

36
Figura V.11 Distribuția mărimii diametrului în funcție de numărului nanoparticulelor din
proba de Fe 3O4@Au
Distribuția mărimii diametrului a nanoparticulelor în funcție de numărul acestora
prezintă două peak -uri, la distanțe diferite dar și de procentaj diferit. Primul peak,
corespunzător valorii de 603,0 nm prezintă o deviație standard de 81,11 nm, având un
procentaj de două ori mai mare față de cel de -al doilea peak, corespunzător valorii de
151,9 nm, cu o deviație standard de 11,15%.

Figura V.12 .Insumarea distribuțiilor mărimilor diametrului în funcție de numărului
nanoparticulelor din proba de Fe 3O4@Au

Pop Maria Sinteza și caracterizarea nanoparticulelor magnetice acoperite cu aur (Fe 3O4@Au)

37 Figura V.12 prezintă o însumare a tuturor măsurătorilor efectuate pe această
probă. Rezultatul final ne arată peak -ul corespunzător valorii de 523,1 nm la o
intensitate de 100% și cu o deviație standard de 22,81 nm.
Comparând rezultatele de la nanoparticulele de oxid de fier stabilizate cu glucoză
și nanoparticulele de fier acope rite cu aur, se poate observa că diametrul acestora a
crescut semnificativ în urma acoperirii , fapt ce susține ipoteza că acestea au fost într –
adevăr î nvelite cu aur .
Valoarea potențialului z eta se poate observa din figura V.13 de mai jos.

Figur a V.13 .Distribuția potențialului zeta din proba de Fe 3O4@Au
Potențialul zeta prezintă o valoare corespunzătoare primului peak de -12,6 mV
cu o deviație standard de 4,85 mV. Din acest punct de vedere, putem afirma faptul că
nanoparticulele de fier stabilizate cu glucoză sunt mai stabile față de nanoparticulele
magnetice acoperite cu aur , valoarile potențialului zeta fiind de -20,5 mV, respectiv –
12,6 mV.

Pop Maria Sinteza și caracterizarea nanoparticulelor magnetice acoperite cu aur (Fe 3O4@Au)

38 5. Proba C (Fe 3O4@Au Nps stabilizate cu glucoză – a doua a coperire
cu aur)
Datorită faptului că proba B, adică nanoparticulele de Fe 3O4@Au stabilizate cu
glucoză, au prezentat interes, următorul pas a fost acela de a încerca o a doua
acoperire sau o completare a coajei de aur deja formată. Astfel, peste o parte din proba
B au fost adăugați 5 ml 0,1 M de glucoză și 1,5 ml 1 % de HAuCl 4 la o temperatură de
85 ℃ timp de 20 de minute. La final, proba a fost din nou spalată de trei ori și supus ă
inverstigației UV -Vis.
Figura V.14 . Spectrul UV-Vis al Fe 3O4@Au Nps acoperite cu aur de două ori
În figura V.14 putem observa spectrul caracteristic nanoparticulelor de
Fe3O4@Au acoperite de două ori cu aur. Se remarcă faptul că cele două peak -uri
corespunzătoare absorbanței fierului ș i a aurului, la valorile de 386 nm respectiv 611 nm
sunt mai proeminente față de cele prezente în spectrul nanoparticulelor de Fe 3O4@Au
acoperite doar o singură dată.

Pop Maria Sinteza și caracterizarea nanoparticulelor magnetice acoperite cu aur (Fe 3O4@Au)

39 Morfologia particulelor au fo st observate prin TEM, i magini prezentate în figura
V.15 și figura V .16. Fotografiile TEM au arătat nanoparticule sferice de oxid de fier care
au apărut ca pete adânci întunecate în jurul acestora observându -se coaja de aur
formată . De asemenea putem observa o creștere consideranbilă în diametru a
acestora .

Figura V.15 Imag ine TEM a Fe 3O4@Au de două ori

Pop Maria Sinteza și caracterizarea nanoparticulelor magnetice acoperite cu aur (Fe 3O4@Au)

40
Figura V.16 Imagine TEM a Fe 3O4@Au de două ori

Figur a V.17 Imagine TEM a Fe 3O4@Au de două ori ce ne oferă spectre în diferite
puncte ale soluției

Pop Maria Sinteza și caracterizarea nanoparticulelor magnetice acoperite cu aur (Fe 3O4@Au)

41 Figura V.17 reprezintă de asemenea o fotografie TEM a soluției de
nanoparticule. Soluția s -a caracterizat din punct de vedere chimic în mai multe puncte.
Cele mai relevante spectre rezultate sunt spectrele corespunzătoare punctelor 8 și 9
după cum putem observa în fi gurile de mai jos.

Figura V.18 .Analiza spectrală a punctului corespunzător numărului 8 din proba de
Fe3O4@Au
Spectrul corespunzător punctului de referință 8, ne arată un procent al prezenței
apropiat de aur și fier, și anume 45,1% respectiv 38,4%. Analiza spectrală a acestui
punct confirmă acoperirea parțială cu aur a nanoparticulelor magnetice.

Figura V.19 .Analiza spectrală a punctului corespunzător nr. 9 din proba de Fe 3O4@Au

Pop Maria Sinteza și caracterizarea nanoparticulelor magnetice acoperite cu aur (Fe 3O4@Au)

42 Figura V.19 reprezintă analiza spectrală a punctului 9 din proba de Fe 3O4@Au. Se
observă un procent al prezenței aproximativ egal între aur și fier diferen ța fiind de 1,5%.
Acestă analiză ne confimă o oarecare omogenitate a soluției, astfel că putem afirm a că
toate n anoparticulele magnetice au fost parțial sau complet acoperite cu aur.

Figura V.20 Imagine TEM a nanoparticulelor magnetice acoperite cu aur
Imaginea V.20 de mai sus, reprezintă o fotografie TEM a nanoparticulelor
magnetice acoperite cu aur de două ori. Putem observa că fiecărui element i s -a atribuit
o culoare specifică după cum urmează: oxigen -albastru, aur -roșu și fier -portocaliu.
Putem observa cum în unele zone, culorile corespunzătoare aurului și fierului, și anume
portocaliu și roșu, se suprapun. Ac est lucru dovedește faptul că o mare parte din
nanoparticulele magnetice sintetizate au fost parțial sau chiar complet acoperite cu aur.

Pop Maria Sinteza și caracterizarea nanoparticulelor magnetice acoperite cu aur (Fe 3O4@Au)

43 6. Proba D (Fe 3O4 Nps + Au Nps)
Ultima proba preparată, proba D, constă în combinarea simplă dintre
nanoparticulele magnetice de Fe 3O4 și nanoparticulele de Au sintetizate dupa metoda
prezentată în subcapitolul IV.2. Spectrul UV -Vis al nanoparticulelor de aur prezintă un
peak corespunzător absorbanței acestuia la valoarea de 540 nm , dupa cum putem
observa în imaginea V.21 de mai jos.
200 300 400 500 600 700 800 9000.00.51.0
540Abs
wavenumber(nm)

Figura V.21 Spectrul UV -Vis al nanoparticulelor de aur

Pentru prepararea probei s -a folosit un raport masic echivalent de 3 ml, soluția fiind
încălzită timp de 20 de minute la 85 ℃. După acest timp, proba a fost spălată de 3 ori și
supusă caracterizării UV -Vis.

Pop Maria Sinteza și caracterizarea nanoparticulelor magnetice acoperite cu aur (Fe 3O4@Au)

44
Figura V.22 . Spectrul UV -Vis al probei D de Fe 3O4@Au
Spectru UV -Vis al probei D, prezintă două peak -uri, cel mai evidențiat fiind
corespunzător valorii de 539 nm, valoare a absorbanței ce ne confirmă prezența
nanoparticulelor de aur. În acest caz, nu există acoperire cu aur a nanoparticulelor ci
doar o alipire a acestora datorată deplasării benzii plasmonice.
Pentru mai multe detalii proba a fost caracterizată prin zetasizer si nanosight
probele fiind preparate prin combinarea a 100 µl de nanoparticule și 10 ml de H 2O.

Pop Maria Sinteza și caracterizarea nanoparticulelor magnetice acoperite cu aur (Fe 3O4@Au)

45
Figura V.23 . Concentrația soluției de nanoparticule în funcție de mărimea acestora
În figura V.23 de mai sus sunt prezentate rezultatele obținute după
caracterizarea nanosight a probei D. Datorită faptului că deviația standard (SD) are o
valoare foarte ridicată, respectiv 81,3 nm, proba este polidispersă. Se evidențiază de
asemenea faptul că nanoparti culele cu o valoare a diametrului de aproximativ 65 nm au
cea mai mare concentrați e (particule/ml). Există și alte valori ale diametrului
nanoparticulelor pentru care concentrația este relativ mare și anume 110 nm și 208 -251
nm.
În același timp proba a fos t supusă caracterizării zetasizer. Rezultatele se pot
observa în figura V.24 de mai jos. Peak -ul corespunzător valorii de 55,21 prezintă o
valoare medie a diametrului nanoparticulelor cu o deviație standard de 3,986 nm.

Pop Maria Sinteza și caracterizarea nanoparticulelor magnetice acoperite cu aur (Fe 3O4@Au)

46
.

Figur a V.24 Distribuția mărimii d iametrului în funcție de numărul nanoparticulelor

Pop Maria Sinteza și caracterizarea nanoparticulelor magnetice acoperite cu aur (Fe 3O4@Au)

47 VI. Concluzii
Analiza datelor din literatură , referitoare la nanoparticule în general și
nanoparticule magnetice de fier acoperite cu aur în special a permis definirea noțiunilor
de bază, evidențierea realizărilor recente și identificarea provocărilor actuale în
domeniu. Astfel, scopul acestei lucrări a fost de a obține și caracteriza nanoparticule
magnetice de Fe 3O4@Au plecând de la sărurile fierului, optimizarea metodelor de
preparare și identificarea potențialului aplicativ. Metodele chimice de preparare a
nanoparticulelor de Fe3O4@Au s-au dovedit a fi extrem de eficiente datorită posibilității
de a utiliza diferiț i agenți de stabilizare și de a prepara nanoparticule de dimensiuni și
forme controlate .
Nanoparticulele de oxid de fier și nanoparticulele de oxid de fier acoperite cu aur
au fost sintetizate cu succes. Rezultatele obținute prin spectrometria UV -Vis au
confirmat acoperirea cu aur a nanoparticulelor, dimensiunile acestora fiind determinate
prin microscopia electronică de transmisie (TEM) dar și prin rezultatele Nanosight și
Zetasizer obținute.
În concluzie, nanoparticulele magnetice acoperite cu aur oferă un mare potențial
pentru aplicațiile biotehnologice și biomedicale în viitorul apropiat, în special pentru
imagistica medicală, biodetecție, livrare de medicamente și bioseparare magnetică.

Pop Maria Sinteza și caracterizarea nanoparticulelor magnetice acoperite cu aur (Fe 3O4@Au)

48 Referin țe
[1] Schwertmann U. Cornell RM., The Iron Oxides: Structure, Properties, Reactions, Occurences and
Uses , 703rd ed.: Wiley -VCH. Weinheim: Wiley -VCH, 2004.
[2] Sirbu D., Tugui C., Stiubianu G., Sacarescu L., Cozan V., Zeleňáková A., Čižmár E., Feher A.,
Cazacu M . Iacob M., "Superparamagnetic amorphous iron oxide nanowires self -assembled into
ordered layered structures," RSC Advances , vol. 5, pp. 62563 -6257, 2015.
[3] C. D. Nenitescu, Chimie generală , Editura didactică și pedagocică București, Ed. București, 1979 .
[4] Browning N.D. Erni R., "Quantification of the size -dependent energy gap of individual CdSe quantum
dots by valence electron energy -loss spectroscopy," Ultramicroscopy , vol. vol.107 (2 -3), pp. p. 267 –
273., 2007.
[5] Salabas E.L., Schüth F. Lu A -H., "Magnetic nanoparticles: synthesis, protection, functionalization,
and application," Angewandte Chemie (International ed. in English) , vol. vol. 46 (8), pp. p. 1222 –
1244, 2007.
[6] Balaev D.A., Semenov S.V. Kirillov V.L., "Size control in the formation of magnetite nanoparticles in
the presence of citrate ions," Materials Chemistry and Physics , vol. vol. 145 (1 -2), no. p. 75 -81, 2014.
[7] Kameli P., Ranjbar M Mosleh Z., "Effect of annealing temperature on structural and magnetic
properties of BaFe12O19 hexaferrite nanoparticles," Ceramics International , vol. vol. 40 (5), pp. p.
7279 -7284, 2014.
[8] Melnic S., Prodius D. Turta C., "Sunflowe r oil coating on the nanoparticles of iron(III) oxides,"
Inorganic Chemistry Communications , vol. vol. 13 (12), pp. p. 1402 -1405, 2010.
[9] Grinblat J., Margel S. Amara D., "Solventless thermal decomposition of ferrocene as a new approach
for one -step syn thesis of magnetite nanocubes and nanospheres," Journal of Materials Chemistry ,
vol. vol. 22 (5), pp. p. 2188 -2195, 2012.
[10] Chen X.Y., Wang B.N Zhang Z.J., "Hydrothermal synthesis and self -assembly of magnetite (Fe3O4)
nanoparticles with the magnetic a nd electrochemical properties," Journal of Crystal Growth , vol. vol.
310 (24), pp. p. 5453 -5457, 2008.
[11] Yu J., Liu N. Khalil M., "Hydrothermal synthesis, characterization, and growth mechanism of hematite
nanoparticles," Journal of Nanoparticle Resear ch, vol. vol. 16 (4), pp. p. 2362 -2372, 2014.
[12] Y. S., S. Risbud, J. F. Rabolt and P. Stroeve Kang, "Synthesis and Characterization of Nanometer –
Size Fe3O4 and γ -Fe2O3 Particles," Chemistry of Materials 8(9) , pp. p. 2209 -2211.
[13] He Q., Jiang C. Wu W., "Magnetic iron oxide nanoparticles: synthesis and surface functionalization
strategies," Nanoscale research letters , vol. vol. 3 (11), pp. p. 397 -415, 2008.
[14] Elise Chaffin, Yongmei Wang and Xiaohua Huang Elyahb Allie Kwizera, "S ynthesis and properties of
magnetic -optical core –shell nanoparticles," RSC Adv , vol. 7, pp. 17137 -17153, 2017.
[15] C. Cao and S. J. Sim T. T. H. Pham, J. Magn. Magn. Mater , vol. 302, p. 2049, 2008.
[16] K. L. Yao, D. Xi, Z. L. Liu, X. P. Luo and Q. Ning Q. H. Lu, J. Magn. Magn. Mater. , vol. 301, p. 44,

Pop Maria Sinteza și caracterizarea nanoparticulelor magnetice acoperite cu aur (Fe 3O4@Au)

49 2006.
[17] S. O. Raja, M. Sardar, N. Gayathri, B. Ghosh and A. Dasgupta S. Banerjee, J. Appl. Phys. , vol. 109,
p. 123903, 2011.
[18] R. Tavallaie, L. Sandiford, R. D. Tilley, J. J. Gooding S. S. Moraes, "Gold coated magnetic
nanoparticles: from preparation to surface modification for analytical and biomedical applications,"
Chem. Commun , vol. 52, pp. 7528 -7540, 2016.
[19] Yan-Yan Jin, Jian-Chao Si, Ming -Li Peng, Xiao -Fang Wang , Chao Chen , Ya -Li Cui Yan Xing,
"Controllable synthesis and characterization of Fe3O4/Au composite nanoparticles," Journal of
Magnetism and Magnetic Materials , vol. 380, pp. 150 -156, 2015.
[20] S. Kundu, S. K. Ghosh, S. Panigrahi, T. K. Sau, S. M. Yusuf and T. Pal M. Mandal, J. Colloid
Interface Sci , vol. 286, p. 187, 2005.
[21] Yeoh G.H., Lim S.H Lee A., "Investigation of the effect of magnetic field on ferrofluid in
microelectromechanical devices (MEMS)," Fourth International Conference on Smart Materials and
Nanotechnology in Engineering. Gold Coast , p. 879316, 2013.
[22] T. R. Pisanic II and S. Jin V. I. Shubayev, Adv. Drug Delivery , vol. 61, p. 467, 2009.
[23] D.L., Zhang, H.L., Zeng, X.W. Zhao, Biomed . Mater. , vol. 1, p. 198, 2006.
[24] T. K. Sarma, H. Cabral, S. Kaida, M. Sekino, N. Herlambang, K. Osada, M. R. Kano, N. Nishiyama
and K. Kataoka M. Kumagai, Macromol. Rapid Commun. , vol. 31, pp. 1521 -1528, 2010.
[25] G. Lin, L. J. Wang, H. Starring, S. R. Mishra, G. Liu and X. H. Huang S. Bhana, ACS Appl. Mater.
Interfaces , vol. 7, pp. 11637 -11647, 2015.
[26] R. F. J. M. Laan, H. J. Blom, R. A. De Abreu and L. B. A. van de Putte A. E. van Ede, Semin. Arthritis
Rheum , vol. 27, pp. 277 -292, 998.
[27] S. M. Lee, K. H. Park, C. H. Mun, Y. B. Park and K. H. Yoo H. J. Kim, Biomaterials , vol. 61, pp. 95 –
102, 2015.
[28] Iacob Mihail, "Sinteza nanoparticulelor oxizilor metalici din precursori clusteri ai fierului și
caracterizarea lor," , Chisinau, Moldova, 2016, pp. 18 -41.
[29] e.a., Skoog, "Principles of Instrumental Analysis," Thomson Brooks/Cole. , vol. 6, 2007.
[30] https://www.chem.uci.edu/~dmitryf/manuals/Fundamentals/DLS%20measurement%20principles.pdf.
[31] https://www.atascientific.com.au/wp -conte nt/uploads/2017/01/NanoSight.pdf.

Pop Maria Sinteza și caracterizarea nanoparticulelor magnetice acoperite cu aur (Fe 3O4@Au)

50

Declarație

Prin prezenta declar că Lucrarea de licență cu titlul ,,Sinteza și caracterizarea
nanoparticulelor magnetice acoperite cu aur (Fe 3O4@Au)” este scrisă de mine și nu a
mai fost prezentată niciodată la o altă facultate sau instituție de învățământ superior din
țară sau străinătate. De asemenea, declar că toate sursele utilizate, inclusive cele de pe
Internet, sunt indicate în lucrare, cu respe ctarea regulilor de evitare a plagiatului.

Cluj-Napoca Absolvent:
20.06.2018 Pop Maria