Nanoestructuras híbridas basadas en clústeres de nanopartículas de óxidos magnéticos y carboximetil celulosa

Estrada de la Vega, Alejandro (2016) Nanoestructuras híbridas basadas en clústeres de nanopartículas de óxidos magnéticos y carboximetil celulosa. Doctorado thesis, Universidad Autónoma de Nuevo León.

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Resumen

En el presente trabajo de investigación se reporta el desarrollo de materiales híbridos nanoestructurados basados en nanoclústeres de nanopartículas de ferritas espinela MFe2O4 (M=Fe, Co y Mn) estabilizados en una matriz polimérica de carboximetil celulosa (CMC). La preparación de estos materiales se logro en tres etapas, caracterizadas por: (1) la síntesis de las nanopartículas de ferritas espinela, vía descomposición térmica, y su dispersión en medio orgánico; (2) preparación de los nanoclústeres de estas nanopartículas a partir de emulsiones tipo aceite-en-agua, en la que se uso el bromuro de cetiltrimetil-amonio (CTAB) como tensoactivo; y (3) estabilización de los nanoclústeres en CMC, vía la adición de disoluciones acuosas de este polímero en dispersiones acuosas de los clústeres. De la caracterización realizada por TEM, utilizando técnicas como campo claro, difracción de electrones y campo oscuro anular de ángulo amplio con haz de barrido, se confirmó que las nanopartículas sintetizadas presentan una estructura cristalina acorde a la reportada para la magnetita, ferrita de cobalto y ferrita de manganeso. Estas nanopartículas presentan una morfología cuasi-esférica y tamaño promedio de entre 4 y 5 nm; siendo este último dependiente de la concentración del ácido oléico y oleilamina así como de las sales orgánicas usadas en su síntesis. Asimismo, la morfología de los clústeres es dependiente de la concentración del CTAB, ya que se encontró que a concentraciones cercanas a la concentración crítica micelar del surfactante CTAB (1 mM) es posible la obtención de clústeres de nanopartículas cuasi-esféricos en los que existe un arreglo compacto de nanopartículas de las ferritas. Más aún, la cantidad de nanoclústeres agregados y la densidad de su arreglo en la matriz de CMC cambió en función de la relación CTAB:CMC; siendo mayor la cantidad de nanoclústeres ensamblados en la matriz de CMC al incrementarse su contenido en peso de la CMC. De acuerdo con los resultados obtenidos por FTIR, este fenomeno está relacionado a las interacciones entre la cabeza polar del CTAB y los carboximetilos de la CMC. Además, se encontró que las características magnéticas de los nanoclusteres obtenidos son dependientes de efectos asociadas a interacciones núcleo-superficie en las nanopartículas, pero sobre todo a interacciones entre partículas agrupadas en los nanoclústeres. De acuerdo a las medidas magnéticas realizadas, a medida que el nanoclúster aumenta en tamaño y en densidad de nanopartículas agrupadas en él, la temperatura de bloqueo de la muestra lo hace; además de que el proceso asociado a dicho desbloqueo es dependiente del “vecindario” magnético en el cual las nanopartículas se relajan. Estos vecindarios se relacionan a nanopartículas no agrupadas en nanoclústeres y aquellos asociados a las nanopartículas que componen los nanoclústeres. En consideración de lo anterior se puede concluir que mediante el uso de nanoclústeres de nanopartículas de ferritas espinela MFe2O4 (M=Fe, Co y Mn) y del polisacárido CMC como matriz polimérica es posible la preparación de materiales híbridos nanoestructurados con aplicaciones potenciales en la medicina terapéutica y de diagnóstico. Más aún, los resultados obtenidos de este proyecto de investigación indican que, a diferencia de otros procesos reportados en la literatura, mediante el proceso aquí planteado es posible disminuir sustancialmente la concentración de agentes surfactantes que promueven el ensamblaje de los clústeres magnéticos.

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