Author(s): Silva, Manuel António Martins da
Date: 2011
Persistent ID: http://hdl.handle.net/10773/7746
Origin: RIA - Repositório Institucional da Universidade de Aveiro
Subject(s): Química; Nanopartículas; Nanocompósitos; Metais preciosos; Semicondutores; Química de superfícies
O objectivo geral desta tese foi investigar diversas estratégias de síntese de nanocompósitos híbridos de matriz polimérica, contendo nanopartículas inorgânicas com funcionalidades diversas. O interesse nestes nanocompósitos multifuncionais consiste no enorme potencial que apresentam para novas aplicações tecnológicas, tais como em optoelectrónica ou em medicina. No capítulo introdutório, apresenta-se uma revisão das propriedades de nanopartículas inorgânicas e nanoestruturas obtidas a partir destas, métodos de preparação e de modificação química superficial, incluindo a formação de nanocompósitos poliméricos, bem como a aplicação destas nanoestruturas em medicina e biologia. O estudo das propriedades de nanopartículas de ouro é um importante tema em Nanociência e Nanotecnologia. As propriedades singulares destas NPs apresentam uma estreita relação com o tamanho, morfologia, arranjo espacial e propriedades dieléctricas do meio circundante. No capítulo 2, é reportada a preparação de nanocompósitos utilizando miniemulsões de poli-estireno (PS) e poli-acrilato de butilo (PBA) contendo nanopartículas de ouro revestidas com moléculas orgânicas. As propriedades ópticas destas estruturas híbridas são dominadas por efeitos plasmónicos e dependem de uma forma crítica na morfologia final dos nanocompósitos. Em particular, demonstra-se aqui a possibilidade de ajustar a resposta óptica, na região do visível do espectro, através do arranjo das nanopartículas na matriz polimérica, e consequentemente o acoplamento plasmónico, utilizando nanopartículas resultantes da mesma síntese. Na generalidade, é reportada aqui uma estratégia alternativa para modificar a resposta óptica de nanocompósitos, através do controlo da morfologia do compósito final face à estratégia mais comum que envolve o controlo das características morfológicas das partículas metálicas utilizadas como materiais de partida. No Capítulo 3 apresentam-se os resultados da preparação de vários compósitos poliméricos com propriedades magnéticas de interesse prático. Em particular discute-se a síntese e propriedades magnéticas de nanopartículas de ligas metálicas de cobalto-platina (CoPt3) e ferro-platina (FePt3), assim como de óxidos de ferro (magnetite Fe3O4 e maguemite g-Fe2O3) e respectivos nanocompósitos poliméricos. A estratégia aqui descrita constitui uma via interessante de desenvolver materiais nanocompósitos com potencial aplicação em ensaios de análise de entidades biológicas in vitro, que pode ser estendido a outros materiais magnéticos. Como prova de conceito, demonstrase a bioconjugação de nanocompósitos de CoPt3/PtBA com anticorpos IgG de bovino. No capítulo 4 é descrita a preparação e propriedades ópticas de pontos quânticos (“quantum dots”, QDs) de CdSe/ZnS assim como dos seus materiais nanocompósitos poliméricos, CdSe/ZnS-PBA. Como resultado das suas propriedades ópticas singulares, os QDs têm sido extensivamente investigados como materiais inorgânicos para aplicações em dispositivos ópticos. A incorporação de QDs em matrizes poliméricas é de particular interesse, nomeadamente devido ao comportamento óptico do nanocompósito final parecer estar dependente do tipo de polímero utilizado. As propriedades ópticas dos nanocompósitos foram estudadas sistematicamente por medidas de fotoluminescência. Os nanocompósitos apresentam propriedades interessantes para potenciais aplicações biológicas em diagnóstico in vitro, funcionando como sondas biológicas luminescentes.
The aim of this thesis was to investigate distinct synthetic strategies for the preparation of polymer based hybrid nanocomposites, with functional inorganic nanoparticles as fillers. The interest of these multifunctional nanocomposites relies on their enormous potential for technological applications, as in optoelectronics and in medicine. The introductory chapter is a critical review focused on the properties, synthesis methods, surface modification and application in medicine and biology of inorganic nanoparticles and their derived nanoestructures, which includes polymer based nanocomposites. The study of the properties of gold nanoparticles is an important issue in Nanoscience and Nanotechnology. The singular properties of these nanoparticles show a close relation with size, shape, spatial distribution and with the dielectric properties of the surrounding medium. In the second chapter, we report the synthesis of morphological uniform composites using miniemulsions of poly(butyl acrylate) (PBA) or poly(styrene) (PS), containing organically capped gold nanocrystals (NCs). The optical features of such hybrid structures are dominated by plasmonic effects and depend critically on the morphology of the resulting nanocomposite. In particular, we demonstrate the ability to tune the overall optical response in the visible spectral region by varying the Au NCs arrangement within the polymer matrix, and therefore the inter-particle plasmon coupling, using Au NCs resulting from the same batch of synthesis. In general, the research reported here shows a general strategy to produce optical responsive nanocomposites via control of the morphology of sub-micrometric polymer particles containing metal NCs and thus is an alternative to the more common strategy of size tuning metal nanoparticles used as the starting nano-fillers. In the third chapter, the synthesis of magnetic functional polymeric nanocomposites is reported. The synthetic method and magnetic properties of metal alloy nanoparticles (CoPt3 and FePt3), as well as iron oxide nanoparticles (magnetite Fe3O4 and maghemite g-Fe2O3) and respective polymeric nanocomposites, is discussed. The present strategy is an interesting route to develop nanocomposite materials for in vitro biological assay, which can be extended to other magnetic materials. As a proof of concept, the bioconjugation of bovine IgG antibodies to CoPt3/PtBA nanocomposites is presented. Chapter 4 reports the synthesis and optical properties of quantum dots (QDs), CdSe/ZnS as well as their derived hybrid nanocomposites of CdSe/ZnS-PBA. As a result of their unique optical properties, QDs have been extensively investigated as inorganic materials for applications in optical devices. The incorporation of QDs into polymer matrices is of particular interest, especially due to the optical behaviour of the final nanocomposite appears to be dependent on the type of polymer used. The optical properties of nanocomposites were systematically studied by photoluminescence measurements. The nanocomposites exhibit interesting properties and their potential for in vitro clinical diagnostics will be discussed.
