Efeito fototérmico em nanopartículas de polímeros conjugados e fulerenos com potenciais aplicações em biomedicina

Abstract

Resumo: Polímeros conjugados e moléculas pequenas, como o fulereno, são materiaispertencentes à classe de semicondutores orgânicos e mais conhecidos pela suaaplicação, por exemplo, na construção de células solares orgânicas e diodosorgânicos emissores de luz. Semicondutores orgânicos demonstram flexibilidadeextremamente alta do arranjo molecular e excelente capacidade de ajuste daspropriedades químicas, físicas e ópticas. Devido às suas características notáveis,além do uso em dispositivos optoeletrônicos, polímeros conjugados têm sidoamplamente utilizados na área de biologia e biomedicina, juntamente com odesenvolvimento de sistemas nanoestruturados. Na medicina, a bionanotecnologia(fusão das ciências biomédicas e a nanotecnologia) abre novos caminhos emtecnologia de biosensores e sistemas de imagens, e em terapias. Na área terapêutica,a terapia fototérmica envolve a emissão de um feixe de luz para promover oaquecimento seletivo em células cancerígenas, deixando células saudáveis ao redorintactas. Neste trabalho, nanopartículas de heterojunção de três diferentes polímerosconjugados e o fulereno PC71BM foram sintetizadas e caracterizadas por medidasópticas de Espectroscopia de Absorção UV-Vis e de Fotoluminescência, e de imagempor Microscopia Eletrônica de Transmissão. Nas interfaces os polímeros conjugadose fulerenos, após a absorção de luz, o éxciton criado pode se recombinar nãoradiativamente,emitindo calor. Assim, a partir da incidência de um feixe de laser nocomprimento de onda de 532 nm, o fluxo de calor gerado pelas amostras denanopartículas foi medido experimentalmente pelo método de Calorimetria Diferencialde Varredura. Os resultados obtidos mostraram alta eficiência fototérmica, emespecial para a heterojunção do polímero MDMO-PPV em uma proporção de 1:1 como fulereno. Nanopartículas de MDMO-PPV: PC71BM foram adicionadas às células delinhagem de melanoma murino B16-F10 e de fibroblasto murino Balb/3T3, em ensaiosde viabilidade celular por "captação do vermelho neutro" e de densidade celular porcristal violeta. Os resultados mostraram baixa citotoxicidade e pouca proliferaçãocelular nas células de fibroblastos murinos. Tornando assim, estes materiaiscandidatos à aplicação em terapia fototérmica.

Abstract: Conjugated polymers and small molecules, like fullerene, are materials belonging organic semiconductors and better known by their application in organic solar cells and organic light-emitting diodes (OLED). Organic semiconductors exhibit extremely high flexibility of molecular arrangement and great adjustability of their chemical, physical and optical properties. Owing to their remarkable features, besides optoelectronic devices, conjugated polymers have been widely used in biology and biomedicine, along with the development of nanostructured systems. In medicine, bionanotechnology (biomedical science and nanotechnology merged) open up new ways to biosensor and image systems technologies, and therapy. In therapeutic treatments, photothermal therapy involves the light emission to promote selective heating in cancer cells, leaving intact nearby healthy cells. In this work, heterojunctions nanoparticles of three different conjugated polymers with the fullerene PC71BM were synthesized and characterized by optical measures of UV-Vis Absorption and Photoluminescence Spectroscopy, and image measures by Transmission Electronic Microscopy. At conjugated polymers and fullerene interfaces, after light absorption, the exciton created can recombine nonradiatively emitting heat. Thereby, from the incidence of a laser beam of wavelength of 532 nm, the heat flow generate by the nanoparticles were experimental measured by the method of Differential Scanning Calorimetry. The results achieved had shown a high photothermal efficiency, particularly for the nanoparticle heterojunction of MDMO-PPV in a ratio of 1:1 with the fullerene. These nanoparticles of MDMO-PPV: PC71BM were added to murine melanoma line cells B16-F10 e murine fibroblasts Balb/3T3, in cells viability assays using "neutral red" dye, and in cell density assays using crystal violet dye. The results had shown low cytotoxicity and cell proliferation in the murine fibroblasts cells.