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UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PAVIA FACOLTÀ DI SCIENZE MATEMATICHE FISICHE NATURALI Stage Estivo 2011 ITIS Giulio Natta, Bergamo SINTESI E FUNZIONALIZZAZIONE.

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1 UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PAVIA FACOLTÀ DI SCIENZE MATEMATICHE FISICHE NATURALI Stage Estivo 2011 ITIS Giulio Natta, Bergamo SINTESI E FUNZIONALIZZAZIONE DI NANOPARTICELLE ANISOTROPICHE DI ORO Università di Pavia Dipartimento di Chimica Laboratorio InLab Responsabile: Chiar.mo Prof. Piersandro Pallavicini Tutor: Dott.ssa Alice Donà Responsabile Scolastico: Chiar.mo Prof. Ilario Amboni, ITIS G.Natta Autori: Simone Mangili, ITIS G.Natta Lorenzo Grigis, ITIS G.Natta

2 Introduzione LE NANOTECNOLOGIE

3 Le proprietà spettroscopiche delle nanoparticelle dipendono dalla forma, dalle dimensioni e dal materiale di cui sono costituite le particelle LE NANOPARTICELLE METALLICHE Introduzione RODSSTARS Non solo sfere…

4 Introduzione Perché sintetizzare oggetti anisotropici ? Come abbiamo visto nella slide precedente le nanoparticelle anisotropiche di oro assorbono luce nella regione del vicino infrarosso dove tessuti, sangue e acqua consentono un elevata trasmissione di radiazioni elettromagnetiche. Nanoparticelle asimmetriche potranno quindi assorbire radiazione elettromagnetica anche se posizionate all’interno del corpo umano. Una volta irraggiate, esse convertono in modo efficiente l’energia assorbita in calore utilizzabile per distruggere cellule tumorali o infezioni batteriche resistenti ai farmaci posizionate in profondità (terapia fototermica)

5 Sintesi SINTESI DELLE NANOSFERE : SINTESI DI NANOPARTICELLE ANISOTROPICHE : Metodo seed growth Come agenti stabilizzanti si utilizzano tensioattivi Soluzione di tensioattivo ( CTAB) SEED: piccole particelle sferiche (diametro inferiore a 5nm)

6 Tensioattivi CHE COSA E’ IL TENSIOATTIVO: Molecola anfifilica con elevate capacità di adsorbimento sulle superfici Coda idrofobicaTesta idrofilica In acqua a concentrazioni superiori della CMC ( concentrazione micellare critica) le molecole di tensioattivo si auto-organizzano in aggregati chiamati micelle

7 Tensioattivi CLASSI DI TENSIOATTIVI: Cationici Anionici Zwitterionici Non-ionici TritonX-100 Tween-20 Tween-40

8 Tensioattivi Studio delle dimensioni degli aggregati micellari tramite DLS ( Dynamic Light Scattering) La tecnica permette di determinare il raggio idrodinamico degli aggregati micellari

9 Tensioattivi raggio idrodinamico Tx1009,5nm Tween-207,2nm Tween-408,0nm

10 5ml TritonX-100 0,2M 250µL soluzione AgNO 3 0,004M 5mL di HAuCl 4 0,001M Mescolare per omogenizzare, soluzione diventa incolore Mescolare per omogenizzare 140/ 250µL di acido ascorbico 0,0788M Sintesi con TritonX-100 Aggiunta 12µL del Seed

11 Sintesi con TritonX-100 [Acido ascorbico] = 1.1· M [Acido ascorbico] = 2· M TEM SPETTRI UV-Vis L’aumento della concentrazione dell’acido ascorbico nella soluzione di crescita permette di spostare entrambe le bande verso il rosso. Questo è connesso ad un aumento dell’Aspect Ratio degli oggetti.

12 Sintesi con Tween 20/40 [Acido ascorbico] = 2· M TWEEN-20TWEEN-40 SPETTRI UV-Vis TEM

13 Funzionalizzazione PEG SH A che scopo? Per rendere le particelle biocompatibili Per aumentarne la stabilità Protocollo di funzionalizzazione: Preparazione campioni con TritonX-100 secondo le modalità riportate precedentemente Aggiunta di PEG 2000 –SH 5 *10 -5 M Decorso della reazione per 1h con agitatore magnetico Ultracentrifugazione ( rpm, 15min) per ottenere deposito particelle Eliminazione surnatante (contenente reagenti in eccesso, esempio TritonX-100) Aggiunta 10mL acqua bidistillata PEG NO PEG

14 Funzionalizzazione HS-PEG 3000 –NH 3 + A che scopo? Per introdurre un nuovo gruppo funzionale sulle particelle Per ottenere particelle cariche (applicazioni elettroforetiche) HS-PEG 3000 –COO -

15 Mean (mV)Area(%)Width (mV) Peak+13,6100,011,9 Funzionalizzazione HS-PEG 3000 –NH 3 + HS-PEG 3000 –COO - E’ stato seguito lo stesso protocollo di funzionalizzazione utilizzato per il PEG-SH Dopo la procedura di ultracentrifugazione il precipitato solido è stato ripreso con una soluzione acquosa a pH3 per assicurare la protonazione del gruppo amminico La carica delle particelle è stata verificata tramite misure di Z-Potential (ZetaSizer Nano ZS90) E’ stato seguito lo stesso protocollo di funzionalizzazione utilizzato per il PEG-SH Dopo la procedura di ultracentrifugazione il precipitato solido è stato ripreso con una soluzione acquosa a pH8 per assicurare la deprotonazione del gruppo carbossilico La carica delle particelle è stata verificata tramite misure di Z-Potential (ZetaSizer Nano ZS90) Mean (mV)Area(%)Width (mV) Peak -27,3100,07,57

16 Conclusioni Abbiamo sviluppato una nuova metodica seed-growth per la sintesi di nanoparticelle anisotropiche di oro con proprietà di assorbimento nella zona del vicino infrarosso. Il nostro lavoro di ricerca ha portato per la prima volta all’ottenimento di nanoparticelle asimmetriche tramite l’utilizzo di tensioattivi non ionici. Siamo stati in grado di funzionalizzare gli oggetti preparati con molecole in grado di impartire una carica positiva o negativa per variare in modo controllato le proprietà elettrostatiche delle nanoparticelle. Gli oggetti ottenuti sono potenziali candidati per diverse applicazioni in ambito biomedico: terapia fototermica e drug delivery.


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