Nanopartículas de maghemita y método para preparar las mismas.

1. Método para preparar nanopartículas superparamagnéticas de maghemita (g-Fe2O3) que comprende las etapas de:

a) reducir iones Fe

(3+) para dar una composición de materia a base de Fe que comprende nanopartículas amorfas que contienen Fe(0) tratando a temperatura ambiente disoluciones acuosas de sales de Fe(3+) con una disolución acuosa en amoniaco de borohidruro de sodio (NaBH4) y luego calentando la mezcla de reacción hasta 100ºC y manteniendo la misma a esta temperatura durante un tiempo comprendido entre 0,5 y 5,0 horas;

b) oxidar la composición a base de Fe que comprende nanopartículas amorfas que contienen Fe(0) obtenida en a) para dar una composición de materia a base de Fe que comprende las nanopartículas de maghemita que contienen Fe(3+) de color negro envejeciendo con agitación, a temperatura ambiente, una suspensión acuosa de dicha composición durante un tiempo comprendido entre 24 y 96 horas;

c) envejecer la composición de materia a base de Fe que comprende las nanopartículas de maghemita que contienen Fe(3+) de color negro obtenida en b) para dar nanopartículas de maghemita (g-Fe2O3)

estequiométricamente pura con agitación a temperatura ambiente de una suspensión acuosa de las mismas durante un tiempo comprendido entre 24 y 96 horas; o recociendo mediante calentamiento la composición de materia a base de Fe que comprende las nanopartículas de maghemita que contienen Fe(3+) de color negro obtenida en b) a temperaturas comprendidas entre 350º y 450ºC durante un tiempo comprendido entre 20 min y 2 horas;

d) separar y lavar las nanopartículas superparamagnéticas de maghemita (g-Fe2O3) estequiométricamente pura obtenidas.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2010/060486.

Solicitante: UNIVERSITA' DEGLI STUDI DI PADOVA.

Nacionalidad solicitante: Italia.

Dirección: VIA VIII FEBBRAIO 1848 N. 2 35122 PADOVA ITALIA.

Inventor/es: VIANELLO,FABIO, MAGRO,MASSIMILIANO, VALLE,GIORGIO, RUSSO,UMBERTO, NODARI,LUCA.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > IMANES; INDUCTANCIAS; TRANSFORMADORES; EMPLEO DE... > H01F1/00 (Imanes o cuerpos magnéticos, caracterizados por los materiales magnéticos pertinentes; Empleo de materiales específicos por sus propiedades magnéticas)

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Fragmento de la descripción:

Nanopartículas de maghemita y método para preparar las mismas Campo de la invención

La presente invención se refiere a un método para preparar nanopartículas superparamagnéticas de hierro de maghemita estequiométrica pura, a las propias nanopartículas que pueden obtenerse con el método y al uso de las mismas.

Antecedentes de la invención

Con el rápido desarrollo de la nanotecnología, actualmente se están estudiando ampliamente nanopartículas magnéticas. Se conoce desde hace mucho tiempo que las propiedades fisicoquímicas de las nanopartículas magnéticas pueden ser considerablemente diferentes de las del material a granel correspondiente (Selvan, S.T. et ai, 22, Phys. Chem. B, 16, 1157-1162).

Como resultado, las nanopartículas magnéticas presentarán superparamagnetismo, lo que significa que, dependiendo de la temperatura y las dimensiones, las partículas resultan atraídas por un campo magnético, pero no conservan magnetismo residual una vez eliminado el campo (Stavroyiannis, S. et ai, 1998, Appl. Phys. Lett., 73, 3453-3458). Por tanto, pueden retirarse partículas superparamagnéticas suspendidas de la suspensión mediante un imán externo, pero no se aglomeran (es decir, permanecen suspendidas) tras la eliminación del campo magnético externo. Estos materiales nanoparticulados a menudo presentan propiedades eléctricas, ópticas, magnéticas y químicas muy interesantes, que no pueden lograrse por sus homólogos a granel (Ashoori, R.C., 1996, Nature, 379, 413-419).

Se propusieron nanopartículas magnéticas de óxido de hierro como pigmentos magnéticos en medios de almacenamiento magnético y grabación, catálisis, fluidos magnéticos, dispositivos magneto-ópticos, administración de fármaco controlada, agentes de intensificación de la imagen para imágenes de resonancia magnética nuclear y terapia contra el cáncer inducida magnéticamente (Machala, L. et ai, 27, J. Phys. Chem. B, 111, 43-418). La ventaja percibida de usar partículas de tamaño nanométrico en lugar de tamaño micro- o sub-micrométrico es su área superficial mayor para la unión de las enzimas, lo que permite la preparación de biomaterial nanoestructurado con una alta carga de bioelementos por unidad de masa. Las otras ventajas consisten en la posibilidad sencilla y rápida de inmovilizar bioelementos, que pueden implementarse justo antes de realizar un experimento de biodetección, y el ajuste directo de la cantidad de anticuerpo depositado magnéticamente sobre la superficie del electrodo.

Se ha perseguido intensamente el desarrollo de partículas de tamaño de nanómetro uniforme debido a su importancia científica tecnológica y fundamental.

Se han desarrollado varios métodos para la preparación de nanopartículas paramagnéticas (Mornet, S. et al., 24, J. Mater. Chem., 14, 2161-2175; Laurent, S. et al. 28, Chem Rev., 18, 264-211). Entre los métodos químicos indicados en la bibliografía y usados actualmente para sintetizar nanopartículas magnéticas para aplicaciones médicas, pueden encontrarse los siguientes: tecnología de microemulsión, síntesis de sol-gel, reacciones sonoquímicas, reacciones hidrotérmicas, hidrólisis y termólisis de precursores de complejos de hierro, síntesis de inyección de flujo y síntesis de electropulverización (Laurent, S. et al. 28, Chem Rev., 18, 264-211).

El protocolo usado lo más comúnmente implica la co-precipitación de iones ferrosos y férricos en disoluciones básicas. En la mayoría de los casos, con el fin de evitar la agregación de partículas durante la síntesis, para optimizar la homogeneidad de las dimensiones, y para permitir la inmovilización de bioelementos, se usa una suspensión de micelas inversas de agua en aceite, con la ayuda de una molécula tensioactiva (Capek, I., 24, Adv. Coll. Interf. Sci., 11, 49-74). Se añadieron polímeros tales como dextrano, poli(alcohol vinílico) y dietil-aminoetil- almidón para recubrir las partículas para obtener una mejor estabilidad, antes o después de la formación de partículas de óxido de hierro (Lee, J. et al., 1996, J. Coll. Interf. Sci., 177, 49-494; Bergemann, C. et al., 1999, J. Magn. Magn. Mater. 194, 45-52).

Además, partículas tales como óxido de hierro reticulado (CLIO) (Wunderbaldinger, P. et al., 22, Acad. Radiol., 9, S34-S36; Schellenberger, E.A. et al., 22, Mol. Imaging, 2, 12-17), óxido de hierro superparamagnético ultrapequeño (USPIO) (Kooi, M.E. etal., 23, Circulation, 17, 2453-2458; Keller, T.M. et al., 24, Eur. Radiol., 14, 937-944) y nanopartículas monocristalinas de óxido de hierro (MION) (Funovics, M.A. et al., 24, Magn. Reson. Imaging, 22, 843-85; Krause, M.E. et al., 24, Magn. Reson. Imaging, 22, 779-787) se han desarrollado todas ellas como agentes de obtención de imágenes en imágenes de resonancia magnética (IRM). Dependiendo de las funcionalidades de superficie introducidas en la superficie de la partícula, es probable que algunas de las partículas se capten por macrófagos y células inmunitarias, y pueden usarse para obtener imágenes de ganglios linfáticos y tejidos inflamatorios. En otros estudios, se unieron ligandos específicos sobre la superficie de la partícula, con el fin de obtener imágenes del patrón de localización de las moléculas diana (Schellenberger, E.A. et al., 22, Mol.

Imaging, 2, 12-17).

Por lo demás, las nanopartículas magnéticas pueden recubrirse con sílice y la superficie de sílice hidrolizada contiene una alta cobertura de grupos silanol, que pueden anclarse fácilmente con químicas de superficie genéricas y definidas (Laurent, S. et al. 28, ref. cit).

Sin embargo, la síntesis de nanopartículas superparamagnéticas es un procedimiento complejo debido a la naturaleza coloidal de sus dispersiones. El primer reto químico principal consiste en encontrar las condiciones experimentales que conducen a una población monodispersa de granos magnéticos de tamaño adecuado. El segundo punto crítico es identificar un procedimiento reproducible que pueda industrializarse sin ningún procedimiento de purificación complejo, tal como ultracentrifugación, cromatografía de exclusión molecular, filtración magnética o gradiente de campo de flujo. Además, las nanopartículas no deben agregarse en agua y deben formar suspensiones estables en agua.

Sumario de la invención

Para hacer frente a los inconvenientes de las técnicas anteriores para obtener nanopartículas monodispersas de óxido de hierro en agua, la presente invención proporciona un método de preparación de nanopartículas superparamagnéticas de óxido de hierro de maghemita y las propias nanopartículas superparamagnéticas de óxido de hierro de maghemita. Se ha mostrado que el método y las nanopartículas superparamagnéticas de óxido de hierro de maghemita pueden cumplir las necesidades indicadas anteriormente. Además, el método de la invención proporciona nanopartículas de maghemita que pueden unirse a moléculas, tales como sondas y/o biomoléculas, sin ninguna modificación de superficie, de manera fácil y reversible. Por tanto, un objeto de la presente invención es proporcionar un método sencillo y económico para preparar nanopartículas superparamagnéticas de óxido de hierro de maghemita.

Aún, otro objeto de la presente invención es proporcionar nanopartículas superparamagnéticas de óxido de hierro de maghemita, donde dichas nanopartículas son altamente monodispersables en suspensión acuosa y adecuadas para unirse a moléculas orgánicas y/o biológicas sin ninguna modificación de superficie.

Por tanto, en un primer aspecto un objeto de la presente invención es un método para preparar nanopartículas superparamagnéticas de maghemita (y-Fe2C>3) que comprende las etapas de:

a) reducir iones Fe(3+) tratando a temperatura ambiente... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Método para preparar nanopartículas superparamagnéticas de maghemita (Y-Fe2C>3) que comprende las etapas de:

a) reducir iones Fe(3+) para dar una composición de materia a base de Fe que comprende nanopartículas amorfas que contienen Fe() tratando a temperatura ambiente disoluciones acuosas de sales de Fe con una disolución acuosa en amoniaco de borohidruro de sodio (NaBFU) y luego calentando la mezcla de reacción hasta 12C y manteniendo la misma a esta temperatura durante un tiempo comprendido entre ,5 y 5, horas;

b) oxidar la composición a base de Fe que comprende nanopartículas amorfas que contienen Fe() obtenida en a) para dar una composición de materia a base de Fe que comprende las nanopartículas de maghemita que contienen Fe(3+) de color negro envejeciendo con agitación, a temperatura ambiente, una suspensión acuosa de dicha composición durante un tiempo comprendido entre 24 y 96 horas;

c) envejecer la composición de materia a base de Fe que comprende las nanopartículas de maghemita que contienen Fe(3+) de color negro obtenida en b) para dar nanopartículas de maghemita (Y-Fe2C>3) estequiométricamente pura con agitación a temperatura ambiente de una suspensión acuosa de las mismas durante un tiempo comprendido entre 24 y 96 horas; o recociendo mediante calentamiento la composición de materia a base de Fe que comprende las nanopartículas de maghemita que contienen Fe(3+) de color negro obtenida en b) a temperaturas comprendidas entre 352 y 452C durante un tiempo comprendido entre 2 min y 2 horas;

d) separar y lavar las nanopartículas superparamagnéticas de maghemita (Y-Fe2C>3) estequiométricamente pura obtenidas.

2. Método para preparar nanopartículas superparamagnéticas de maghemita (Y-Fe2C>3) según la reivindicación 1, en el que, cuando la etapa c) es una etapa de envejecimiento, se combinan las etapas b) y c) en una única etapa de envejecimiento realizada durante un tiempo comprendido entre 3 y 5 días.

3. Método para preparar nanopartículas superparamagnéticas de maghemita (Y-Fe2C>3) según la reivindicación 1, en el que se añaden etapas adicionales de separación y lavado para aislar los productos intermedios composición de materia a base de Fe que comprende nanopartículas amorfas que contienen Fe() y/o composición de materia a base de Fe que consiste en las nanopartículas de maghemita que contienen Fe(3+) de color negro.

4. Método para preparar nanopartículas superparamagnéticas de maghemita (Y-Fe23) según la reivindicación 1, en el que la razón NaBH4/Fe(3+) es de desde 1,3 hasta 1,6 mol de NaBhVmol de Fe(3+) y la razón NHs/Fe' +) es de desde 4,5 hasta 5, mol de NH3/1T1I de Fe(3+)).

5. Método para preparar nanopartículas superparamagnéticas de maghemita (Y-Fe2Os) según la reivindicación 1, en el que las sales de Fe(3+) son cloruros.

6. Composición de materia a base de Fe que comprende nanopartículas amorfas que contienen Fe<) obtenidas reduciendo iones Fe(3+) tratando a temperatura ambiente disoluciones acuosas de sales de Fe(3+) con una disolución acuosa en amoniaco de borohidruro de sodio (NaBH4) y luego calentando la mezcla de reacción hasta 12C y manteniendo la misma a esta temperatura durante un tiempo comprendido entre ,5 y 5 horas, en la que la razón NaBHVFe*3** es de desde 1,3 hasta 1,6 mol de NaBhVmol de Fe(3+) y la razón NH3/Fe(3+) es de desde 4,5 hasta 5, mol de NHs/mol de Fe(3+)).

7. Composición de materia a base de Fe que comprende nanopartículas amorfas que contienen Fe() según la reivindicación 6, en la que dicha composición que comprende nanopartículas amorfas que contienen Fe( se caracteriza por un espectro de Móssbauerde campo cero de:

Desplazamiento de isómero

Fraccionamiento en cuadrupolo

Fraccionamiento de hiperfinos

Ancho de línea de pico

Área de pico (%)

Atribución

,2

-,1

32,3

,27

Fe()

,45

-,1

42,6

1,56

Maghemita

,21

-,9

16,1

2,33

Fe()

,24

,99

-

,24

Fe().

8. Composición de materia a base de Fe que consiste en nanopartículas superparamagnéticas de maghemita y- Fe23 obtenidas con el método de preparación según una de las reivindicaciones 1 a 5.

9. Composición de materia a base de Fe que consiste en nanopartículas superparamagnéticas de maghemita 7- Fe2C>3 según la reivindicación 8, caracterizada por:

- la fórmula estequiométrica de (Fe3+)T(Fe3+5/3oi/3)H4, en la que "o" significa huecos, y T y H disposición tetraédrica y octaédrica, tal como se determina mediante espectroscopia de Móssbauer de campo cero y en campo (5 T) en el intervalo de temperatura de 5 - 2982K;

- una distribución de tamaños comprendida en un intervalo de desde 5 hasta 5 nm.

1. Composición de materia a base de Fe que consiste en nanopartículas superparamagnéticas de maghemita 7- Fe23 según la reivindicación 9, caracterizada adicionalmente por:

- un tamaño medio de desde 1 hasta 12 nm;

- un índice de polidispersidad en agua comprendido entre 1,2 y 1,5.

11. Composición de materia a base de Fe que consiste en nanopartículas superparamagnéticas de maghemita 7- Fe23 según la reivindicación 9, caracterizada adicionalmente por:

- una magnetización máxima y una mínima (a + 7 y - 7 T) a 22K de 77 y - 77 (Am2/kg (emu/g)), respectivamente, una coercitividad, en las mismas condiciones, de 2,76 y -2,76 A/m (22 y -22 Oe) y una magnetización residual de 21 y

- 21 (Am2/kg (emu/g)); y

- un potencial de superficie zeta (Q (como potencial electrocinético en sistemas coloidales), medido en tampón fosfato de potasio a pH 7,4, en un intervalo de -1 a -3 mV).

12. Composición de materia a base de Fe que consiste en nanopartículas superparamagnéticas de maghemita 7- Fe23 según una de las reivindicaciones 8-11, para su uso como reactivos para la detección y/o la unión de moléculas orgánicas y/o inorgánicas.

13. Composición de materia a base de Fe que consiste en nanopartículas superparamagnéticas de maghemita 7- Fe33 según una de las reivindicaciones 8-11, para su uso como nanoportadores y/o nanocatalizadores.

14. Composición de materia a base de Fe que consiste en nanopartículas superparamagnéticas de maghemita 7- Fe23 según una de las reivindicaciones 8-11, para su uso como medios de amplificación magnética para detección piezoeléctrica.