Síntesis de nanocompuestos magnéticos con polímeros conjugados: estudio de sus propiedades magnéticas y ópticas

Abstract

En las últimas décadas la nanociencia y la nanotecnología han experimentado un gran progreso, destacándose los nanomateriales multifuncionales magnéticos-luminiscentes para aplicaciones en nanomedicina. El objetivo principal de la presente tesis fue desarrollar un nanomaterial multifuncional magnético -luminiscente a partir de magnetita mineral. Esta tesis esta divida en tres etapas: i) Síntesis de los precursores, ii) síntesis de nanocompuestos magnéticos poliméricos y, iii) síntesis de nanocompuestos magnéticos con polímeros conjugados. En la síntesis de los precursores se obtuvieron nanopartículas de óxido de hierro a partir de magnetita mineral con tamaños de 34 nm (M1), 28 nm (M2) y 8 nm (M3). De acuerdo con las propiedades magnéticas éstas nanopartículas presentan superparamagnetismo. Las nanopartículas de la muestra M3 fueron expuestas a la oxidación en medio acuoso, lo cual le entregó a las nanopartículas una configuración del tipo multicapas. Mediante la espectroscopia RAMAN de las nanopartículas se determinó que la magnetita se encuentra en mayor proporción. La modificación superficial de las nanopartículas se realizó con un iniciador de polimerización, por medio de dos métodos de síntesis, directo y por intercambio de ligando, de donde se demostró que este último incorpora un mayor porcentaje de moléculas de iniciador sobre la superficie, lo que se traduce en una mayor posibilidad de polimerizar. Por otro lado, se sintetizó y caracterizó un nuevo monómero bifuncional (MDF) que contiene dos grupos polimerizables metacrilato y tiofeno. En una etapa II, el monómero difuncional es polimerizado desde la superficie de las nanopartículas de óxido de hierro modificadas con el iniciador, para dar lugar al nanocompuesto magnético polimérico (P1). El polímero obtenido presenta una polidispersidad de 1.1 y un peso molecular de 58000 g/mol. En la tercera etapa el nanocompuesto magnético polimérico se copolimerizó con un monómero conjugado, 3,4-etilendioxitiofeno (EDOT) entregando un producto con una morfología esférica (diámetro entre 1-5 m). Este material presentó superparamagnetismo con un valor de susceptibilidad magnética de 0.9 emu/g y fotoluminiscencia a una longitud de onda de 474 nm. Se concluye que el nanocompuesto magnético con polímero conjugado puede ser obtenido en solo dos pasos de síntesis y la metodología implica un distanciamiento entre el centro magnético y el componente luminiscente. Una perspectiva a futuro implica un estudio de la variación del material orgánico en función de la luminiscencia.

In the last decades the nanoscience and the nanotechnology have experienced great progress highlighting the magnetic-luminescent multifunctional nanomaterials fornanomedicine. The main objective of this thesis was to develop a magnetic-luminescent multifunctional nanomaterial from mineral magnetite. This thesis is divided into three parts:i) synthesis of precursors, ii) synthesis of polymer magnetic nancomposite and, iii) synthesis of magnetic nanocomposite with a conjugated polymer.

In the synthesis of precursors, iron oxide nanoparticles have been obtained from magnetite mineral with sizes of 34 nm (M1), 28 nm (M2) and 8 nm(M3). According to magnetic properties, these nanoparticles present superparamagnetism. Sample M3 nanoparticles were exposed to oxidation in aqueous medium, which produced nanoparticles with a multilayer type configuration. By means of RAMAN spectroscopy was determined that the nanoparticles present a great proportion of magnetite. Nanoparticles surface modification was carried out with a polymerization initiator, by two methods, direct and ligand exchange, this last one incorporates a greater percentage of initiator molecules on to the surface , which results in a greater possibility to polymerize. On the other hand, a new bifunctional monomer was synthesized and characterized, containing two polymerizable groups, methacrylate and thiophene. In a step II, difunctional monomer is polymerized from the surface of the iron oxide modified nanoparticles with the initiator, giving rise to a magnetic polymeric nanocomposite (P1). The polymer obtained presents a polidispersity of 1.1 and a molecular weight of 58000 g/mol. In the third step, the magnetic polymeric nanocompositewas copolymerized with the monomer, 3,4-ethylenedioxythiophene (EDOT) bringing a product with a spherical morphology of the order of micrometers (1-5 m). This material showed superparamagnetism with a magnetization 0.9 emu / g and photoluminescence at 474 nm. Is concluded that magnetic nanocomposite with conjugated polymer can be obtained in only two synthetic step sand involves a distancing between the magnetic center and the luminescent component. A future perspective implies a study of the variation of the organic material as function of the luminescence.