Uéslen Rocha Silva

180 Pages·2017·6.99 MB·Portuguese

UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS
INSTITUTO DE FÍSICA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM FÍSICA

UESLEN ROCHA SILVA

NANOPARTICULAS MULTIFUNCIONAIS DE FLUORETO DE LANTÂNIO
DOPADAS COM Nd3+ COMO AGENTES DE CONTRASTES E TERAPÊUTICOS

Maceió
2016
UÉSLEN ROCHA SILVA

NANOPARTICULAS MULTIFUNCIONAIS DE FLUORETO DE LANTÂNIO
DOPADAS COM Nd3+ COMO AGENTES DE CONTRASTES E TERAPÊUTICOS

Tese apresentada ao Instituto de Física da
Universidade Federal de Alagoas, como parte
dos requisitos para obtenção do Título de Doutor
em Física da Matéria Condensada.
Orientador: Prof. Dr. Carlos Jacinto da Silva.
Orientador em co-tutela: Prof. Dr. Daniel Jaque
García.

Maceió
2016

À Deus, pois o temor do Senhor
é o início de toda sabedoria.
À minha esposa Valéria Oliveira.
Aos Meus Pais:
Joaquim Alves e Amelivalda Rocha.
E aos meus irmãos:
Andercleisson Rocha e Aislane Rocha.
AGRADECIMENTOS

Antes de começar a tercer minhas palavras de gratidão a todos aqueles que me ajudaram
ao longo de todo o doutorado, tenho primeiro que agradeçar ao bom Deus por ter me
ajudado chegar ao final desta tese. Fico grato por toda providência e misericórdia do
Senhor para com a minha vida, tanto nos momentos felizes quanto nos tristes. Agradeço
ao Senhor por cada pessoa que Ele colocou em minha vida, pois quando estamos longe
de casa Deus sempre nos dar amigos mais chegados que irmãos.
Quando começamos um curso de pós-graduação, sem dúvida, começamos uma nova
jornada em nossa carreira acadêmica. No atual modelo educacional que temos, o curso
de pós-graduação em Física nos proporciona um tempo maior para reflexionarmos sobre
as diversas áreas da Física ao passo que nos leva a uma visão mais profunda de temas
específicos, em meu caso a espectroscopia óptica. De fato, nos abre uma janela voltada
para um imenso horizante onde podemos enxergar muito mais além do que podemos
ver.
Um especial agredecimento à minha esposa Valéria, por ter aceitado estar sempre ao
meu lado, com disposição e ânimo. Em outras palavras, sempre foi compreensiva,
auxiliadora e acima de tudo, corajosa. Amo-te!
Aos meus pais, Dona Neres e Seu Joaquim, pela educação, carinho e principalmente
pelo incentivo. O resultado desta tese é fruto da educação que vocês me deram e,
portanto, ela é tanto minha quanto de vocês.
Aos meus irmãos Andercleisson e Aislane que sempre torceram e me apoiaram em
todos os momentos. E igualmente a todos os meus familiares, obrigado pelo carinho.
Ao professor Carlos Jacinto, que me orientou na realização deste trabalho. Agradeço
pela oportunidade que foi confiada, pelos conselhos e por ter sido mais do que um
orientador, ter sido um amigo.
Aos professores Daniel Jaque e José Garcia Solé colaboradores e orientadores na
realização desse trabalho. Ambos me acolheram com enorme afeição em seu grupo de
pesquisa, me propiciando um excenlente ambiente de trabalho e uma nova via de
conhecimento na minha carreira profissional.
Ao Pastor Fábio Diniz, pelo acolhimento e acima de tudo por ser um irmão na fé em
Cristo. Agradeço à Deus pelo Libre Acceso. Não posso me esquecer da Igreja Batista da
Comunhão, sou grato a todos vocês meus irmãos.
Aos professores Thiago Mariz e Itálo Nunes, que ministraram os cursos com muita
responsabilidade e empenho.
Ao Dr. Kagola Upendra Kumar, pós-doc do projeto PNPD/CAPES No 02727/09-9, pelo
grande auxílio no desenvolvimento das nanopartículas utilizadas, pois sem elas não
haveriam resultados para escrever esta tese.
Tenho enorme gratidão pela amizade consquista e adquirida ao longo de todo meu
período em Maceió. Posso dizer que sou mais que abençoado pelos amigos casais: Elton
Malta e Sybelle Malta, Wagner Ferreira e Laura Ferreira e Wandearley Dias e Socorro
Pereira.
Aos colegas de curso e de pós-graduação Ana Paula, Job Saraiva, Leônidas, José
Leandro, Gentil II, José Fábio, Lidiane Omena, Rafael da Silva, Samuel Teixeira e
Wesley Queiroz, 0brigado pelo apoio e amizade e principalmente pelos momentos de
descontração.
Aos colegas e amigos da Espanha Antônio Benayas, Laura Maestro, Pratricia Haro,
Blanca del Rosal, Luiz Mateo e John, obrigado pelo acolhimento e atenção ao longo da
minha estadia em Madrid.
À CAPES pelo apoio financeiro indispensável em minha formação.
Enfim, a todos aqueles que me ajudaram diretamente e/ou indiretamente nesta etapa da
minha vida, para que esse trabalho fosse realizado, meus sinceros agradecimentos.
RESUMO

Nesta tese avaliamos as possíveis aplicações de nanocristais de trifluoreto de lantânio
(LaF )dopados com íons de Nd3+como agentes de contrastes infravermelho na primeira
3
e segunda janelas biológicas do espectro eletromagnético, as quais se estendem de 700 a
1400 nm. Para isso usamos as três emissões de íons de Nd3+ centradas em torno de 900,
1060 e 1330 nm, correspondentes a transições geradas a partir do estado metaestável
4F . Na comparação com outras nanopartículas (NPs) fluorescentes usadas como
3/2
agentes de bio-contrastes, tais como, pontos quânticos de semicondutores e NPs
multifotônicas luminescentes, as NPs de LaF dopadas com íons de Nd3+ apresentam
3
diversas vantagens, tais como, alta eficiência quântica de fluorescência e altas
estabilidades química e espectral. Nós demonstramos com a emissão em torno de 1060
nm que é possível obter imagens de alto brilho de células cancerígenas e imagens de
alta penetração de modelos animais (ratos). Adicionalmente, demonstramos que a
emissão em torno de 900 nm apresenta uma apreciável sensibilidade térmica que
permite utilizar tais NPs como nanotermômetros ópticos. Quando a concentração de
íons de Nd3+ é elevada para valores em torno de 25 mol%, esta sensibilidade térmica
vem acompanhada de uma alta eficiência de conversão luz-calor, fazendo as NPs se
comportarem como agentes multifuncionais capazes de gerar calor e medir, de forma
simultânea, a temperatura local induzida. Isto tem permitido o desenvolvimento de
terapias térmicas, controladas em tempo real, de tumores cancerígenos em modelos
animais (ratos).

Palavras-chaves: Bioimagiamento Fluorescente. Nanopartículas. Nanotermometria
Óptica. Neodímio. Janela Biológica. Terapia Fototérmica.
ABSTRACT

In this work, we investigated the possible applications of Nd3+ ions doped lanthanium
trifluoride (LaF ) nanocrystals as infrared constrast agents in the first and second
3
biological windows of the electromagnetic spectrum, which extend from 700 to 1400
nm. For this, we use the three emissions of Nd3+ ions centered around 900, 1060, and
1330 nm, corresponding to transitions generated from the metastable state 4F . In
3/2
comparison with other fluorescent nanoparticles (NPs) used as biolables agents, such as
semiconductor quantum dots and multiphotonic luminescent NPs, the Nd3+ doped LaF
3
NPs present several advantages such as high fluorescence quantum efficiency and high
chemical and spectral stabilities. We have demonstrated that, with the emission around
1060 nm is possible to obtain high brightness images of cancer cells and high
penetration images of animal models (mices). Additionally, we have demonstrated that
the emission around 900 nm has an appreciable thermal sensitivity that allows the use of
such NPs as optical nanothermometers. As the Nd3+ concentration is increased to values
around 25 mol%, this thermal sensitivity comes with a high conversion efficiency of
light-to-heat, so that the NPs work as multifunctional agents capable of generating heat
and measuring, simultaneously, induced local temperature. This has allowed the
development of real time controlled thermal therapies of cancerous tumors in animal
models (mices).

Keywords: Fluorescence Bioimaging. Nanoparticles. Optical Nanothermometry.
Neodymium. Biological Window. Photothermal Therapy.
RESUMEN

En esta tesis doctoral se ha investigado la posible aplicación de nano cristales de
trifloruro de lantano dopadas con iones Neodimio como agentes de contraste infrarrojos
en la primera y segunda ventanas biológicas del espectro electromagnético, las cuales se
extienden desde 700 hasta 1400 nm. Para ello se han utilizado las tres emisiones
generadas por los iones Neodimio centradas a 900,1060 y 1334 nm, correspondientes a
las transiciones generadas desde el estado metastable 4F . En comparación con otras
3/2
nano-particulas fluorescentes usadas como agentes de bio-contraste (tales como puntos
cuánticos de semi-conductor y nano-particulas luminiscentes a multi-fotónicas) las
nano-partículas de trifloruro de lantano dopadas con iones neodimio presentan diversas
ventajas tales como una alta eficiencia cuántica, alta estabilidad química y alta
estabilidad espectral. En este trabajo se ha demostrado que mediante el uso de la
emisión en torno a 1060 nm es posible obtener imágenes de alto brillo tanto de células
cancerígenas como imágenes de alta penetración de modelos animales (ratones). De
forma adicional, en esta tesis se demuestra como la emisión en torno a 900 nm presenta
una apreciable sensibilidad térmica que permite utilizar nuestras nanopartículas como
nano-sensores térmicos. Cuando la concentración de iones neodimio se incrementa
hasta niveles cercanos al 25 mol.%, esta sensibilidad térmica viene acompañada de una
alta eficiencia de conversión luz-calor, de tal manera que las nano-partículas se
comportan como agentes multifuncionales capaces de generar calor y medir, de forma
simultánea, la temperatura local. Esto ha permitido el desarrollo de terapias térmicas
controladas de tumores cancerígenos en modelos animales (ratones).

Palabras-claves: Bio-imagenes Fluorescent. Nano-particulas. Nano-temometria.
Neodimio. Janela Biologica. Terapia Fototérmica.