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UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO Centro de Ciências Exatas e da Natureza Programa de Pós-Graduação em Ciência de Materiais SÍNTESE E CARACTERIZAÇÃO DA MAGNETITA REVESTIDA POR POLÍMEROS NATURAIS (FUCANA E LEVANA) PARA IMOBILIZAÇÃO DE ENZIMAS PRISCYLA LIMA DE ANDRADE Recife-PE, Brasil Março, 2009 p

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO

Centro de Ciências Exatas e da Natureza Programa de Pós-Graduação em Ciência de Materiais

SÍNTESE E CARACTERIZAÇÃO DA MAGNETITA REVESTIDA POR POLÍMEROS NATURAIS (FUCANA E LEVANA) PARA

IMOBILIZAÇÃO DE ENZIMAS

PRISCYLA LIMA DE ANDRADE

Recife-PE, Brasil Março, 2009 p

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SÍNTESE E CARACTERIZAÇÃO DA MAGNETITA REVESTIDA POR POLÍMEROS NATURAIS (FUCANA E LEVANA) PARA

IMOBILIZAÇÃO DE ENZIMAS

Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Ciências de Materiais da Universidade Federal de Pernambuco, como requisito à obtenção do grau de Mestre.

Orientador: Prof. José Albino Oliveira de Aguiar Co-Orientadora: Profa. Maria da Paz C. da Silva

Recife –PE, Brasil

2009. p

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PRISCYLA LIMA DE ANDRADE

Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Ciências de Materiais da Universidade Federal de Pernambuco, como requisito à obtenção do grau de Mestre.

Apresentada em: 30/03/2009

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DEDICATÓRIA

Ao meu companheiro de todas as horas, Elinaldo Palmeira pela paciência e

total apoio. Ao nosso lindo filho Pedro Victor, que mesmo tendo vindo ao

mundo no mesmo tempo deste trabalho, contribuiu muito para realização do

mesmo.

A Jomar Muniz de Andrade e Ivanilda Carlos de Lima Andrade, meus pais, por

tudo o quanto tem me ensinado e pelo apoio.

A Jomar Muniz de Andrade Júnior e João Carlos de Lima Neto, meus irmãos,

por serem meus amigos nos bons e maus momentos e por tudo que

representam para mim.

A vocês dedico meus passos...

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AGRADECIMENTOS

A Deus que tem me proporcionado à vida e confiado em minhas mãos uma

bela família, Elinaldo e Pedro. Agradeço a Deus a existência de vocês.

Aos meus pais que sempre me incentivaram e fizeram tudo para que eu

chegasse onde estou.

Aos meus irmãos pela amizade e atenção.

As minhas tias, Elizama, Alice e Janete pelo apoio e constantes orações a

meu favor.

Enfim, toda a minha família que me acompanhou durante este período.

Ao Professor José Albino, pela confiança, orientações e pela sua paciência e

ensinamentos,

A Professora Maria da Paz, pela atenção, carinho e grande ajuda,

As amigas Jackeline e Valdeene, pela disposição em me ajudar sempre que

precisei e pela delicadeza com que me ensinaram.

A Janaína, pelo carinho e palavras sensatas.

A Mylena, Flávia, Linhares, Danielle, enfim, aos alunos e professores do

laboratório de supercondutividade, que de uma forma ou de outra

contribuíram para que esta dissertação fosse concluída.

Aos meus amigos que sempre procuram um jeito de estar ao meu lado e me

ajudar no que for preciso,

A UFPE, que fortaleceu meus conhecimentos não só intelectuais, mas

também em relação à vida.

A CAPES que me acompanhou nesses dois anos de estudo. A todos vocês

meu muito obrigada, que Deus recompense a cada um.

Priscyla Andrade

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“Abrigos blindados, de concreto, de cimento armado, com provisões , em previsão, porque há temor, pavor, terror de invasões, de explosões: tempo do

fim, Senhor!! Por isso, corri e me escondi aqui: em TI, que me preservas da angústia e me cinges de alegres cânticos de livramento.

Sei que me apontas o vale do serviço, onde milhares caminham, tropeçam, se arrastam, esperam em Ti, através de mim ...

Depois, Senhor. Agora, deixa que eu fique aqui: Teus eternos braços ao meu redor, Teu rosto

levantado sobre mim: assim!! Depois, então, curada restaurada, lição reaprendida, alma provida de nova

visão, irei. E por ti, por mim, pelos meus, direi ao mundo que me fez fugir:

- Vejam o milagre que Deus fez em mim!!!”

Myrtes Mathias

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RESUMO Atualmente com o advento da nanociência e nanotecnologia, as nanoparticulas

magnéticas têm encontrado inúmeras aplicações nos campos da biomedicina,

diagnóstico, biologia molecular, bioquímica, catálise, etc. As nanoparticulas

magnéticas funcionalizadas são constituídas de um núcleo magnético,

envolvidos por uma camada polimérica com sítios ativos, que podem ancorar

metais ou compostos orgânicos seletivos. Estas nanopartículas são

consideradas materiais híbridos orgânico-inorgânicos de grande interesse em

aplicações comerciais, são elas: carregadores de fármacos, tratamento de

magnetohipertermia, seleção de moléculas específicas, biossensores e etc.

Este trabalho foi desenvolvido em duas partes: a primeira foi obter a magnetita

através do processo da co-precipitação de uma solução que contém íons de Fe

(II) e de Fe (III) no meio aquoso alcalino. A segunda parte foi à escolha dos

polissacarídeos Levana e Fucana que foram utilizados para cobrir o núcleo

magnético. As partículas estudadas foram caracterizadas através da

microscopia eletrônica de varredura (MEV), medidas da magnetização,

difratômetro de raios - X (DRX) e absorção no infravermelho (IV). Elas se

mostram maiores quando comparadas à magnetita de acordo com as imagens

obtidas no MEV. O DRX mostrou que a magnetita é a fase dominante nas

partículas revestidas pelos polímeros. O espectro de IV mostrou faixas de

absorção características do polissacarídeo levana, fucana e da magnetita as

ligações presentes foram O-H, C-O-C e Fe-O. Os resultados da magnetização

mostram que a magnetita revestida com fucana tem uma maior saturação e é

muito mais fácil de magnetizar do que a magnetita revestida com levana.

Palavras-chave: Nanociência, Magnetita, Biopolímeros.

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ABSTRACT

Nowadays with the appear of nanoscience and nanotechnology, magnetic

nanoparticles have been finding a variety of applications in the fields of

biomedicine, diagnosis, molecular biology, biochemistry, catalysis, etc. The

magnetic functionalized nanoparticles are constituted of a magnetic nucleus,

involved by a polymeric layer with active sites, in wich it is possible to anchor

metals or selective organic compounds. These nanoparticles are considered

organic-inorganic hybrid materials and have great interest as materials for

commercial applications due to their specific properties. Among the important

applications it can be mentioned: magnetohyperthermia treatment, drugs

delivery in specific local of the body, molecular recognition, biosensors,

enhacement of nuclear magnetic resonance images quality, etc. This work was

developed in two parts: the first one was to obtain the magnetite through the

process of the co-precipitation of a solution that contains íons of Fe (II) and Fe

(III) in the alkaline watery way. The second part was to recover the magnetic

nucleus with the polysaccharides Levan and Fucan. The covered particles, had

been characterized through the scanning electronic microscopy (SEM), X-ray

difracttion of (XRD), infrared (IR) absorption and dc magnetization

measurements. SEM studies reveal that the recovered particles are bigger the

nude magnetite. The XRD showed that the magnetite is the dominant phase in

the samples studied. IR absorption data presents the characteristics absorption

bands O-H, C-O-C and Fe-O of the levan and fucan polysaccharides, and of

the magnetite. The magnetization results, showed that the fucan coated

magnetite has bigger saturation magnetization and is much more easy to

magnetize than levan coated magnetite.

Keywords: Nanoscience, Magnetite, Biopolymers.

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LISTA DE FIGURAS Figura 1 – Espacialização da escala nanométrica 14

Figura 2 – Orientação dos dipolos magnéticos em campo nulo e temperatura

ambiente, e curvas de M versus H para as diferentes classes de materiais

magnéticos 21

Figura 3 - Representação esquemática de uma nanopartícula magnética

constituída pelo núcleo e pelo revestimento 23

Figura 4 – Estrutura cristalina da magnetita 25

Figura 5 – Separação magnética de DNA. 1. Homogeneização do material. 2.

Ligação dos ácidos nucléicos às partículas magnéticas e separação. 3.

Lavagem com etanol para remoção dos contaminantes. 4. Eluição dos ácidos

nucléicos das partículas magnéticas 29

Figura 6 - Zymomonas mobilis 31

Figura 7 - Estrutura da Levana 32

Figura 8 – Estrutura da L-fucose 33

Figura 9 – Estrutura da fucana segundo Percival & McDowell (modelo 1) e por

Patankar, et al. (modelo 2) 34

Figura 10 – Magnetita aplicada ao campo de 0,6T 37

Figura 11 – Micrografia MEV obtida utilizando-se elétrons secundários da

magnetita obtida pelo método de coprecipitação 39

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Figura 12 – Micrografia MEV obtida utilizando-se elétrons secundários da magnetita revestida com Fucana 40

Figura 13 - Micrografia MEV obtida utilizando-se elétrons secundários da

magnetita revestida com Levana 40

Figura 14 – Espectro da curva de Magnetização 41

Figura 15 – Espectro de difração de raio-X das partículas de magnetita,

fucana-magnetita e levana-magnetita 42

Figura 16 - Espectro de Infravermelho das partículas de magnetita, fucana-

magnetita e levana-magnetita 44

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LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Exemplos de aplicações da nanotecnologia em indústrias 16

Tabela 2 - Diferença dos tamanhos das partículas 42

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SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO 14

2. OBJETIVOS 17

3. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 18

3.1. Magnetismo 18

3.1.1. Materiais diamagnéticos 19

3.1.2. Materiais paramagnéticos 19

3.1.3. Materiais ferromagnéticos 19

3.1.4. Materiais antiferromagnéticos 19

3.1.5. Materiais ferrimagnéticos 20

3.2. Superparamagnetismo 21

3.3. Nanopartículas Magnéticas 22

3.4. A Magnetita 23

3.5. Ferrofluidos 26

3.6. Método de coprecipitação 26

3.7. Hipertermia magnética 28

3.8. Separação magnética 28

3.9. Matrizes ou Suporte 29

3.9.1. Imobilização de enzimas 30

3.10. Levana 31

3.11. Fucana 32

4. METODOLOGIA 35

4.1. Obtenção da Levana 35

4.2. Obtenção da Fucana 35

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4.3. Método de coprecipitação para obtenção da Magnetita 35

4.4. Revestimento 36

4.5. Tamanho e Morfologia 37

4.6. Medidas da magnetização 37

4.7. Análise de Raio-X 37

4.8. Análise de infravermelho 38

5. RESULTADOS E DISCUSSÔES 39

5.1. Método de Coprecipitação 39

5.2. Microscopia eletrônica de varredura (MEV) 39

5.3. Medidas da Magnetização 40

5.4. Análise de raio-x (DRX) 41

5.5. Análise do infravermelho (IV) 43

6. CONCLUSÔES 44

7. PERSPECTIVAS FUTURAS 45

8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 46

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1. INTRODUÇÃO

A nanociência e a nanotecnologia são consideradas, atualmente, como

um dos mais fascinantes avanços nas tradicionais áreas do conhecimento e

constituem um dos principais focos das atividades de pesquisa,

desenvolvimento e inovação em todos os países industrializados [Pires, 2004].

Nano é um prefixo utilizado na ciência para designar um bilionésimo; portanto

um nanômetro (1nm) que corresponde a um bilionésimo de metro (10-9m).

Como referência comparativa, o diâmetro médio de um átomo é de 0,15 nm,

um vírus tem tamanho entre 10 e 100nm, uma bactéria mede em torno de um

milionésimo do metro, ou seja, 1000nm e o diâmetro de um fio de cabelo

humano correspondem cerca de 30 a 80 mil nm (Fig. 1) [Luquese, 2006].

Figura 1 – Espacialização da escala nanométrica.

[telmoquimica.zip.net/images/nanotecnologia.jpg (Acesso em 21/03/09 às 22:00h)]

O domínio científico e tecnológico da escala nanométrica vem passando

por um constante crescimento graças às novas ferramentas de pesquisa e aos

desenvolvimentos experimentais e teóricos. Através deste, resultam novos

produtos e processos industriais em um ritmo extremamente acelerado. Estão

surgindo classes inteiramente novas de dispositivos e sistemas micro e

nanofabricados [CGEE, 2005].

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A nanotecnologia é uma área de pesquisa e desenvolvimento muito

ampla e interdisciplinar baseada nos mais diversificados tipos de materiais, tais

como: polímeros, cerâmicas, metais, semicondutores, compósitos e

biomateriais. Esses materiais em sua forma nanométrica formam blocos de

construção, como clustersa, nanopartículas, nanotubos e nanofibras, que por

sua vez são formados a partir de átomos ou moléculas. Dessa forma, a síntese

controlada desses blocos de construções e seu arranjo constituem os objetivos

centrais [Durán, et al., 2006].

Muitos consideram como ponto inicial da nanotecnologia, a palestra

proferida, em 1959, por Richard Feynman, Prêmio Nobel de Física, na qual ele

sugeriu que um dia seria possível manipular átomos individualmente, uma idéia

revolucionária para época [Feynman, 1959]. Isto só foi possível nos anos 80

com o desenvolvimento dos microscópios de varredura por sonda [Silva, 2006].

Nas últimas décadas, o estudo dos métodos de fabricação de estruturas

com dimensões nanométricas tem despertado grande interesse em centros de

pesquisa no mundo todo. Esta motivação é impulsionada pela necessidade de

compreensão e manipulação de propriedades físico-químicas de interesse

tecnológico, que normalmente não são encontradas em sistemas materiais em

sua forma macrométrica ou em estruturas de dimensões micrométricas [Leslie-

Pelecky e Rieke,1996]. Esta nova área é multidisciplinar e abrange partes da

química, física, biologia, bioquímica, etc.

Uma vez que se torne possível controlar as características de tamanho,

será também possível o controle de propriedades do material e o

desenvolvimento de novas funções que ele possa vir a desempenhar. A

capacidade de criar estruturas ou reduzir dimensões em nano-escala traz aos

materiais propriedades únicas como nano-tubos de carbono, fios e pontos

quânticos, filmes finos, estruturas baseadas em DNA, nano-dispositivos para

liberação de fármacos, materiais magnéticos, entre outros [Luquese, 2006]. Na

indústria já estão ocorrendo mudanças, a tabela abaixo mostra algumas

aplicações.

a

É formado por um conjunto de computadores, que utiliza um tipo especial de sistema operacional classificado como

sistema distribuído.

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INDÚSTRIA APLICAÇÕES

Automobilística e

Aeronáutica

Materiais, mais leves, pneus mais duráveis, plásticos

não inflamáveis, etc.

Eletrônica e de

Comunicações

Armazenamento de dados, telas planas, aumento na

velocidade de processamento, etc.

Química e de Materiais Catalisadores mais eficientes, fluidos magnéticos

inteligentes, etc.

Farmacêutica,

Biotecnológica e

Biomédica

Novos fármacos baseados em nano estruturas,

conjunto para auto-diagnóstico, etc.

Setor de fabricação Novos microscópios e instrumentos de medida,

bioestruturas, etc.

Meio-ambiente Membranas seletivas, novas possibilidades de

reciclagem, criação dos “Lab on a chip” para

detecção e quantificação de poluentes, etc.

Tabela 1. Exemplos de aplicações da nanotecnologia em indústrias.

Dentre as nanopartículas, podemos destacar as nanopartículas

magnéticas das quais faz parte à magnetita, que pode formar fluidos

magnéticos, nos quais as partículas e a fase líquida movimentam - se como

uma única fase. A apresentação deste trabalho se dá da seguinte forma:

Neste capítulo 1, é apresentado um breve histórico sobre nanociência e

nanotecnologia e suas aplicações. No capítulo 2, é exposto o objetivo deste

trabalho. No capítulo 3, é mostrada uma revisão simplificada sobre

magnetismo, nanopartículas magnéticas, o método de coprecipitação para

obtenção da magnetita e os polímeros naturais utilizados como revestimento,

bem como suas possíveis aplicações. No capítulo 4, veremos toda a

metodologia empregada para a realização deste trabalho, no capítulo 5, são

apresentados e discutidos os principais resultados obtidos através das técnicas

de caracterização estrutural e morfológica das nanopartículas de magnetita

produzidas pelo método de coprecipitação.

E finalmente, no capítulo 6 e 7, apresenta-se à conclusão do trabalho e

as perspectivas de continuidade.

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2. OBJETIVO

O presente trabalho tem por objetivo geral produzir nanopartículas

magnéticas revestidas por polímeros naturais e caracterizar este suporte

magnético visando utilizá-lo para fins biológicos. Os objetivos específicos são de: produzir nanopartículas magnéticas

revestidas com polímeros naturais (levana e fucana) e caracterizar o suporte

magnético produzido utilizando técnicas como difração de raios-x, microscopia

eletrônica de varredura, absorção no infravermelho e magnetização.

Neste trabalho, enfocaremos a síntese e caracterização da magnetita

revestida com os polímeros naturais fucana, que provém de algas e a levana,

que é originada de microorganismos. Estas podem ser utilizadas como suporte

de imobilização de enzimas e outros fins biológicos. As partículas foram

caracterizadas por difratômetria de raios – X, microscopia eletrônica de

varredura, espectroscopia no infravermelho e medidas de magnetização dc.

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3. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

3.1. Magnetismo

Todas as substâncias sejam elas: sólidas, líquidas e gasosas, mostram

alguma característica magnética, em todas as temperaturas. Dessa forma, o

magnetismo é uma propriedade básica de qualquer material [Sinnecker, 2000].

Os materiais na natureza são formados a partir dos elementos químicos

da tabela periódica e, cada elemento químico é único e, composto de prótons,

nêutrons e elétrons, dos quais os prótons e os elétrons possuem carga elétrica.

O magnetismo é uma propriedade cuja natureza é de origem elétrica, e está

relacionada com uma carga em movimento. As propriedades magnéticas dos

materiais têm sua origem na estrutura eletrônica dos átomos. São dois os

movimentos eletrônicos associados ao elétron e que podem explicar a origem

dos momentos magnéticos: o movimento orbital do elétron ao redor do núcleo,

e o movimento “spin” do elétron, ao redor do seu próprio eixo [Cullity, 1972].

Um material magnético é caracterizado por possuir dipolos magnéticos

no seu interior. Esses dipolos podem ser permanentes ou induzidos. Quando

temos uma grande concentração de dipolos no interior de uma amostra existe

uma força de origem quântica (força de troca ou supertroca) que tende a

alinhar os momentos magnéticos de dois átomos vizinhos paralela ou

antiparalelamente. Assim, cada átomo dentro do material contribui

individualmente para o momento magnético total.

Os materiais magnéticos são classificados pela maneira como

respondem a um campo magnético estático aplicado, de acordo com a sua

susceptilidade magnéticab. A susceptibilidade, assim como a permeabilidade

são parâmetros importantes que descrevem o comportamento magnético dos

materiais [Luqueze, 2006].

A maioria dos materiais exibe magnetismo reduzido, e somente quando

estão na presença de um campo magnético externo é que se pode classificá-

los quanto aos tipos de interação e alinhamento entre os seus momentos de

dipolo magnético. Os materiais diamagnéticos, paramagnéticos e

antiferromagnéticos não possuem magnetização macroscópica espontânea, ao

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contrário dos ferromagnéticos e ferrimagnéticos que possuem magnetização

espontânea abaixo da temperatura de Curiec (ver figura 2).

3.1.1. Materiais diamagnéticos – Os átomos em campo magnético zero não

possuem magnetização, porém, na presença de um campo magnético

externo alinham-se no sentido oposto ao campo aplicado, apresentando

valores reduzidos e negativos de susceptibilidade magnética (10-6)

[Cullity, 1972, Jakubovics, 1994; Klabunde, 2001]. Este é um fenômeno

comum a todas as substâncias, embora não possa ser normalmente

observado devido a outras formas de magnetismo mais intenso [Ribeiro,

2000; <http://w3.ualg.pt/~jluis/files/folhas_cap2.pdf>].

3.1.2. Materiais paramagnéticos – Esses materiais possuem dipolos

permanentes que são fracamente interagentes e, portanto estão

orientados ao acaso na ausência de um campo magnético. Porém, na

presença de um campo magnético externo esses dipolos alinham-se na

direção e no sentido do campo aplicado, apresentando valores

reduzidos e positivos da susceptibilidade magnética entre 10-4 e 10-6

[Cullity, 1972, Jakubovics, 1994; Klabunde, 2001]. A susceptibilidade

magnética de um material diamagnético decai com o aumento da

temperatura em que a substância se encontra, χ = C/T , onde C é a

constante de Curie (Lei de

Curie)[<http://w3.ualg.pt/~jluis/files/folhas_cap2.pdf>].

3.1.3. Materiais ferromagnéticos – Os átomos possuem momentos de dipolo

permanentes, que interagem entre si causando alinhamento paralelo dos

dipolos adjacentes, que só desaparece na temperatura de Curiec,

porém, na presença de um campo magnético externo alinham-se na

direção e no sentido do campo aplicado, apresentando valores altos e

positivos (>>10-6) de susceptibilidade magnética [Cullity, 1972,

Jakubovics, 1994; Klabunde, 2001].

3.1.4. Materiais antiferromagnéticos – Os átomos possuem momentos de

dipolo permanentes fortemente interagentes, mas, os momentos de

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dipolo adjacentes, que apresentam a mesma magnitude, interagem

entre si causando alinhamento antiparalelo, que só desaparece na

temperatura de Néeld, porém, na presença de um campo magnético

externo alinham-se na direção e no sentido do campo aplicado,

apresentando valores reduzidos e positivos (10-2) de susceptibilidade

magnética [Cullity, 1972, Jakubovics, 1994; Klabunde, 2001].

3.1.5. Materiais ferrimagnéticos – São materiais que apresentam

alinhamento antiferromagnético, no entanto os dipolos vizinhos possuem

magnitude diferentes. Desse modo, na presença de um campo

magnético externo alinham-se na direção e no sentido do campo

aplicado, apresentando valores altos e positivos de susceptibilidade

magnética [Cullity, 1972, Jakubovics, 1994; Klabunde, 2001].

b Susceptibilidade magnética: é uma propriedade física da matéria, incluindo os tecidos biológicos, de interagir com o campo magnético aplicado. Ela é uma característica intrínseca de cada material e sua identidade está relacionada com a estrutura atômica e molecular. c Temperatura de Curie: Um íma, quando aquecido, perde as suas propriedades magnéticas, pois o calor provoca a desmagnetização do mesmo. Como consequência, acima de uma determinada temperatura materiais ferromagnéticos perdem suas propriedades magnéticas. Esta temperatura é constante para cada substância. Seu decobridor é Pierre Curie (1859 – 1906).

d Temperatura de Néel: É a temperatura a que um material antiferromagnetico torna-se paramagnético, ou seja, a temperatura a que ordenação de domínios magnéticos macroscópica no material cristalino é destruído. Ela é semelhante à da temperatura Curie. Seu descobridor é Louis Néel (1904 – 2000).

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Figura 2 – Orientação dos dipolos magnéticos em campo nulo e temperatura ambiente, e

curvas de M versus H para as diferentes classes de materiais magnéticos. 3.2. Superparamagnetismo

É o termo utilizado para caracterizar o comportamento magnético de

particulas magnéticas [Cullity, 1972]. Os momentos magnéticos atômicos das

partículas superparamagnéticas, estão alinhados paralelamente numa só

direção, não existe nenhuma histerese e a magnetização residual (Mr) e o

campo coercivo (Hc) são nulos. A susceptibilidade magnética destes materiais

situa-se entre a dos ferromagnéticos e dos paramagnéticos [Cullity, 1972;

Guimarães, 2000].

Em sistemas superparamagnéticos, a temperatura em que os momentos

são bloqueados, ou seja, são incapazes de relaxar é denominada temperatura

de bloqueioe (Tb). Acima desta temperatura, o momento pode alinhar-se com

alguma direção cristalográfica e comportar-se como material paramagnético

embora com momento muito maior [Knobel, 2000]. O critério para a

caracterização do superparamagnetismo é: ausência de histeresef acima de

sua temperatura de bloqueio e magnetizaçãog (M) vs. T deve sobrepor M vs.

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H/T, onde H é o campo magnético. Como nos outros materiais magnéticos, o

comportamento de magnetização das nanopartículas superparamagnéticas

pode ser influenciado por fatores anisotrópicos [Knobel, 2000].

Particulas finas superparamagnéticas podem ser encontradas em

diversos sistemas artificiais, tais como sólidos granulares, compósitos metal-

isolante, compostos híbridos, e até mesmo muitos sistemas biológicos e

geológicos, como solos, pedras, sangue [Knobel, 2000]. A propriedade

superparamagnética dessas partículas é muito importante do ponto de vista

prático, pelo fato de elas poderem ser transportadas, posicionadas e

controladas em determinadas partes dos vasos sanguíneos ou órgãos com a

ajuda de um campo magnético externo [Koncracká, et al., 2002].

3.3. Nanopartículas Magnéticas

Nanopartículas de metais ferromagnéticos ou de óxidos magnéticos

podem ser preparadas por uma variedade de métodos físicos e químicos

[Blums, et al.,1997]. Dentre eles existem, os métodos de coprecipitação por

hidrólise alcalina em meio aquoso, microemulsão, sol-gel, síntese de

combustão, reação no estado sólido e desagregação. O principal desafio

dessas metodologias para a preparação de nanoestruturas magnéticas é a

obtenção de sistemas dispersos com controle de tamanho, da forma e das

propriedades físico-químicas especiais. Uma vez tendo este controle, isso irá

influenciar as propriedades magnéticas destes materiais, determinando assim

sua aplicação tecnológica.

e Temperatura de Bloqueio: É a temperatura abaixo da qual as flutuações térmicas da magnetização se estabilizam.

f Histerese: Tendência do material ou sistema a conservar suas propriedades na ausência de um estímulo que as gerou. Quando um campo magnético aplicado em um material for aumentado até a saturação e em seguida for diminuído, a densidade do fluxo não diminui tão rapidamente quanto o campo. Dessa forma quando o campo chega a zero, ainda existe uma densidade de campo remanescente. g Magnetização: Pode ser definida como a soma de todos os momentos magnéticos elementares divididos pelo volume que ocupa.

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As nanopartículas magnéticas podem exibir propriedades super-

paramagnéticas, isto é, apresentam grande magnetização na presença de um

campo magnético. Elas têm encontrado inúmeras aplicações nos campos da

biomedicina [Pankhurst, et al.,2003], diagnóstico [Megens & Prins, 2005],

biologia molecular [Grüttner, et al.,1999], bioquímica [Hildebrand, et al., 2006],

catálise [Phan, et al., 2006] e biosensores [Fuents, et al., 2005].

As importantes propriedades dessas partículas, para tais aplicações, são

a não-toxidade, a biocompatibilidade, a injetabilidade e o alto nível de

acumulação no tecido ou órgão, onde a mais importante é a não-toxicidade [Ito,

et al., 2005]. De acordo com Hafeli & Pauer (1999), dependendo do tamanho e

dos materiais usados para a preparação, pode ser encontrado respostas de

toxidades diferentes.

Por meio de modificações químicas em sua superfície [Arakaki, et al.,

1999], é possível atribuir uma variedade de aplicações às nanopartículas

magnéticas. Pode-se relacionar sensoriamento de espécies, intensificação de

imagens em tomografias, transporte de fármacos e aplicações em

magnetohipertermia. As nanopartículas funcionalizadas [Fonseca & Airoldi,

2003; Airoldi & Farias, 2000] ou quimicamente modificadas são constituídas

basicamente de um núcleo magnético envolvido por uma camada polimérica

com sítio ativos ou não, que podem ancorar metais [Airoldi & Farias, 2000] ou

compostos orgânicos seletivos. Estas partículas podem ser consideradas como

materiais híbridos [Esteves, et al., 2004], orgânico-inorgânicos, de grande

interesse em aplicações comerciais devido à particularidade das propriedades

obtidas (Figura 3).

A camada de polímero garante a estabilidade das partículas magnéticas

em meio fisiológico, porque favorece não–toxicidade por evitar a ligação do

ferro a componentes do sangue e possibilitar a modificação química para

ligação de componentes biologicamente ativos [Horák, et al., 2007]. Não

somente as características da superfície, mas o tamanho da partícula são

fatores determinantes para o uso dela em seres vivos.

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Figura 3 – Representação esquemática de uma nanopartícula magnética constituída pelo núcleo e pelo revestimento.

3.4. A Magnetita

É um óxido de ferro magnético natural. Sua formula química é o Fe3O4,

sua composição geralmente apresenta 31,0% de FeO, 69,0% de Fe2O3. Ela é

muito estudada por sua importância econômica na indústria eletrônica

(produção de cabeça reprodutora de som e vídeo e de disquetes) e por ser um

mineral acessório de inúmeras rochas, máficas, como bassalto [Pinto, et al.,

1998], anfibolito e tufito [Silva, et al., 2005], e não – máfica, como esteatito

[Doriguetto, et al., 2003] mais conhecida como pedra sabão. A magnetita tem

estrutura do tipo espinélio, onde cada célula unitária tem oito sítios tetraedrais

(ou A) e dezesseis sítios octaedrais (ou B). Os íons oxigênios formam uma

rede de estrutura cúbica de face centrada (CFC) (figura 4) [Cullity, 1972]. No

caso da magnetita, os sítios A estão ocupados com o Fe+2 e os sítios B pelo

Fe+3.

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Figura 4 – Estrutura cristalina da magnetita.

As ferritas com estrutura do tipo espinélio podem apresentar algum grau

de inversão devido à alta eletronegatividade do oxigênio, que promove ligações

de caráter iônico forte com cátions divalente e trivalentes. Isto dependendo da

distribuição iônica dos cátions, sendo assim classificadas como estrutura de

espinélio normal X(Y)2O4 ou (X2+)[Y3+Y3+]O4 e, espinélio inverso Y(XY)O4 ou

(Y3+)[X2+Y3+]O4. A magnetita tem espinélio normal cujo parâmetro é δ=0 e para

espenélio inverso δ=1, sendo assim, o grau de inversão é 0≤ δ≤1 [Cullity,

1972].

As nanopartículas de magnetita ocupam uma posição singular no campo

de materiais magnéticos por possuir propriedades físico-químicas especiais,

por exemplo, ela exibe fenômenos interessantes: é um ferromagnético [Pavon,

et al.,2007] de baixa coercividadeh [Rodríguez, et al., 2005], apresenta

ordenamento de cargas, valência mista e transição metal-isolante conhecida

como transição de Verwey [Walz, 2002]. Por sua biocompatibilidade, a

magnetita, incluindo outras formas de nanopartículas de óxido de ferro, tem

sido ressaltada para aplicações biomédicas [Huber, 2005].

h Coercividade: Capacidade de um elemento em resistir à reorientação de suas partículas.

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3.5. Ferrofluidos

Os ferrofluidos são nanopartículas magnéticas na forma de suspensão

coloidal e podem ser fluidos ou líquidos magnéticos que são atraídos por

campo magnético [Knobel & Goya, 2004]. Estas partículas têm um tamanho de

aproximadamente 10 nm dispersas em um líquido, geralmente, solvente

orgânico ou água. A agitação térmica mantém as partículas suspensas, e a

separação entre elas é conservada, pelas forças de repulsão eletrostática ou

química. A suspensão das nanopartículas superparamagnéticas deve ser

estável no tempo, inclusive quando submetida a forças magnéticas [Knobel &

Goya, 2004; Holm & Weis, 2005; Odenbach, 2003].

Aplicam-se fluidos magnéticos na contenção de derrames de óleo no

mar com barreiras magnéticas, ou selando vazamentos de rachaduras em

tanques de materiais potencialmente perigosos, na separação de materiais (lixo

e óleo), no posicionamento de órgãos durante cirurgia abdominal e no

desenvolvimento de amortecedores [Knobel & Goya, 2004].

Para as aplicações in vivo, as nanopartículas magnéticas são

geralmente usadas na forma de fluidos magnéticos. A biocompatibilidade

desses fluidos é determinada pelo material que forma o núcleo e o

revestimento [Ribeiro, 2000].

3.6. Método de coprecipitação

Na literatura, o termo coprecipitação é utilizado para designar o método

de preparação de pós precursores, no qual a solução contendo a mistura de

cátions é condicionada para que estes precipitem juntos. Portanto, o método de

coprecipitação, é o da precipitação simultânea [Chieko, 2004]. Para este

método, acredita-se que inicialmente ocorra a formação de hidróxidos ou

oxihidróxidos dos metais, onde esta fase seria formada de partículas coloidais

sólidas pela coprecipitação dos cátions metálicos no meio alcalino [Cote, et al.,

2003].

O processo de síntese de nanopartículas por coprecipitação homogênea

pode resultar em nanopartículas com um largo espectro de tamanho de 5-180

nm [Chinnasamy, et al., 2003; Kim, et al., 2003; Sato, et al., 1987; Chen &

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Sheen, 2000]. O processo é relativamente simples e consiste na mistura de

sais orgânicos em ambiente aquoso seguido de precipitação com hidróxido

[Blaskov, et al., 1996; Kim, et al., 2001; Sato, et al., 2001]. O precipitado

resultante é então digerido, filtrado e seco em estufa ou forno. Usando este

método partículas magnéticas tais como Fe3O4, MnFe2O4, CoFe2O4, ZnFe2O4

[Janasi, et al., 2002] têm sido produzidas.

Atualmente existem vários métodos de preparação para a obtenção de

partículas de magnetita com tamanho nanométrico. Dentre eles destaca-se o

método de coprecipitação, frequentemente utilizado na preparação de pós em

vários sistemas. Este método apresenta inúmeras vantagens [Blaskov, et al.,

1996] tais como: homogeneidade química, temperaturas de reação e

sinterização baixas, partículas finas com distribuição de tamanho estreita,

equipamento para produção de baixo custo, pós com boa reatividade,

uniformes com fraca ou nenhuma aglomeração, economia de tempo, fácil

ampliação de escala e baixo custo [Janasi, et al., 2002].

O processo de coprecipitação homogênea à temperatura ambiente

resulta na formação de sólidos, cristalinos ou amorfos, nos quais as

propriedades químicas e magnéticas dependem das condições do processo no

qual foram formados. Para garantir uma boa reprodutibilidade e bom

desempenho do produto final, o controle cuidadoso de algumas variáveis é

muito importante. As variáveis [Kim, et al., 2003; Chen & Sheen, 2000; Janasi,

et al., 2002] que devem ser controladas com maior cuidado são: pH final da

solução de precipitação, tipo de ânion, ordem de adição dos reagentes,

concentração dos metais, razão molar dos metais, temperaturas de

precipitação e calcinação, velocidade de agitação, e outras. Estas variáveis

[Kim, et al., 2001] afetam de forma significativa à natureza, a homogeneidade,

o tamanho, o comportamento magnético e a energia da superfície das

partículas resultantes [Janasi, et al., 2002].

Este método consiste em dois processos: a nucleação (formação de

centros de cristalização) e o crescimento subsequente das partículas [Auzans,

et al., 1999]. As taxas relativas destes dois processos determinam o tamanho e

a polidispersão das partículas obtidas. O controle do tamanho das partículas é

estabelecido na etapa de coprecipitação. Desta forma, para que os resultados

sejam reprodutíveis é importante que as condições experimentais já citadas

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acima sejam fixadas. Sabe-se que quanto maior a velocidade de agitação da

solução, menor é o diâmetro médio das partículas, este comportamento indica

que o mecanismo de crescimento das partículas em função da velocidade de

agitação por reação de condensação química é dominante, sobretudo, pela

difusão de nanopartículas através do meio [Morais, et al., 2001].

3.7. Hipertermia magnética

A hipertermia é o procedimento terapêutico empregado para

proporcionar aumento da temperatura em determinada região do corpo que

esteja afetada por uma neoplasia. Uma vez detectada a presença de células

tumorais por sua associação com as partículas magnéticas, pode-se fazer com

que estas partículas comecem a vibrar pela ação de um campo magnético

externo ao organismo. Essa vibração das partículas magnéticas dissipará o

calor nas células tumorais associadas, provocando sua lise e morte [Knobel,

2204; Laçava & Morais, 2004].

Há diversos modos de hipertermia: de capacidade de radiofreqüência

(RFCH), de microondas (MH), de corpo inteiro (WBH), de perfusão de

isolamento hepático (IHPH) e mediante magnetismo (MMH). Geralmente, o

processo envolve tratamento térmico de tecidos ou células com temperatura

acima do ponto inicial (42-46 °C) por 30 minutos. Entretanto, todos com

exceção do MMH correm os riscos de necrose em tecidos saudáveis devido às

habilidades não específicas do alvo. Numerosos estudos foram publicados

usando diferentes métodos de entrega. Atualmente, a maioria das

nanopartículas usadas em hipertermia são superparamagnéticas, desde que

possam gerar mais calor em campos magnéticos menores do que

nanopartículas ferromagnéticas [Heintz, 2004].

3.8. Separação magnética

Neste procedimento, o adsorvente magnético é adiconado uma solução ou

uma suspensão com o alvo, este se liga ao adsorvente magnético e o

complexo é recolhido da suspensão por meio de um sensor magnético

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apropriado. O analito é eluido do adsorvente e analisado (figura 5) [Safarík &

Safaríkova, 1999]. O processo de separação pode ser acelerado até 35 vezes.

Figura 5 – Separação magnética de DNA. 1. Homogeneização do material. 2. Ligação dos

ácidos nucléicos às partículas magnéticas e separação. 3. Lavagem com etanol para remoção

dos contaminantes. 4. Eluição dos ácidos nucléicos das partículas magnéticas. [Fonte:

http://www.agencourt.com/products/spri_reagents/orapure/.]

Várias partículas magnéticas têm sido desenvolvidas como carreadores

magnéticos em processos de separação incluindo purificação e imunoensaios

[Huber, 2005]. Adsorventes de afinidade têm sido utilizado para a separação de

proteínas (enzimas, anticorpos, antígenos, receptores, etc.), ácidos nucléicos

(DNA, RNA, etc.), compostos biologicamente ativos de baixo peso molecular

(drogas) e xenobióticos (corantes solúveis em água, metais pesados,

radionuclídeos, etc.) [Safarík & Safaríkova, 2000].

3.9. Matrizes ou Suporte

Uma matriz ou suporte é qualquer material que um ligante bioespecífico

pode ser ligado. A escolha da melhor matriz para uma determinada aplicação

implicará no uso eficiente e otimizado da mesma [Hermanson et al, 1992]. A

matriz ou suporte pode ter efeito crítico na estabilidade da enzima e na

eficiência da enzima imobilizada, embora seja difícil saber qual o melhor

suporte para uma determinada enzima. Os requisitos mais importantes para um

suporte é que este deve ser insolúvel em água, ter uma alta capacidade de

ligar à enzima, ser quimicamente inerte e estável [Worsfold, 1995].

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De acordo com Worsfold (1995), os suportes podem ser classificados

em três, são eles: biopolímeros hidrofílicos baseados em polissacarídeos

naturais; polímeros sintéticos orgânicos lipofílicos; e materiais inorgânicos

como óxido de ferro. O progresso deste campo da tecnologia tem desenvolvido

micrósporos e nanosporos magnéticos e ferrofluidos. Técnicas baseadas na

utilização de suportes magnéticos na fase sólida têm encontrado diversas

aplicações no diagnóstico de doenças, direcionamento de drogas, biologia

molecular, isolamento e purificação de células e muitos outros [Saiyed et al.,

2004].

3.9.1. Imobilização de enzimas

Imobilização é um termo geral utilizado para descrever a retenção de um

catalisador biologicamente ativo dentro de um sistema reator ou analítico

[Hermanson et al.,1992]. A importância de processos industriais com enzimas

imobilizadas motivou a organização da primeira conferência em engenharia

enzimática, no ano de 1971. Nela, ficou estabelecido o uso da terminologia

“enzima imobilizada” para os biocatalizadores ligados a suportes insolúveis ou

confinados a espaços físicos definidos [Bonn & Pereira, 1999]. A imobilização

de enzimas consiste no confinamento das mesmas em um determinado

material.

Este processo pode ocorrer por adsorção ou ligação de uma enzima a

um material insolúvel, pelo uso de um reagente multifuncional através de

ligações cruzadas (método físico) [Dalla-Vecchia et al., 2004], ou através do

método químico quando ligações covalentes são formadas entre as moléculas

da enzima e ao suporte inerte com reagentes funcionais [Neto, 2002]. Ela tem

grande importância devido a sua ampla variedade de aplicações nas indústrias

de alimento, farmacêutica e também em aplicações biomédicas [Bryjak &

Kolarz, 1998; Malmsten et al., 1999; Villalonga et al., 2000].

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3.10. Levana A levana é um biopolímero, polissacarídeo extracelular, formado através

de reações de transfrutosilaçãoi. Quando produzido por bactérias possui alto

peso molecular e é constituído por unidades de frutose unidas por ligações

glicosídicas β 2-6 e ramificações β 2-1 [Claker, et al.,1990].

Vários grupos de bactérias produzem a levana, entre elas a Zymomonas

mobilis (figura 6), que produz em um meio fermentativo à base de sacarose,

extrato de levedura e sais minerais. A levana pode apresentar baixo peso

molecular quando produzida por vegetais [Barros, 2002]. Além disso, é possível

sintetizá-la quimicamente.

Figura 6- Zymomonas mobilis

Segundo Swings & Deley (1997), a levana (Figura 7) é produzida a partir

da sacarose e não da glicose, frutose ou a misturas de ambas. Alguns autores

[Vandamme & Derycke, 1983; Fuchs, et al., 1985; Fuchs, 1991] dizem que a

levana possui uma unidade de glicose terminal, no entanto outros autores

[Feingold & Gehatia, 1957; Barrow, et al., 1984; Calazans, 1997], afirmam que

levanas de origem vegetal têm uma glicose terminal, enquanto que as de

origem bacteriana possuem unicamente unidades de frutose.

i Tranfrutosilação: Induz a formação de ligações glicosídicas ß(1-2) entre as moléculas frutose.

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Figura 7 – Estrutura da Levana. [Fonte: Barros, 2002.]

As propriedades da levana dependem grandemente das condições do

meio de cultura [Stivala & Khormanian, 1990]. As levanas são levorotatórias,

amorfas ou microcristalinas, de solubilidade variada em água fria, muito solúvel

em água quente e insolúvel em álcool etílico absoluto. A elevada solubilidade

pode ser uma das características do seu tipo de ligação. As levanas não são

redutoras, nem hidrolisáveis por invertase de levedura e amilase, mas são

muito susceptíveis à hidrólise por ácidos. Elas não são coradas por iodo, mas

cloreto de hidrogênio confere uma cor púrpura que distingue a levana de outros

polissacarídeos que não contém frutose [Pontis & Del Campillo, 1990].

A levana é eliminada do corpo lentamente e não é tóxica [Schechter &

Hestrin, 1990]. Ela possui inúmeras aplicações biotecnológicas, tais como

utilização nas indústrias farmacêuticas como anticarcinogênico,

imunomodulador, hipocolesterolêmico e como substituto do plasma sanguíneo;

nas indústrias cosméticas como agentes espessante e nas indústrias

alimentícias como adoçante [Bekers et al., 2001; Calazans et al., 2000].

3.11. Fucana

As algas marinhas apresentam uma grande quantidade de

polissacarídeos em comparação com outros vegetais. Dentre as algas, as

Phaeophyceae foram as que atingiram o maior desenvolvimento morfológico e

estrutural [Round, 1983]. Esta classe produz polissacarídeos ácidos que são

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classificados em não sulfatados (ácido algínico) e sulfatados (fucana). Em

relação aos polissacarídeos sulfatados das Phaeophyceae, as fucanas

destacam-se por apresentar diversas atividades biológicas [Yoon et al., 2007].

As fucanas são polissacarídeos ácidos sulfatados solúveis em água que

ocorrem como principal constituinte de algas marrons [Araújo et al.,2004; Yoon

et al.,2007]. Elas são obtidas em grande quantidade e estão entre os

polissacarídeos sulfatados mais abundantes na natureza [Yoon et al., 2007].

Ela também pode ser obtida através dos equinodermos marinhos (ouriços e

pepinos do mar), porém sua estrutura é muito complexa [Mulloy et al., 2000].

Estudos têm demonstrado que a fucana apresenta atividade antiviral, antiúlcera

e antiadesiva, anticoagulante, anti-inflamatória e propriedades antiproliferativa

e antitumoral [Rocha et al.,2001].

As fucanas constituem um grupo bastante heterogêneo de carboidratos

e de acordo com sua composição são classificadas em homofucanas

constituídas apenas de L-fucose (Figura 8), e heterofucanas constituídas de L-

fucose e outros açúcares como xilose, galactose, glicose, manose, ácido

urônico bem como sulfato, possuindo a L-fucose como açúcar predominante

[Percival & Mcdowell, 1967].

Figura 8 – Estrutura da L-fucose.

[Fonte: www.geocities.com/bioquimicaplicada/Carbo20.gif]

A complexidade na estrutura desses compostos ocorre devido às muitas

possibilidades de ligações entre os monossacarídeos e a distribuição do

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grupamento sulfato [Rocha et al., 2004]. A composição química de diferentes

polissacarídeos pode variar de acordo com o método de extração, devido à

polaridade do solvente, assim sendo, cada nova fucana purificada é um

composto único com características estruturais únicas e assim uma nova droga

em potencial [Rocha et al.,2001]. A fucana contém em sua estrutura grupos

funcionais disponíveis para ligar moléculas biologicamente ativas, podendo

desta forma, ser utilizada como suporte para imobilização [Araújo et al., 2004].

Porém, ainda não se tem uma estrutura definida deste polissacarídeo, o que se

tem são modelos de possíveis estruturas dados por Percival & McDowell, 1967

e Patankar, et al., 1993 (figura 9).

Figura 9 – Estrutura da fucana segundo Percival & McDowell (modelo 1) e por Patankar, et al.

(modelo 2).

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4. METODOLOGIA 4.1. Obtenção da Levana

A levana obtida por fermentação da sacarose a partir da Zymomonas

mobilis ZAG–12 foi gentilmente cedida pela Profa. Dra. Glícia Maria Torres

Calazans do Departamento de Antibióticos da Universidade Federal de

Pernambuco.

Porém sua obtenção ocorre da seguinte forma: As bactérias são

mantidas a 4°C num meio contendo 5g/L de extrato de fermento e 20 g/L de

glicose, o pH deste meio fica em torno de 6,5. Para a produção da levana

colocam-se as culturas em garrafas estacionárias por 72h a 30ºC num meio

contendo 2 g/L de extrato de fermento contendo 100 g/L de sacarina, 2 g/L de

KH2PO4, 0,5 g/L de MgSO4. 7H2O e 1 g/L de (NH4)2SO4.

Passado o tempo determinado, as bactérias foram recolhidas por

centrifugação e a levana foi precipitada com a adição de álcool etílico 70% em

baixa temperatura (4±1°C). O precipitado é dissolvido em água destilada e

precipitado outra vez. A levana foi isolada, liofilizada e armazenada em

refrigeração até sua utilização.

4.2. Obtenção da Fucana Materiais utilizados: 1. Alga Sargassum cymosum

2. Acetona p.a. (VETEC)

3. NaCl (VETEC 99%)

4. NaOH (VETEC 98%)

5. Enzima papaína (MERCK)

6. Água destilada

A Alga Sargassum cymosum foi coletada em Pedra de Xaréu,

Pernambuco, Brasil. A alga (Sargassum cymosum) foi lavada e seca (50g). Em

seguida, adicionou-se 200 ml de acetona sob agitação durante 12 horas para

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remover os pigmentos e lipídeos do material. A acetona foi retirada e o resíduo

colocado para secar à 45ºC em uma estufa aerada.

Posteriormente, foram adicionados 100 mL de NaCl 0,15 M ao resíduo

cetônico e o seu pH ajustado para 8,0 com NaOH. Para ocorrer à proteólisej, foi

adicionada a enzima papaína (15 mg por 1 g de pó cetônico). O resíduo

cetônico foi incubado com a enzima papaína a 50ºC overnight. A suspensão foi

filtrada e o sobrenadante coletado foi seco em liofilizador Multi-Tainer (FTS

Systems, INC), para obtenção do pó.

4.3. Método de coprecipitação para obtenção da Magnetita Materiais utilizados: 1. Cloreto Ferroso tetrahidratado p.a. (Sigma 99%)

2. Cloreto Férrico hexahidratado (Sigma 99%)

3. Hidróxido de amônio (VETEC)

4. Água destilada

Preparou-se solução aquosa de 5,0 mL de cloreto ferroso 0,6 M e 5,0

mL de cloreto férrico 1,1 M. O pH foi ajustado para 11 com o hidróxido de

amônio. A mistura foi aquecida no banho-maria a 50 ± 3 ºC e mantida sob

vigorosa agitação por 30 minutos. Ao atingir a temperatura ambiente, filtrou-se

a amostra. Todo o resíduo sólido foi seco em estufa a 37 ºC por 24 horas. O

material obtido foi macerado com ajuda de um almofariz e pistilo e armazenado

à temperatura ambiente.

4.4. Revestimento

Para a magnetita ser revestida, foi necessário adicionar os polímeros à

mistura dos cloretos, posteriormente, verificou-se se as partículas formadas

foram magnetizadas, utilizando um campo magnético de 0.6 T.

j Proteólise: é o processo de degradação de proteínas por enzimas.

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Figura 10 – Magnetita aplicada ao campo de 0,6T.

4.5. Tamanho e Morfologia

O tamanho de partícula e a morfologia das amostras foram

determinados através da microscopia eletrônica de varredura (MEV), utilizando microscópio eletrônico da JEOL modelo JSN – 5900. 4.6. Medidas da magnetização

As medidas de magnetização foram realizadas no magnetômetro SQUID

MPMS-5S da Quantum Design, medidas gentilmente realizadas pelo Prof.

Renato F. Jardim – IFUSP.

4.7. Análise de Raios-X

As propriedades estruturais das partículas magnéticas foram

caracterizadas pela difração de Raio-X (DRX), que foi realizada em um

difratômetro da Siemens modelo D5000. As amostras representativas foram

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analisadas na escala de da escala 10° < 2θ < 90° usando a radiação de CuKα

(λ = 1.5406 Å), em passos de 0.02°, e com o tempo de contagem de 1 segundo

por a etapa. Elas foram medidas a temperatura ambiente.

4.8. Análise de infravermelho

O infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) foi realizado pelo

método da pastilha de KBr na escala de 4000 - 400 cm-1, no instrumento da

BRUKER modelo IFS 66. Dois miligramas da magnetita, da levana -magnetita e

da fucana - magnetita foram misturados a 200 mg do KBr e em seguida foram

pressionados a 490 atm e transformados em discos.

38

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5. Resultados e Discussões 5.1. Método de Coprecipitação

O processo de coprecipitação para obter partículas magnéticas da

magnetita revestida por levana e fucana, foi realizado em um meio aquoso

alcalino e o produto final obtido deste processo era denso, preto e magnético.

Estas partículas magnéticas exibiram uma magnetização na presença de um

campo magnético 0.6 T.

5.2. Microscopia eletrônica de varredura (MEV)

O MEV revela uma morfologia heterogênea, sem porosidade para as

partículas da magnetita e dela revestida. Entretanto, as partículas da magnetita

revestida apresentam um tamanho médio e uma grande dispersão uma das

outras, além de ter um aspecto aveludado. As partículas magnéticas

preparadas podem ser consideradas como micropartículas com tamanhos

entre 10-60 µm para a magnetita não revestida (Figura 11) e entre 10-200 µm

para a magnetita revestida (Figura 12 e 13). De acordo com Silva et al, [2005] o

revestimento produz uma mudança no tamanho da partícula fazendo com que

ela aumente seu tamanho.

Figura 11 – Micrografia MEV obtida utilizando-se elétrons secundários da magnetita

obtida pelo método de coprecipitação.

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Figura 12 – Micrografia MEV obtida utilizando-se elétrons secundários da magnetita revestida com Fucana

Figura 13 – Micrografia MEV obtida utilizando-se elétrons secundários da magnetita revestida com Levana

5.3. Medidas da Magnetização

A magnetização (figura 14) mostrou que a fucana inicia o saturamento

em 30 emu/g, já a levana mostra um saturamento em aproximadamente 8

emu/g. Indicando uma maior magnetização para a fucana do que a levana.

40

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Com este resultado, concluiu - se também que a fucana é mais fácil de se

magnetizar.

Figura 14 – Espectro da curva de Magnetização

5.4. Caracterização estrutural- difratometria de raios-x (DRX)

A Figura 15 mostra o difratograma de DRX para partículas de magnetita,

da levana –magnetita e da fucana - magnetita. A magnetita é a fase dominante

nas partículas revestidas com o primeiro pico em torno de 2θ = 35°. Este

resultado está de acordo com os resultados de Chen & HU, 2003. Os

difratogramas mostram um pequeno deslocamento dos picos em comparação

aos padrões do DRX da magnetita. Estes deslocamentos aconteceram

provavelmente devido às tensões internas na estrutura cristalina da magnetita,

por causa das modificações que ocorreram durante a síntese do material, ou

até mesmo pela formação de outros materiais, porém, os picos característicos

da goethita (em 2θ = 21.38°), hematita (em 2θ = 33.15°), hidróxido férrico (em

2θ = 26.38°) assim como outras fases de hidróxidos do óxido de ferro não

foram detectados [Ramanujan, et al., 2007; Amaral, et al., 2006]. A Levana -

magnetita mostra picos largos que é característico para materiais amorfos

[Ramanujan & Yeow, 2005] e a fucana – magnetita apresentou uma leve

diminuição dos picos. Os tamanhos das partículas foram calculados pela

equação de Scherrer

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Onde, o d é o diâmetro médio das partículas; k: constante de proporcionalidade

que depende da forma das partículas; l: comprimento de onda da radiação do

Cu (1,5406 Å) e b: a largura à meia altura do pico (rad). Os tamanhos variaram

de 100 a 150 nm, sendo um resultado diferente do MEV ( ver tabela 2). Isto

ocorre porque, no MEV vemos a partículas de forma aglomeradas.

MEV Raio-x

Magnetita 20 μm 100 nm

Magnetita-Levana 50 μm 120 nm

Magnetita-Fucana 80 μm 145 nm

Tabela 2- Diferença dos tamanhos das partículas.

(Obs:Esses valores são valores médios.).

Figura 15 – Espectro de difração de raio-X das partículas de magnetita, fucana-magnetita e

levana-magnetita.

35°

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5.5. Análise do infravermelho (IV)

A espectroscopia por infravermelho (figura 16) mostrou que os grupos O-

H estão presentes em ambas às amostras em torno de 3500 cm-1. Estes

grupos O-H correspondem àquele presente em compostos orgânicos e os que

fixam na superfície da partícula. A presença da banda de O-H, na magnetita

indica presença de água, ou seja, o pó não estava seco o suficiente. A levana e

a fucana -magnetita apresentam faixas de absorção em 2935.1 e 2878.5 cm-1

correspondente à ligação do C-H, na faixa de 1061.0 cm-1 verificamos a ligação

de C-O-C, na magnetita, esta banda não está presente. Estudos precedentes

relataram que as faixas de absorção características da ligação Fe-O da

magnetita estão em torno de 570 e 375 cm-1. Entretanto, Ma. et al, 2003 observou que o deslocamento da faixa em aproximadamente 600 cm-1 o pico

tende a se dividir em 631.4 e 582.9 cm-1. Em nosso trabalho, foi encontrada

uma faixa próximo de 600 cm-1 e a separação em dois picos de 631.2 e 565.6

cm-1 para a magnetita. Nota-se, entretanto, que a levana e a fucana-magnetita

apresentaram uma única faixa larga em 583.6 cm-1. Esta diferença pequena

pode indicar que as interações entre o revestimento (polímeros) e a magnetita

são de interações intermoleculares.

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Figura 16 – Espectro de Infravermelho das partículas de magnetita, fucana-magnetita e levana-magnetita.

OH C-O-C

Fe-O

C-H

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6. Conclusão

Este trabalho apresenta dados experimentais da obtenção das partículas

de magnetita, levana – magnetita e fucana - magnetita que foram preparadas

pelo processo de coprecipitação. A magnetita um pó denso, preto e magnético

foi revestida por polímeros naturais (Levana e Fucana) que apresentou uma

maior variação do tamanho do que partículas sem revestimento. A presença do

polímero nas partículas revestidas é observada através de faixas de absorção

características no infravermelho, como também, observamos a ligação Fe-O

própria da magnetita.

Nos difratogramas de raios - X, verificou a presença do polímero que faz

as faixas ficarem um pouco mais largas e menores e também faz com que a

magnetita perca sua cristalinidade tornando – se amorfo (no caso da levana).

Já para magnetita revestida com a fucana observou-se uma leve diminuição

nos picos, mas continuou a apresentar forma cristalina. A microscopia

eletrônica de varredura mostrou uma variação grande quanto aos tamanhos da

partícula e mostrou que elas estavam cobertas pelos polímeros. Os resultados

de magnetização, que foram realizadas a temperatura ambiente, revelam que

magnetita revestida com a fucana apresenta uma magnetização de saturação

maior que a magnetita revestida com a levana.

Concluiu-se que o processo de co-precipitaação utilizado para obtenção

da magnetita e para o revestimento da mesma pelos polissacarídeos mostrou-

se eficiente permitindo que possam ser utilizadas em diferentes processos na

biotecnologia, como: separação magnética, magnetohipertermia, ressonância

magnética por imagens e outros.

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7. Perspectivas futuras

Para trabalhos posteriores, pretende-se elaborar um estudo comparativo

da magnetita revestida por polímeros sintéticos e naturais, como também

verificar quais as enzimas que se imobilizariam nos suportes formados.

Observar, quais processos biotecnológicos esses suportes poderiam

servir depois da enzima imobilizada. Tentar determinar a estrutura do polímero

Fucana e utilizar outros métodos para comparar a melhor obtenção da partícula

de magnetita.

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