NANOESTRUCTURACIÓN DE NANOPARTÍCULAS MAGNÉTICAS de

DE CS/AO@Fe3O4 DISPERSAS AGUA

Los coloides estudiados en esta sección, fueron sintetizados y rotulados según el protocolo presentado en la sección 3.1.2 (Tabla 3.2).

En la sección anterior, se estudiaron NPM recubiertas con AO, las cuales presentan baja polidispersión debido el método utilizado para su síntesis. Para aplicaciones biomédicas, el recubrimiento de estas NPM deben ser modificados para permitir su resuspensión en un medio acuoso. Es decir el recubrimiento es intercambiado con una capa surfactante que sea poco tóxica e hidrófila.

Por este motivo, en esta sección se estudia la estructura de suspensiones coloides acuosas con NPM de AO@Fe3O4 recubiertas con quitosano (CS) y como esta modificación afecta las propiedades estructurales de estos coloides65_.

Para determinar el tamaño de las NPM y de las estructuras que se forman en el coloide se utilizaron las técnicas de AFM, TEM, DLS y SAXS.

Los análisis de las imágenes TEM se realizaron midiendo el diámetro de aproximadamente 200 partículas. Los histogramas obtenidos se ajustaron con una distribución gaussiana de tamaños de partícula de valor medio DTEM y desviación estándar s.dTEM, tal como se presenta en la Figura 4. 3. Además de esto, las imágenes muestran que el coloide está compuesto por partículas de CS al interior de las cuales se encuentran las NPM de AO@Fe3O4. Para la muestra HD, las NPM se encuentran formado agregados, mientras en la muestra LD las NPM se encuentran separadas unas de otras una distancia media entre superficies de 3 nm.

El radio hidrodinámico (RH) de las partículas, obtenido a partir de medidas de Dispersión de Luz (DLS), de la muestra LD es 2.4 veces mayor que para la muestra HD, (ver Tabla 4.2). Considerando que RH es una medida que incluye el tamaño de la partícula así como el arrastre que se produce entre las moléculas de la superficie de la partícula y las moléculas del agua, y puesto que la capa superficial es igual para los dos tipos de NPM, se puede decir que la capa de quitosano que rodea a las NPM es mayor para la muestra LD.

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Figura 4. 3. Imágenes TEM e histogramas con el correspondiente ajuste gaussiano obtenidos para las muestras (a, b, c) HD y (d, e,f) LD.

Los resultados anteriores son sustentados por los resultados de SAXS presentados en la Figura 4.4. Para la muestra la muestra HD se observa una disminución suave de la sección eficaz de dispersión con respecto a q, mientras que para la muestra LD se observan dos comportamientos distintos, indicados con dos flechas en la Figura 4. 4, correspondientes a la intensidad dispersada por los objetos en diferentes escalas. Para las dos muestras no se observan los máximos de intensidad, debidos a las dispersiones de orden superior, lo cual indica que existe polidispersión de tamaño en las NPM.

84 0.1 1 0.01 0.1 1 10 100 1000 0 5 10 15 20 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 HD LD Ajustes d  (q)/d  (cm -1 ) q (nm-1) 1 2 f (D) D (nm) HD LD

Figura 4. 4. Sección eficaz diferencial de dispersión de las muestras HD y LD en función del vector de onda. Las líneas continuas corresponden al ajuste obtenido con el modelo de fractal de masa. En el interior se presenta la distribución. La flechas indican la posición de los diferentes niveles de dispersión

en la muestra LD.

El análisis de los datos SAXS fue realizado teniendo en cuenta el modelo propuesto en la ecuación 118 considerando un sistema agregado para la muestra HD el cual permite determinar el tamaño. Para la muestra LD se utiliza un modelo correspondiente a un sistema de NPM aisladas (S(q) = 1 y α = 0 donde α es la fracción de partículas agregadas) pero el mismo no reproduce la totalidad de la curva, puesto que _{Σ ⁄ Ω} en la zona marcada como 1 es producida por partículas de mayor tamaño y de diferente contraste electrónico que los partículas de la zona 2. Esto significa que en la zona 1 se está observando la intensidad dispersada por las partícula de CS, mientras que en la zona 2 se observa la intensidad dispersada por las NPM de AO@Fe3O4.

De esta forma, la totalidad de la curva _Σ ⁄ _Ωpara la muestra LD se ajusta considerando dos modelos aplicados en diferentes las zonas del patrón:

Para la región 1 (q< 0.46 nm-1_{) se utilizó el modelo de Beaucage monodisperso}42 _para un solo nivel estructural, descrito por la ecuación 72. con Bs y Gs iguales a cero, del cual se obtiene el tamaño de la partícula de CS (dCS) proporcional al radio de giro (Rg) correspondiente a los objetos dispersantes de mayor tamaño en el modelo de Beaucage:

85 119. Σ Ω = [ − ] + [− ] ([ � √ ] ₎

Para la región 2 (q ≥ 0.46 nm-1_{) se consideró el modelo de partículas esféricas aisladas,} presentado en la ecuación 113 y probado para NPM en la sección anterior.

Los ajustes y sus respectivos parámetros se presentan como una línea continua en la Figura 4.4 y en la Tabla 4. 2 respectivamente.

Coloide DTEM (nm) s.dTEM (nm) DH (nm) H D  (nm) ���� (nm) s.dsaxs (nm) df ξ (nm) dCS (nm) HD 9.70 4.50 56.91 7.71 6.00 3.12 2.69 28.22 48.6 LD 4.80 2.10 134.62 18.79 3.41 1.32 --- --- 52.5

Tabla 4. 2. Propiedades estructurales: DTEM es el diámetro medio de las NPM determinado por los histogramas de TEM y s.dTEM es su desviación estándar (d.e); DH y

H D

 son el diámetro hidrodinámico y

su d.e obtenidas desde DLS. y s.dsaxs son el diámetro medio y su d.e, df es la dimensión fractal, ξ el tamaño del agregado obtenidos y dCS es el tamaño de la partícula de quitosano.

Debido a la gran diferencia entre el tamaño hidrodinámico y el tamaño de nanopartícula de CS derivado de SAXS se utilizó la técnica de microscopía de fuerza atómica (AFM) para obtener otra determinación el tamaño de la partícula de CS. Las imágenes obtenidas con este microscopio se presentan en la Figura 4. 5 en la cual se pueden observar los diferentes tamaños de partícula de las muestras HD y LD. El tamaño de partícula se mide en el eje z presentado por la barra de intensidad de color a la derecha de la figura. El diámetro promedio encontrado para cada muestra coincide con los tamaños encontrados en SAXS para la partícula de CS.

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Figura 4. 5. Imágenes tomadas con AFM de las muestras (a). HD y (b). LD.

A partir de las medidas de SAXS y AFM se puede deducir, considerando el cociente entre el volumen medio del agregado y el volumen medio de la partícula de CS, que los agregados formados en la muestra HD, ocupan en promedio el 19.5% del volumen total de la partícula. Para la muestra LD si se considera el volumen ocupado por las NPM incluyendo la separación entre ellas se obtiene un porcentaje promedio de ocupación de 12.6%. Debido a la alta polidispersión de tamaño de las NPM estos porcentajes pueden variar de una partícula de CS a otra.

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Los resultados anteriores permiten concluir que las suspensiones coloidales formadas por NPM de CS/AO@Fe3O4presentan diferente estructuración. Para el coloide HD, NPM de 9.7 nm forman estructuras agregadas de 28.2 nm, las cuales están recubiertas por una capa de quitosano. Para el coloide LD, NPM de 4.8 nm se encuentran separadas unas de otras una distancia promedio de 3 nm dentro de la partícula de CS. Estos agregados son permanentes para la muestra HD, así como la separación entre NPM permanece constante para la muestra LD. Una representación esquemática de las dos muestras se presenta en la Figura 4. 6.

Para la muestra LD fue necesario considerar que el patrón de dispersión es generado por dos tipos de objetos a diferentes escalas: la partícula de CS y las NPM. Un cambio en la escala del vector q corresponde a un cambio de escala en el tamaño de la partícula, es por esto que se asoció el patrón de dispersión a bajos valores de q a las partículas de CS y para mayores valores de q se asoció con el tamaño de las NPM polidispersas.

Figura 4. 6.Representación esquemática de las estructuras formadas por las NPM de AO@Fe3O4 dentro

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