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Publication
From copper-based nanoparticles to carbon-based dots
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Abstract(s)
Nanoparticles (NPs) prepared from earth-abundant metals have attracted significant consideration for their potential as viable replacements for expensive metals used in many commercial chemical processes. In this context, copper NPs are particularly appealing since copper (Cu) is vastly abundant and cheap. Cu also displays good electronic, optical, antimicrobial, and chemical properties. Yet, CuNPs are limited due to their intrinsic instability under atmospheric conditions, making them prone to oxidation. Various efforts have been made to increase the stability of CuNPs, including investigating Cu-based NPs associated with organic structures such as polymers. This project was focused on the preparation and characterization of long-term stable Cu-based NPs using different synthesis strategies and without employing harmful reagents or solvents. Based on previously reported methods, the particles were synthesized using the environmentally friendly ascorbic acid (AA) as a reducing agent. Polyamidoamine (PAMAM) dendrimers and polyvinylpyrrolidone (PVP) were used as both templates and capping agents, and the reactions were done at room temperature and 60°C. The samples were characterized using various techniques, including Ultraviolet-Visible Spectroscopy (UV-Vis) and Scanning Electron Microscopy (SEM) coupled with EnergyDispersive X-ray Analysis (EDX). The results indicated the presence of Cu0, Cu1+, and Cu2+-based particles with diverse shapes (e.g. polyhedral, spherical, and disk-like). Moreover, other techniques like Photoluminescence Spectroscopy (PL), X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), and Transmission Electron Microscopy (TEM) indicated the presence of Carbon-based Dots (C-Dots), which are responsible for the fluorescence properties of the solution. The formation of the C-Dots is thought to be the result of the side reaction of the reduction of the Cu ions (i.e., the oxidation of AA). Preliminary cytotoxic evaluation studies using the MTT assay showed that the particles obtained using PAMAM and PVP, as well as the C-Dots, did not present significant toxicity towards HEK 293T cells at concentrations below 500, 5, and 200µg/mL, respectively.
As nanopartículas (NPs) preparadas a partir de metais relativamente abundantes têm atraído uma atenção considerável como potenciais substitutos para outros metais de elevado custo usados em muitos processos químicos comerciais. Neste contexto, as NPs de cobre (CuNPs) são particularmente apelativas, uma vez que o cobre é mais abundante e barato que outros metais. O cobre também apresenta boas propriedades eletroquímicas, óticas e antimicrobianas. No entanto, as CuNPs estão limitadas pela sua instabilidade intrínseca em condições atmosféricas, tornando-as suscetíveis à oxidação. Vários esforços têm sido realizados para aumentar a estabilidade das CuNPs, incluindo a criação de NPs com estruturas orgânicas (ex. polímeros) associadas. Este projeto foca-se na preparação e caracterização de partículas de cobre com estabilidade a longo prazo. Além disso, pretende-se usar diferentes estratégias de síntese sem utilizar reagentes ou solventes prejudiciais para a saúde ou ambiente. Tendo por base alguns métodos descritos na literatura, vários tipos de partículas foram sintetizados usando o ácido ascórbico (AA) como agente redutor ecológico. Dendrímeros da família da poliamidoamina (PAMAM), e a polivinilpirrolidona (PVP) foram utilizados para suportar e estabilizar as partículas, permitindo controlar o tamanho e a forma das mesmas. As reações foram realizadas tanto à temperatura ambiente como a 60°C. As amostras foram caracterizadas usando várias técnicas como a espectroscopia de ultravioleta-visível (UV-Vis) e a microscopia eletrónica de varrimento (SEM) acoplada à espectroscopia de raios X por dispersão em energia (EDX). Os resultados sugerem a presença de partículas à base de cobre metálico (zero), cobre (I) e cobre (II) com formas variadas (ex. poliédricas, esféricas e em forma de disco). Além disso, a espectroscopia de fotoluminescência, a espectroscopia de fotoeletrões excitados por raios-X (XPS), e a microscopia eletrónica de transmissão (TEM) indicaram a presença de NPs de carbono (“Carbon-based Dots”, C-Dots) em solução. Estes são responsáveis pelas propriedades de fluorescência observadas nas amostras. A formação dos C-Dots poderá ser o resultado de reações secundárias à redução dos iões de cobre, i.e., oxidação do AA. Uma avaliação preliminar da citotoxicidade de algumas partículas foi realizada usando células da linha celular HEK 293T. A análise indicou que as partículas obtidas usando o PAMAM e PVP, assim como os C-Dots não apresentam uma toxicidade apreciável em concentrações inferiores a 500, 5 e 200µg/mL, respetivamente.
As nanopartículas (NPs) preparadas a partir de metais relativamente abundantes têm atraído uma atenção considerável como potenciais substitutos para outros metais de elevado custo usados em muitos processos químicos comerciais. Neste contexto, as NPs de cobre (CuNPs) são particularmente apelativas, uma vez que o cobre é mais abundante e barato que outros metais. O cobre também apresenta boas propriedades eletroquímicas, óticas e antimicrobianas. No entanto, as CuNPs estão limitadas pela sua instabilidade intrínseca em condições atmosféricas, tornando-as suscetíveis à oxidação. Vários esforços têm sido realizados para aumentar a estabilidade das CuNPs, incluindo a criação de NPs com estruturas orgânicas (ex. polímeros) associadas. Este projeto foca-se na preparação e caracterização de partículas de cobre com estabilidade a longo prazo. Além disso, pretende-se usar diferentes estratégias de síntese sem utilizar reagentes ou solventes prejudiciais para a saúde ou ambiente. Tendo por base alguns métodos descritos na literatura, vários tipos de partículas foram sintetizados usando o ácido ascórbico (AA) como agente redutor ecológico. Dendrímeros da família da poliamidoamina (PAMAM), e a polivinilpirrolidona (PVP) foram utilizados para suportar e estabilizar as partículas, permitindo controlar o tamanho e a forma das mesmas. As reações foram realizadas tanto à temperatura ambiente como a 60°C. As amostras foram caracterizadas usando várias técnicas como a espectroscopia de ultravioleta-visível (UV-Vis) e a microscopia eletrónica de varrimento (SEM) acoplada à espectroscopia de raios X por dispersão em energia (EDX). Os resultados sugerem a presença de partículas à base de cobre metálico (zero), cobre (I) e cobre (II) com formas variadas (ex. poliédricas, esféricas e em forma de disco). Além disso, a espectroscopia de fotoluminescência, a espectroscopia de fotoeletrões excitados por raios-X (XPS), e a microscopia eletrónica de transmissão (TEM) indicaram a presença de NPs de carbono (“Carbon-based Dots”, C-Dots) em solução. Estes são responsáveis pelas propriedades de fluorescência observadas nas amostras. A formação dos C-Dots poderá ser o resultado de reações secundárias à redução dos iões de cobre, i.e., oxidação do AA. Uma avaliação preliminar da citotoxicidade de algumas partículas foi realizada usando células da linha celular HEK 293T. A análise indicou que as partículas obtidas usando o PAMAM e PVP, assim como os C-Dots não apresentam uma toxicidade apreciável em concentrações inferiores a 500, 5 e 200µg/mL, respetivamente.
Description
Keywords
Copper nanoparticles Polyvinylpyrrolidone (PVP) Polyamidoamine (PAMAM) Ascorbic acid Carborn-based dots Nanopartículas de cobre Polivinilpirrolidona (PVP) Poliamidoamina (PAMAM) Ácido ascórbico Nanopartículas de carbono Nanochemistry and Nanomaterials . Faculdade de Ciências Exatas e da Engenharia