Síntese e caracterização de nanoestruturas magnéticas como agente de contraste em imagens biomédicas

Abstract

In this study we investigated the synthesis and characterization (morphological structural and magnetic) of iron oxide nanoparticles coated with dextran and functionalized with amino groups, which are useful as contrast agents for magnetic resonance imaging. For the synthesis we used the method of co-precipitation of Fe (III) and Fe (II) with ammonium hydroxide. Three batches of samples were synthesized under identical conditions. The analysis of samples from each batch revealed some differences in the stability against agglomeration and iron concentrations (ranging from 10 to 8 mg / mL). A narrow size distribution of the nanoparticles was observed by DLS (Dynamic Light Scattering) in all cases with a mean hydrodynamic diameter of about 10 nm. The mean particle size was confirmed by TEM (Transmission Electron Microscopy), images. Elemental analysis by Rutherford Backscattering Spectrometry (RBS) and Energy Dispersive Spectroscopy (EDS) revealed a structure compatible with iron oxide, and a thermal decomposition pattern dominated by the polymer coating of the particles. The magnetic properties of the particles were confirmed by Alternating Gradient Force Magnetometer (AGFM) whit reveals a vanishing hysteresis loop. Measurements of the magnetic nuclear relaxivity were performed directly in a magnetic resonance imaging (MRI) equipment Whit an MRI phantom containing samples with different concentrations of the FeNP. The study of magnetic relaxation with test objects indicated a clear effect of the FeNP or the MRI signal through the decreases and T1 and T2 in aqueous solutions. Measured relaxivities obtaining from the curves of the relaxation rate versus FeNP concentration were between 41 and 24 mM-1s-1 for r2 and 2,0 to 1,7 mM-1s-1 for r1. We conclude that the method applied in the synthesis of the FeNP was be very efficient in producing NPs with suitable properties for use as a contrast agent in MRI images.

Nesse trabalho investigou-se a síntese e caracterização morfológica, estrutural e magnética de nanopartículas de óxido de ferro, recobertas com dextran e funcionalizadas com grupos amina, úteis como uma plataforma de agentes de contraste para imageamento por ressonância magnética. Para a síntese, foi usado o método de coprecipitacão do Fe (III) e Fe (II) com hidróxido de amônio. Foram sintetizados três lotes de amostras. A análise de amostras de cada um dos lotes revelou algumas diferenças quanto à estabilidade frente a aglomeração e a concentração de ferro (variando de 8 -10 mg/mL). Foi observado por Espalhamento de Luz Dinâmico uma distribuição estreita de tamanho das nanopartículas em todos os casos, com um diâmetro hidrodinâmico médio em torno de 5-8 nm, confirmados pelas imagens de TEM (Microscopia Eletrônica de Transmissão). Através de análise de Espectroscopia de Energia Dispersiva (EDS) e Retroespalhamento Rutherford (RBS) obtivemos uma distribuição elementar compatível com a do óxido de ferro, e padrão de decomposição térmico dominado pelo recobrimento polimérico demonstrado nas curvas do análise termogravimétrica (TGA). Curvas de magnetização obtidas por um Magnetômetro de Gradiente de força Alternada (AGFM) confirmaram a característica magnética das partículas e ausência de histerese. Medidas de relaxividade magnética nuclear foram feitas diretamente num equipamento de imagens por ressonância magnética (MRI) através de um phantom contendo amostras com diferentes concentrações das nanopartículas de óxido de ferro (FeNP). O estudo da relaxação magnética em objetos teste indicou um efeito claro de perturbação do sinal pelas partículas, com diminuições do tempo de relaxação longitudinal (T1) e do tempo de relaxação transversal (T2) em soluções aquosas, confirmando a obtenção do efeito de contraste desejado, com relaxividades que variaram entre 41 e 24 mM-1s-1 para relaxividade (r2) e 2,0 a 1,7 mM-1s-1 para a relaxividade (r1). Concluímos que, o método químico por coprecipitação de Fe(II) e Fe(III) utilizado na síntese de nanopartículas magnéticas mostrou-se apropriado para produzir nanopartículas (NPs) com propriedades adequadas para uso como agente de contraste em imagens por MRI.