Academic literature on the topic 'Nanopartículas - Propiedades magnéticas'

Las nanopartículas magnéticas de magnetita (MNP) presentan comportamiento superparamagnético, lo que les confiere propiedades importantes como bajo campo coercitivo, fácil modificación superficial y niveles de magnetización aceptables. Esto las hace útiles en técnicas de separación. Sin embargo, pocos estudios han experimentado con las interacciones de las MNP con campos magnéticos. Por tanto, el objetivo de esta investigación fue estudiar la influencia de un campo magnético oscilante (CMO) en columnas monolíticas poliméricas con nanopartículas magnéticas vinilizadas (VMNP) para cromatografía líquida capilar (cLC). Para ello, se sintetizaron MNP mediante coprecipitación de sales de hierro. La preparación de las columnas monolíticas poliméricas se realizó por copolimerización y la agregación de VMNP. Aprovechando las propiedades magnéticas de las MNP, se estudió la influencia de los parámetros como frecuencia de resonancia, intensidad y tiempo de exposición de un CMO, aplicado a las columnas sintetizadas. Como resultado se obtuvo una mejor separación de una muestra según los parámetros medidos, de modo que se logró una resolución de la columna (Rs) de 1,35. Las propiedades morfológicas de las columnas fueron evaluadas mediante microscopía electrónica de barrido (SEM). Los resultados de las propiedades cromatográficas revelaron que la mejor separación de la muestra de alquilbencenos se da en condiciones de 5,5 kHz y 10 min de exposición en el CMO. Este estudio constituye una primera aplicación en técnicas de separación cromatográficas para futuras investigaciones en nanotecnología.

El siguiente artículo corresponde a una revisión teórica y experimental sobre las las principales propiedades físicas de un sistema de nanopartículas magnéticas con aplicaciones en el tratamiento del cáncer por hipertermia magnética. Así, se divide el mismo en dos partes: en la primera parte,correspondiente a esta entrega, se realiza una revisión teórica detallada sobre las principales propiedades de las nanopartículas, y las leyes físicas que las rigen, tales como magnetización, interacciones entre partículas y su ordenamiento en suspensiones coloidales. En una segunda entrega, setratarán temas como la síntesis de nanopartículas, técnicas y modelos de caracterización física y medidas experimentales de disipación de calor bajo campos de radiofrecuencia, y su correlación con los modelos mostrados en este artículo. Se presenta este trabajo como una guía ya que ofrece una serie de pautas importantes para tener en cuenta al momento de realizar una investigación en nanopartículas magnéticas.

En este artículo de revisión se presenta un estudio relacionado con el efecto que tiene la nanoestructura sobre las propiedades y aplicaciones de los nanomateriales. Dado el amplio campo de investigación de la ciencia de los nanomateriales se analizan en particular los recubrimientos protectores nanoestructurados 2D de barrera térmica de YSZ (Yttria-Stabilized Zirconia – ZrO2/Y2O3 – Zirconia Estabilizada con Itria) depositados en película delgada por la técnica PVD (Physical Vapour Deposition - Deposición en fase física de vapor) de pulverización catódica (sputtering) bajo ángulo oblicuo y el de las nanopartículas magnéticas 0D de ferritas de Co-Zn (Co1-xZnxFe2O4) obtenidas mediante el método de co-precipitación química. Para el caso de los recubrimientos protectores nanoestructurados 2D de barrera térmica de YSZ se concluyó que el valor de la conductividad térmica (k) está fuertemente influenciado por la microestructura “en zigzag” de los recubrimientos PVD con disminución de (k) en un orden de magnitud, cuando las columnas cambian de orientación de crecimiento normal (α=0) con respecto a la superficie del sustrato, a una microestructura en un patrón de “zigzag” con n=50 repeticiones. Esto muestra el potencial del crecimiento de películas delgadas YSZ al manipular la nanoestructura en una la deposición bajo ángulo oblicuo, como un método efectivo para mejorar la propiedad de aislante térmico de este material. Por otro lado, pudimos establecer que las propiedades magnéticas de las nanopartículas de Co1-xZnxFe2O4 como el campo coercitivo y la magnetización de saturación están fuertemente correlacionadas con el tamaño de partícula y las propiedades de la estructura cristalina, y la ferrita de Co1-xZnxFe2O4 presenta una tendencia al comportamiento superparamagnético a temperatura ambiente. Este resultado implica que las nanopartículas magnéticas pueden considerarse material magnético blando. Lo anterior hace atractivas las nanopartículas de Co1-xZnxFe2O4 para aplicaciones en el campo de la fotónica y la electrónica, como también para aplicaciones biomédicas.

En esta segunda parte del artículo, se abordará el tema de la caracterización de nanopartículas magnéticas, haciendo énfasis en la interpretación de estas propiedades para definir la aplicación biomédica de los nanosistemas en estudio. Para el caso de nanopartículas de óxidos de hierro, se analizará como estas propiedades influyen en la disipación de calor de las nanopartículas cuando son sometidas a campos de radiofrecuencia, respuesta útil en el tratamiento del cáncer por hipertermia magética. En la hipertermia magnética, las partículas absorben energía de un campo de radio frecuencia y la disipan en forma de calor, los rangos de frecuencia típicamente usados para pruebas in-vivo y en humanos están entre 50 y 1000 kHz y amplitudes entre 5 y 50 kA/m. Las propiedades de interés como magnetización, interacciones entre partículas y su ordenamiento, se estudian a partir de simulaciones computacionales y datos experimentales utilizando modelos de análisis adecuados para cada caso, ya planteados en la primera parte de este artículo. Finalmente se hace una correlación de estas propiedades con la disipación de calor, determinada por métodos calorimétricos, la cual se considera como parámetro de mérito para cuantificar la transducción de energía electromagnética a térmica.

En el presente trabajo, se reporta la síntesis y caracterización de nanopartículas magnéticas de magnetita/plata (Fe3O4/Ag) para el estudio de sus propiedades antibacterianas frente a las bacterias Enterobacter aerogenes (Gramnegativa) y Enterococcus faecalis (Gram-positiva). Las nanopartículas magnéticas de magnetita (MNPs) se sintetizaron por el método de solgel, usando bromuro de cetiltrimetilamonio (CTAB) como surfactante. Posteriormente, en la dispersión coloidal de magnetita, se llevó a cabo la reducción química in situ de iones de plata, usando glucosa como agente reductor y polivinilpirrolidona (PVP) como agente dispersante, para obtener un nanocompuesto magnético Fe3O4/Ag. El análisis morfológico y espectroscópico de las nanopartículas de Fe3O4 y del nanocompuesto de Fe3O4/Ag fue realizado mediante la espectroscopia infrarroja con transformada de Fourier (FTIR), Raman, y Mössbauer (MS), además de la técnica de difracción de rayos X (DRX), la microscopía electrónica de barrido (SEM) y espectroscopia de energía dispersiva de rayos X (EDS). Las nanopartículas de Fe3O4 resultaron esféricas con un diámetro medio de 10 nm y el nanocompuesto de Fe3O4/Ag con un tamaño medio de 28 nm, el test antibacteriano indicó que el uso del nanocompuesto de Fe3O4/Ag a una concentración de 5 mg·mL-1 permite una inhibición total del crecimiento de los microorganismos estudiados a partir de una concentración inicial 108 bacterias mL-1.

En el presente trabajo, sintesizamos y caracterizamos nanopartículas magnéticas de maghemita & gamma;-Fe2O3 útiles para aplicaciones biomédicas. En el proceso químico de co-precipitación, una solución precursora de magnetita fue oxidizada ajustando el pH=3.5 a 80℃ en un ambiente ácido. El diámetro de los granos de las nanopartículas obtenidas de maghemita fueron calculados de las mediciones TEM y muestran nanopartículas de menos de 12 nm de tamaño. Las curvas de magnetización FC y ZFC medidas a 1 kOe indican una temperatura de bloqueo de 95 K. La curva M-H revela una coercitividad de cero a temperatura ambiente. La función paramagnética de Langevin fue usada para ajustar la curva de histéresis a 300 K para estimar el diámetro de los granos en la nanomuestra.

<p class="p1">El objetivo de este estudio consiste en proveer un material de alta área de contacto, para ser empleado en el tratamiento de aguas contaminadas con arsénico. Se reporta la síntesis de nanopartículas de hierro con propiedades superparamagnéticas, estabilizadas con ácido esteárico, así como su respectiva caracterización a través de técnicas espectrofotométricas, termogravimétricas y trasmisión electrónica, siendo evidente que la presencia de un emulsificante es determinante para la estabilización de la fase del óxido de hierro (maghemita o magnetita) con propiedades magnéticas. El material obtenido muestra adecuadas propiedades para ser utilizado en el tratamiento de agua de consumo humano. </p>

En el estudio se desarrolló un método alternativo para la hidrólisis de sacarosa por β-D-fructofuranosidasa de Saccharomyces cerevisiae inmovilizada sobre nanopartículas magnéticas de ferrita de cobalto (NPM-CoFe2O4), una metodología que permite el reúso de la entidad biológica. Los resultados revisados en la literatura alertan sobre la modificación de la actividad de las enzimas cuando son inmovilizadas; por esta razón se cuantificaron los cambios en las propiedades catalíticas de la enzima inmovilizada para conocer la eficacia de este sistema a escala de laboratorio. Las nanopartículas magnéticas fueron sintetizadas por el método de reducción poliol y caracterizadas por Difracción de rayos X, Magnetometría de Muestra Vibrante, Microscopia Electrónica de Barrido y Microscopia Electrónica de Transmisión. Las nanopartículas se recubrieron con quitosano y se activaron con glutaraldehído, el cual acopló la β-D-fructofuranosidasa sobre las nanopartículas mediante unión covalente. La inmovilización se caracterizó por Espectroscopía Infrarroja con Transformada de Fourier, y la cantidad de enzima inmovilizada y el rendimiento de la inmovilización se determinó por el método espectrofotométrico para la cuantificación de proteína de Bradford. Se investigó el comportamiento catalítico de la enzima en función del pH y la temperatura. El pH operacional óptimo fue 0.5 más alto para la enzima inmovilizada respecto a la enzima libre. La temperatura operativa óptima fue de 50°C para la enzima libre e inmovilizada. Luego de la inmovilización Vmáx disminuyó 2.96% y Km aumentó en un factor de 1.7. Las bio-nanopartículas retuvieron un 95.89 y 91.79% de la actividad inicial, en el segundo y tercer ciclo de uso.

El efecto de la velocidad de agitación, temperatura, velocidad de alimentación de los reactivos, así como la solubilidad de los precursores en el tamaño de la síntesis de nanopartículas magnéticas (MNPs) obtenidas por coprecipitación fue investigado. El tamaño de las MNPs obtenidas fue de 7 a 15 nm. El tamaño y la morfología de las MNPs se caracterizaron mediante microscopia electrónica de transmisión (TEM). La difracción de rayos X (XRD) permitió determinar las fases de óxido presentes, así como la cristalinidad de la muestra obtenida. La técnica de espectroscopia de IR ayudó a identificar el enlace Fe–O así como las impurezas presentes en la muestra. Para determinar sus propiedades magnéticas se obtuvieron los ciclos de histéresis, los cuales se midieron a temperatura ambiente empleando un magnetómetro de muestra vibrante (VSM). Finalmente, para determinar el efecto de esta variación de parámetros operativos claves durante la síntesis, fue a través de un diseño de experimentos 2k, tomando como variable de respuesta el tamaño de partícula. Los resultados mostraron que la combinación de reactivos que proporciona el tamaño máximo de partícula es cuando se presenta una alta solubilidad de los precursores. Además se observó que existe una relación directa entre la disminución de la polidispersidad de las partículas y la disminución de la temperatura de reacción. Finalmente estas MNPs son candidatas para ser empleadas en aplicaciones biomédicas, debido al tamaño, la polidispersidad estrecha, alta cristalinidad y una alta magnetización de saturación.

En la presente tesis, hemos sintetizado y caracterizado nanopartículas magnéticas de maghemita (γ-Fe2O3)con el objetivo de aprender el método de síntesis de co-precipitación y estudiar sus propiedades estructurales y dinámicas a través de medidas magnéticas. Para la preparación fue necesario preparar primero la magnetita precursora, la cual fue oxidada al ajustar el pH de la solución química a pH=3,5 alrededor de 80°C en un medio ácido. El valor promedio del diámetro de las nanopartículas magnéticas de maghemita (en adelante llamaremos la nanomaghemita) fueron calculadas usando la ecuación de Debye-Scherrer tomando el ancho de línea del difractograma de rayos-X y su valor medio fue de 5,7 nm. Las medidas de Espectroscopia Mössbauer a temperatura ambiente muestran una relajación superparamagnética. Además, medidas Mössbauer a la temperatura de nitrógeno líquido (77 K) y a la temperatura de helio líquido (4,2 K) fueron llevadas a cabo con el objetivo de encontrar los campos magnéticos hiperfinos típicos de la maghemita y así descartar la presencia de algún porcentaje de magnetita. Las curvas de magnetización en procesos Field Cooling (FC, con campo) y Zero Field Cooling (ZFC, enfriamiento sin campo) medidos con un campo externo de 500 Oe indican una temperatura de bloqueo de 105,3 K. Las medidas de magnetización también muestran coercitividad cercana a cero a temperatura ambiente (TA). Las imágenes MET confirman que las nanopartículas poseen diámetros más pequeños que 10 nm, los cuales están de acuerdo con los patrones de Difracción de rayos-X y los datos de magnetización.
Tesis

Implica el estudio de las propiedades estructurales, morfológicas y magnéticas de nanopartículas de SnO2 dopadas con Cr (0.00 a 20.0 %), preparadas por el método de precursores poliméricos (método de Pechini). Los resultados obtenidos por la técnica de EDS evidencian la presencia de Cr aproximadamente en la misma proporción designada nominalmente en la síntesis de las nanopartículas de SnO2 dopadas con Cr. El refinamiento mediante el método Rietveld (utilizando el programa GSAS) de difractogramas de rayos X indica la formación de la fase cristalina tetragonal de tipo rutilo en todas las muestras estudiadas. Además, fueron estimados los diámetros medios de los cristalitos utilizando la ecuación de Scherrer en todos los compuestos. En este contexto, fue observada una disminución en el tamaño de las nanopartículas en función del aumento de la concentración de Cr en la matriz semiconductora. No en tanto, después de los tratamientos térmico, este tamaño medio muestra un crecimiento proporcional a la temperatura de tratamiento. El diámetro medio obtenido a través del análisis de imágenes de TEM corrobora el diámetro obtenido por difracción de rayos-X. Medidas de absorción en el infrarrojo proporcionaran informaciones consistentes con lo obtenido en medidas de espectroscopia Raman, confirmando la formación de la estructura rutilo, donde el modo más intenso (A1g) muestra un desplazamiento para menores números de onda, el que fue asociado al efecto de enlace producido por el dopaje con Cr. Además de eso se observaran modos adicionales las cuales fueron identificados con los modos Eu(3) y A2u propios de activos infrarrojos. Estos modos quedan más intensos al aumentar la concentración de Cr. Se acredita que estos modos queden como Raman activos debido a las perturbaciones estructurales introducidas por el dopaje. Fueron realizadas medidas magnéticas en función de la temperatura (2 - 300 K) aplicando campos magnéticos hasta ±65 kOe. A partir de las curvas de M(H) a 2 K es observado un aumento acentuado en los valores de magnetización de saturación al aumentar la concentración de Cr, ello confirma la entrada de Cr en la estructura. Ajustes usando la ley de Curie-Weiss de las curvas de susceptibilidad vs temperatura, muestran que el momento magnético efectivo por átomo de Cr disminuye hasta el valor de 2.83 B para el cromo con estado Cr4+. El análisis de las medidas de magnetización en función del campo magnético aplicado sugiere que para bajas concentraciones (<3%) de Cr, sucede la coexistencia del ferromagnetismo y paramagnetismo; entretanto, solamente la presencia del paramagnetismo fue determinada para las muestras con alta concentración de Cr.
Tesis

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La investigación está basada en dos objetivos principales. El primero consiste en la comprension de la síntesis, funcionalizacion y explicación de los mécanismos de adsorcion que gobiernan en los sistemas conformados por nanopartículas (Nps) magnéticas, especialmente en nanopartículas de maghemita. Por lo cual, se ha usado la ruta de co-precipitacion química, debido a que es una ruta confiable y adecuada para aplicaciones en temas de remediación ambiental y del agua; ya que, la misma produce cantidades adecuadas en terminos de masa, es decir que es una ruta escalable. Además, las muestras estudiadas han sido caracterizadas de forma exhaustiva por el autor con el objetivo de estudiar en detalle las propiedades físico-químicas. Entre los resultados más sobresalientes, la formación de una fase poco común de maghemita con vacancias ordenadas usando ácido cítrico fue alcanzada, dicha fase no fue modificada cuando se coloco inmersa en una matriz de hidroxiapatita con el objetivo de lograr la funcionalización. Una investigación detallada usando los métodos de Le-Bail, espectroscopía de fotoelectrones emitidos por rayos X (XPS) y Mossbauer mostraron que un ambiente hidratado formado por una interface de Fe-citrato jugo un rol significante en el mecanismo de funcionalización del nanocomposito, el cual adsorbió casi todo el Cu(II) en solución y completamente el Pb(II) en solución en un tiempo menor a 7 h. Los efectos físicos superficiales presentes en algunas muestras, tales como el efecto de exchange bias (EB) y vidrio de espín (spin glass) fueron estudiados por magnetometría DC y AC, donde se demostró que los grupos carboxílicos del acido etilendiamino-tetraacético (EDTA) suprime el efecto de no colinealidad del espín y el comportamiento EB, este efecto también fue explicado debido a la formacion de una capa antiferromagnética (AFM) proveniente de un hidróxido de Fe conocido como lepidocrocita. Un procedimiento de ajuste Mossbauer a diferentes temperaturas para nanopartículas presentando efectos de relajación superparamagnética y excitaciones magnéticas colectivas es también discutido. El diámetro promedio de los nanosistemas, diez muestras en total, se encuentra en el rango entre 3 a 17 nm en tamaño, el cual fue estimado del refinamiento Rietveld e Imágenes de Microscopía Electrónica de Transmisión (MET). Las nanopartículas revelaron alta estabilidad coloidal, la cual fue cuantificada por las medidas de potencial zeta mostrando que la ruta de coprecipitación fue mejorada por la funcionalización de las nanopartículas magneticas. A su vez, se mostró que las nanopartículas adsorben cantidades significativas de cobre y plomo. Siendo el último totalmente adsorbido por las diez muestras sin y con funcionalización de los diferentes agentes. El segundo objetivo reside en el desarrollo de un protocolo fácil de manejar, que sea ambientalmente seguro y barato para la adsorción y remoción de arsénico del agua. Por lo cual Nps puras de maghemita y nanocompositos binarios y tenarios hechos de estas Nps con dióxido de titanio (TiO2) y óxido de grafeno (GO) fueron sintetizados, caracterizados y aplicados en la adsorción de las especies inorgánicas de As, arsenito, As(III) y arseniato, As(V) de un ambiente acuoso. Las nanopartículas de maghemita mostraron una alta capacidad maxima de adsorción con valor de 83 mg/g para As(III) y 90 mg/g para As(V). Por lo tanto, las nanopartículas por sí solas poseen una remarcable capacidad de adsorción. Estos valores fueron ligeramente modificados cuando el TiO2 fue adicionado y una alta mejora en la capacidad de adsorción fue observada cuando el GO actuó como soporte incrementando de un valor de 83 mg/g a 110 mg/g para As(III) y de 90 a 127 mg/g para As(V), respectivamente. Ademas, los nanocompositos fueron rápidamente colectados con ayuda de una magneto permanente de Neodimio (Nd) en menos de 10 min. La capacidad de adsorción en función del pH fue evaluada y ayudó a explicar los mecánismos de adsorción de As. Los límites de cuantificación poseen valores por debajo de los establecidos por la Organización Mundial de la Salud (OMS) y la Dirección General de Salud Ambiental (DIGESA). Finalmente, recomiendo estos prototipos como adsorbentes de bajo costo con excelentes propiedades adsorbativas para cobre, plomo y arsénico, los cuales son metales pesados tóxicos que se encuentran comúnmente en sistemas acuosos.
Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Perú). Fondo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico (Fondecyt)
Tesis

Diseña un sistema que detecte al ácido pirazinoico (POA), el cual es producto del metabolismo de la bacteria y principio activo de la droga. Cuando una bacteria es sensible al tratamiento con pirazinamida, produce POA en los cultivos a determinado ratio, sin embargo, aquellas resistentes no producen o producen muy poco. Se logró ensamblar dos sistemas de detección, el Sistema I consistió en acoplar la proteína RpsA y su tmRNA a una nanopartícula magnética de estreptavidina a través del tmRNA biotinilado, mientras que el Sistema II, consistió en acoplar las mismas moléculas a una nanopartícula magnética de cobalto, pero a través de la cola de histidinas de la proteína RpsA. Estos sistemas fueron enfrentados de forma preliminar, a POA comercial. Como resultado se obtuvo que el primer sistema logró detectar hasta cinco picomoles del ácido, sin embargo, estos resultados no lograron ser reproducibles. El segundo sistema logró detectar hasta 750 picomoles del ácido, y se logró reproducir en dos ocasiones. Los sistemas fueron estables y demostraron estar ensamblados correctamente, sin embargo, la variabilidad en los resultados de detección de POA, aquí presentados, estarían indicando que la interacción entre el RpsA y el POA no es tan fuerte como se mencionó en estudios anteriores. El resultado de este trabajo estaría confirmando lo reportado en un último estudio publicado en Nature, el cual refuta la hipótesis de que el ácido pirazinoico se une a RpsA con gran afinidad.
Innóvate Perú
Tesis

Adsorbentes magnéticos de nanopartículas de óxidos de hierro como magnetita (Fe3O4) y maghemita (-Fe2O3) fueron sintetizados y usados en la remoción de arsénico As (V) en agua. Estas nanopartículas de óxidos de hierro son materiales excepcionales debido a su buena capacidad de adsorción y a sus propiedades magnéticas. Busca investigar la idoneidad de las nanopartículas de Fe3O4 para la adsorción de As (V) y comparar sus propiedades físicas, potencial y eficiencia con respecto a las nanopartículas de - Fe2O3. Las nanopartículas magnéticas fueron obtenidas a través de métodos químicos en solución acuosa, oxidación parcial activada térmicamente y transformaciones de fase sólida de partículas en suspensión. Las partículas obtenidas fueron caracterizadas por difractometría de rayos X, fluorescencia de rayos X, espectroscopia Mössbauer, microscopia electrónica de barrido y por espectroscopia Raman. También se realizaron medidas magnéticas y medidas de potencial Zeta. Las propiedades morfológicas y físicas de las partículas fueron correlacionadas con sus propiedades de adsorción en agua con respecto al arsénico (V). La capacidad de adsorción de los óxidos de hierro obtenidos incrementa al cambiar la fase cristalina involucrada, e.d., en la transformación de magnetita a maghemita. Para probar la viabilidad de la remoción de arsénico, se utilizó 0,05 g de nanopartículas en 50 mL de solución de arsénico a una concentración de 100 ppb. Las nanopartículas estuvieron en contacto con la solución por 1 min, 5 min, 30 min, 90 min y 300 min. Se encontró que las nanopartículas de maghemita pueden disminuir el contenido de arsénico en el agua de manera eficiente, por debajo del límite establecido por el Organismo Mundial de Salud de 10 ppb. Por lo tanto, estos resultados sugieren que el uso de estas nanopartículas magnéticas podría ser un proceso viable de remoción de arsénico de agua potable. La tecnología de remediación tradicional confía grandemente en la adsorción para la remoción de arsénico del agua usando materiales como óxidos de hierro, alúmina activada, carbón activado, sílice, membranas adsorbentes, etc. Estos métodos pueden ser complejos, costosos, poco eficientes y producir una gran cantidad de desperdicios. Por lo tanto, es necesario desarrollar un método de eliminación de arsénico económicamente factible y altamente eficiente. Debido a su bajo costo y alta afinidad por diferentes especies de arsénico, los óxidos de hierro se han utilizado ampliamente para la eliminación de arsénico con resultados exitosos. Durante las últimas décadas, debido a la emergencia de una nueva generación de tecnología de materiales de alto nivel, el número de investigaciones involucradas envueltas en nanomateriales se ha incrementado exponencialmente. Esto es debido a sus nobles propiedades físicoquímicas, las cuales difieren entre sí según sea como átomos aislados o como fase bulk. Las nanopartículas magnéticas que han estado bajo investigaciones por décadas y que son de gran interés científico en un amplio rango de disciplinas son la magnetita (Fe3O4) y la maghemita (-Fe2O3), las cuales son consideradas como importantes minerales para muchos campos de estudio. Su uso se ha ampliado en gran medida en procesos industriales como fluidos magnéticos, catálisis, biomedicina, biotecnología, imagen magnética resonante, almacenamiento de data y remediación medioambiental. Estas nanopartículas pueden ser ampliamente utilizadas en el tratamiento de aguas como adsorbentes efectivos de muchos contaminantes, para luego ser fácilmente separados del agua usando un campo magnético externo, facilitando la reducción de muchos contaminantes encontrados en aguas subterráneas. Sin embargo, faltan estudios que relacionen una caracterización completa de las fases cristalinas de estas fases de óxido de hierro involucradas con las propiedades de adsorción de arsénico.
Tesis

Inspirados por las investigaciones realizadas en los campos de la plasmónica y los metamateriales, en este trabajo hemos estudiado la difusión de la luz por pequeñas partículas (nanopartículas en el rango del visible) con propiedades ópticas arbitraria, tanto convencionales (dieléctricas como metálicas) como no convencionales (con permeabilidad magnética distinta de 1). El trabajo está principalmente enfocado en controlar la propiedades (principalmente la dirección) de la luz difundida por una partícula mediante la manipulación de sus constantes ópticas. Las principales aplicaciones de este estudio se pueden concentrar en los campos de los biosensores y/o de las comunicaciones ópticas. Es por esto que hemos considerado tanto partículas aisladas como sistemas de partículas(dímeros principalmente).
Inspired by the last researches on plasmonics and metamaterials, this work is devoted to the study of light scattering by small particles (nanoparticles in the visible range) with arbitrary optical properties, both conventional and non-conventional. We focused the analysis on the control of the directionality of light scattering by tunning the optical constants of the scatterer. This could be interesting for the design of futuristic optical communications and/or for the generation of improved biosensores. For this reason, isolated particles and also clusters of them (mainly dimers) were considered.

This doctoral Thesis has been focused on the preparation of magnetic materials by different methods, the characterization of their structural characteristics, and the understanding of their mechanical and magnetic properties. Furthermore, a big effort has been paid to investigate the frequency-dependent functional properties of different materials, which are increasingly demanded in novel technological applications. Moreover, this work presents this characterization in a wide range of frequencies, from the kHz to the THz. In the first chapter, the reader will find an introduction to the topic and the state of the art of those materials that have been synthesized and developed in this Thesis. Then, the general goals of our research are described. Chapter II provides all the needed fundamental theory to accomplish with the previously stated goals. The concepts exposed here will be used later in the following chapters where the results will be shown and discussed. Moreover, this chapter does not only pretend to give the essential notions used in the following chapter, but we also aim to provide a useful guide to anyone who starts working on this field. All the materials, devices, software, and experimental conditions used in this Thesis are described in Chapter III. Here, we describe these aspects in detail in order to allow an agile discussion in the following chapters. The first experimental chapter is Chapter IV, where the synthesis of copper ferrite nanoparticles by mean of sol-gel and co-precipitation is described. The sol-gel process is optimized through of design of experiments (DoE) approach. The results of the mechanical and magnetic characterization of solid pellets fabricated with the previously synthesized nanoparticles are also shown in this chapter. Finally, by using statistical methods a direct experimental correlation between the mechanical and magnetic properties is found in this material. Another material, a carbon nanotube–based nanocomposite, is studied in Chapter V. This novel material is first structurally characterized in order to understand its magnetic properties. A big effort is paid on the study of the magnetic relaxation of this material, which has not been previously reported as far as we know. The investigation of soft magnetic materials (SMM) and composites (SMC) can be found in Chapter VI. The actual SMCs are first structurally and magnetically characterized. Their magnetic properties in the kHz and MHz frequency range are also investigated, showing the better performance of the SMC at high frequencies. In the second part of the chapter, the development on new SMC’s formulations is described. The developed materials are potentially useful for applications in the kHz and MHz frequency range. The frequency is raised in Chapter VII. Terahertz time-domain spectroscopy (THz-TDS) is used to investigate the optical and dielectric properties of two different semiconductor oxides from 180 GHz to 3 THz. The signal processing and the interpretation of the effect that different characteristics of the sample may have on the observed properties are discussed. In this chapter, magnetic materials are not investigated because the Fresnel model – which is the base of this technique - assumes a non-magnetic response of the material. The work described in Chapter VIII is completely different from the previous ones. In this case, we investigate the manipulation of the magnetic moments by using surface acoustic waves (SAWs). The experiments done in this chapter lead to interesting observation about the potentiality of the use of SAWs to accelerate the magnetic moment reversal in magnetic nanoparticles.
Esta Tesis Doctoral se centra en el estudio de materiales magnéticos en su conjunto, tanto desde la síntesis hasta sus propiedades mecánicas y funcionales finales. Además, ha habido un especial interés en el estudio de las propiedades funcionales en un amplio rango frecuencial. De este modo, en el primer capítulo, el lector puede encontrar una introducción al campo de investigación, así como también el estado del arte de aquellos materiales que se han sintetizado y desarrollado en esta Tesis. Por otro lado, en el Capítulo II se aportan todos los conceptos teóricos necesarios para el siguiente desarrollo de la Tesis. Además, los materiales, dispositivos, software y condiciones experimentales utilizados durante el desarrollo de esta investigación están descritos en el Capítulo III. El Capítulo IV es la primera parte experimental de la Tesis, y en la que se describe la síntesis de nanopartículas de ferrita de cobre vía sol-gel y coprecipitación. Además, se estudian las propiedades magnéticas y mecánicas en bulk, y se analiza su correlación empírica. El Capítulo V está dedicado al estudio de un nuevo material: un nanocompuesto magnético basado en nanotubos de carbono. Inicialmente se caracteriza química y estructuralmente para después centrarse en las propiedades magnéticas. Se realiza, además, un detallado estudio de su relajación magnética. Por otro lado, en el Capítulo VI, se investigan materiales magnéticos blandos. Inicialmente se analizan los materiales actualmente utilizados, mientras que en una segunda parte se desarrollan nuevas formulaciones con interesantes propiedades tecnológicas. En el Capítulo VII se presenta el estudio de las propiedades ópticas y dieléctricas en el rango de los THz. Se describe detalladamente el método, análisis de señal, y efecto de las características físicas de la muestra sobre la medida. Finalmente, también se propone un método para cuantificar el efecto de la porosidad de las muestras. Por último, el Capítulo VIII se investiga la manipulación del momento magnético mediante estímulos mecánicos como las ondas acústicas superficiales (SAW, en inglés). Se observa una clara variación experimental con la aplicación de las SAWs, y se relaciona matemáticamente esta variación con la frecuencia y potencia de las SAWs.

Tesis (Lic. en Física)--Universidad Nacional de Córdoba, Facultad de Matemática, Astronomía, Física y Computación, 2016.
Se estudian las propiedades magnéticas y estructurales de la ferrita de cobalto, con la inclusión de itrio en distintas concentraciones. Se observa y explica cómo cambian esas propiedades antes y después de realizar un sinterizado a los polvos sintetizados. Se caracterizan las muestras estudiadas mediante distintas técnicas experimentales, como VSM, SEM, DRX, espectroscopía Raman e ICP-AES. Para ensayar una posible aplicación de la ferrita de cobalto sintetizada, se preparan ferrofluidos en medio orgánico (kerosén) con las nanopartículas obtenidas, en distintas concentraciones y se les mide la conductividad térmica en función de la concentración mediante el método del transient hot-wire.
In this work, we study the magnetic and structural properties of cobalt ferrite, with an addition of yttrium in different concentrations. We characterize the obtained samples and explain how these properties are affected after sintering the synthesized powders. In order to reach these goals, we make use of different experimental techniques, including VSM, SEM, XRD, Raman spectroscopy and ICP-AES. In order to explore a possible application of the obtained cobalt ferrite, we synthetize organic ferrofluids using kerosene and different nanoparticles concentrations to which we measure the thermal conductivity via the transient hot-wire method.

Tesis (Doctor en Física)--Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Matemática, Astronomía, Física y Computación, 2019.
En este trabajo estudiamos diferentes materiales basados en carbono. Primero estudiamos los efectos de irradiación en grafito pirolítico altamente orientado, producidos mediante iones H + y electrones, desde un punto de vista estructural y topográfico. Contribuimos al entendimiento de la separación de la banda D del espectro Raman, asociada a los defectos estructurales. Luego, estudiamos un material híbrido compuesto por diferentes grafitos y nanopartículas de magnetita. Caracterizamos estas nuevas estructuras mediante diferentes métodos. Los resultados muestran que los híbridos presentan una alta densidad de nanopartículas de magnetita inmobilizadas en sus superficies, y su cantidad está relacionada al tamaño del sustrato y al tipo de defectos presentes en el mismo. El último sistema bajo estudio es un compuesto de láminas de grafito y nanopartículas de Ni. Medimos las propiedades electromagnéticas de este nuevo material en el rango de frecuencias 0,1 – 0,3 Ghz, con el objetivo de evaluar la aplicabilidad de este compuesto para utilizarlo como blindaje de microondas.
In this work we have studied different carbon-based materials. First, we asess irradiation effects in highly oriented pyrolitic graphite produced by H + ions and electrons, from a structural and topographic perspective. We contribute to the understanding of the splitting of the defect-associated D band in Raman spectroscopy. Then, we evaluate a hybrid material composed by different graphite powders and magnetite nanoparticles. These new structures are characterized by several methods. The results show that the hybrids present a high density of magnetite nanoparticles inmobilized at the surfaces, and its number is related with the size and kind of defect present in the different graphite substrates. The last system under study is a compound of graphite flakes and Ni nanoparticles. The electromagnetic properties of this material in the microwave frecuency range 0.1– 3.0 GHz are measured in order to test this new material for microwave shielding purposes.

Tesis (Doctor en Ciencias Químicas) - - Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas, 2020
En esta tesis se realizó un estudio acerca de la interacción entre nanopartículas (NPs) hidrofóbicas y diferentes modelos de biomembranas, a los fines de aportar conocimientos que permitan el futuro diseño racional de estos nanomateriales (NMs) para su uso en diversas aplicaciones en el campo de las biociencias. Con este objetivo y como primera etapa del trabajo, se sintetizaron y purificaron nanopartículas de plata y nanopartículas magnéticas, ambas funcionalizadas con una monocapa de ácido oleico, denominadas AgNP-OA y MNP-OA, respectivamente. Las nanopartículas se caracterizaron exhaustivamente a través de diversas técnicas para determinar su estructura y propiedades. UV-Visible permitió corroborar las propiedades ópticas de las AgNP-OA y ensayos de magnetometría (VSM), determinar las propiedades magnéticas de las MNP-OA. Adicionalmente, se emplearon técnicas de espectroscopía infrarroja (FT-IR), análisis termogravimétrico (TGA), microscopía de transmisión electrónica (TEM), espectroscopía de fotoelectrones de rayos-X (XPS) y difracción de rayos-X de polvo (p-XRD) con las cuales fue posible acceder a información detallada sobre la morfología y las características estructurales de las nanopartículas que fueron luego, utilizadas en los ensayos frente a modelos de biomembranas. Estos resultados se presentan en el capítulo II. En el capítulo III, se evaluó la capacidad de las AgNP-OA para incorporarse en biomembranas modelos y desempeñarse como potenciales agentes antimicrobianos en entornos lipofílicos. Para ello, se estudió la interacción de las AgNP-OA con fosfolípidos y mezclas de fosfolípidos empleando monocapas de Langmuir como sistema modelo de membranas. A estos ensayos, se adicionó el estudio la interacción de las AgNP-OA con un modelo de biomembrana que simula la composición del estrato córneo de la piel (SCM). La interacción AgNP-OA/SCM se evaluó en monocapas autoensambladas en la interfase aire/agua y en monocapas soportadas que fueron obtenidas mediante la técnica de Langmuir-Blodgett. Estos estudios, permitieron confirmar que las AgNP-OA inducen procesos de reestructuración en la organización molecular de los films lipídicos con un incremento en la elasticidad en el plano (fluidez) de los mismos. En conjunto con estudios realizados previamente en el laboratorio en monocapas mixtas de MNP-OA y los mismos fosfolípidos (y mezclas de ellos), fue posible determinar que existe una estrecha relación entre el Resumen II tipo de interacción que se establece entre las nanopartículas y las biomembranas, y la naturaleza del núcleo o core que conforma las NPs. Conociendo que la identidad química de los nanomateriales puede modificarse ante su interacción con biomoléculas, hecho muy conocido para proteínas pero no informado en la literatura para lípidos de membrana, se evaluó la composición de las AgNP-OA luego de su interacción con fosfolípidos, las moléculas más abundantes en el entorno que ofrecen las membranas celulares. Luego de la interacción AgNP-OA/fosfolípidos presentes en vesículas multilamelares, se realizaron ensayos para evaluar la adsorción de fosfolípidos sobre la superficie de las NPs mediante XPS. Estos estudios mostraron que fosfocolinas son capaces de adsorberse en ciertas proporciones sobre el núcleo metálico, sin desplazar de manera significativa al ácido graso que estabiliza las NPs. Teniendo en cuenta que uno de los mecanismos por los cuales las AgNPs son capaces de ejercer actividad biocida es a través de la liberación de iones Ag+ desde el núcleo metálico, se cuantificó la liberación de estos iones desde las AgNP-OA por medio de una técnica colorimétrica empleando espectrofotometría UV-Visible. Los resultados encontrados indicaron que las AgNP-OA son capaces de ejercer una liberación prolongada de iones Ag+ en el tiempo, en concentraciones reportadas como antimicrobianas. En el capítulo IV se evaluó la capacidad de las MNP-OA para promover procesos de fusión de bicapas lipídicas empleando liposomas como modelo de biomembranas. Para ello se realizaron diversos estudios, que permitieron confirmar que las MNP-OA son capaces de promover el proceso de fusión de vesículas. Se adquirió, además, información importante acerca de las proporciones, cinética y morfología de la reestructuración molecular que experimentan las bicapas lipídicas en presencia de diferentes concentraciones de nanopartícula. Estudios realizados por DLS y potencial Z demostraron que existe un notorio proceso de reestructuración de las bicapas de los liposomas luego de incorporar las MNP-OA. Esta reestructuración conllevó en primera instancia, a la obtención de vesículas de tamaños más grades, y pequeñas modificaciones de los potenciales de doble capa en las vesículas. Por medio del ensayo estándar de mezclado de contenidos internos, visualizado por la formación del complejo fluorescente Tb3+/DPA, se demostró que las MNP-OA inducen fusión y el mezclado de los contenidos internos de las vesículas. Tanto en este caso como en mediciones realizadas por turbidimetría (espectrofotometría de absorción), fue posible determinar que la cinética y las proporciones en las que se llevan a cabo los procesos de agregación y fusión de las vesículas, son TESIS DOCTORAL – Lic. Martín E. Villanueva III dependientes de la concentración de MNP-OA incorporada a las estructuras lipídicas. Ensayos para la medición del grado de cambio en la permeabilidad de las vesículas hicieron posible corroborar que las NPs inducen un proceso de fusión de bicapas lipídicas que transcurre sin pérdidas aparentes de contenido interno. Aprovechando las características superparamagnéticas de las MNP-OA, se evaluó la fusión de vesículas lipídicas en presencia de campos magnéticos de intensidades variables. Como resultado de estos estudios se encontró que las MNP-OA, son capaces de modificar de manera dinámica, las proporciones en las que se produce el mezclado de contenidos internos ante la aplicación de campos magnéticos de intensidad baja. De esta manera fue posible obtener un incremento aproximado del 20 % en el rendimiento del proceso de fusión. Por último, se realizaron diversos estudios a través de técnicas de microscopía, destinadas a determinar la localización de las MNP-OA en los liposomas en el proceso de fusión. Utilizando TEM, se confirmó que las MNP-OA se ubican preferentemente sobre las bicapas lipídicas, a lo largo de toda la estructura de los liposomas. Seguidamente, un mayor detalle se obtuvo de mediciones de microscopía confocal de fluorescencia, donde a través del empleo de fluoróforos de marcación fue posible realizar experimentos de co-localización de sondas fluorescentes para determinar la localización precisa de las MNP-OA en el medio vesicular. Como resultado de estos estudios, se confirmó que las MNP-OA interactúan efectivamente con la bicapa de las vesículas lipídicas por medio de lo que podrían suponerse, interacciones hidrofóbicas sin producir cambios morfológicos detectables. En el capítulo V, se exponen las conclusiones generales acerca del trabajo realizado en esta tesis doctoral. Los hallazgos aquí logrados, nos permitieron obtener el conocimiento suficiente acerca de las interacciones entre nanopartículas hidrofóbicas y sistemas de biomembranas modelo, como para proponer diferentes mecanismos de acción e interacción entre ambas estructuras, que permitan contribuir y guiar el desarrollo de sistemas de nanopartículas con aplicaciones en el campo de la biomedicina y la nanobiotecnología.
2023-05-01
Fanani, María Laura. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Química Biológica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba; Argentina.
Coronado, Eduardo Andres. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Fisicoquímica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Fisicoquímica de Córdoba; Argentina.
Perillo, María Angelica. Universidad Nacional de Córdoba. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones biológicas y tecnológicas; Argentina.
Moyano, Fernando. Universidad Nacional de Río Cuarto. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina.
Villanueva, Martín E. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas; Argentina.
Vico, Raquel Viviana. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Química Orgánica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Fisicoquímica de Córdoba; Argentina.