Particule cu proprietăți magnetice

Denumirea, incadrarea si relevanta temei in domeniul stiintific abordat

Proiectul de cercetare stiintifica “Particule cu proprietati magnetice” se inscrie in domeniul larg al nanostiintei si nanotehnologiilor. Proiectul isi propune sinteza de particule magnetice si acoperirea acestora cu monomeri si polimeri silanici avand aplicatii in domeniul biomedical si in chimia coloidala. Rezultatele studiilor se vor regasi la nivel fundamental in elucidarea mecanismelor de reactie implicate, dezvoltarea de noi tehnici de sinteza si investigarea relatiilor structura-proprietati din punctul de vedere al aplicatiilor posibile.

Nanotehnologia reprezinta un nucleu central al domeniilor de materiale noi, micro si nanotehnologii, fiind zona cu cea mai mare dinamica a dezvoltarilor pe plan mondial, care se preconizeaza sa aduca un impact major, “disruptiv/ revolutionar” asupra industriei si societatii, in urmatoarele decenii. Este stiinta si tehnologia care are capacitatea de a intelege, controla si manipula materia la dimensiuni nanometrice, ceea ce reprezinta o scara de la nivelul atomilor si moleculelor individuale pana la nivelul “supramolecular” al ciorchinilor de molecule, pana la 100 de diametre moleculare. Operarea la aceste dimensiuni implica intelegerea si stapanirea unor principii stiintifice noi si a unor proprietati noi, care se manifesta atat la scara micro cat si la scara macro si care sunt folosite pentru dezvoltarea de materiale, dispozitive si sisteme cu proprietati, functii si performante esentialmente noi [1].

Interesul crescut pentru nanostructuri rezulta din numeroasele lor potentiale aplicatii in domenii variate precum materiale, stiinte medicale, electronica, optica, magnetism, stocarea energiei si electrochimie [2].

Cercetarile intreprinse pe plan mondial in domeniul nanoparticulelor magnetice si a nanoparticulelor magnetice cu acoperiri chimice si biochimice sunt ample si raspund directiilor fundamentale ale dezvoltarii nanostiintelor [3].

Dezvoltarea nanotehnologiilor este conditionata atat de acumularea bazelor teoretice dobandite de nanostiinte cat si de realizarea de nanomateriale, care sa asigure suportul dezvoltarii aplicatiilor. Desigur daca ne referim la nanomateriale, dimensiunile submicronice se impun dar in acceptiunea mai larga, toate materialele ale caror proprietati sunt datorate dimensiunilor, structurarilor, tehnicilor si procedurilor nano constituie obiectul acestui domeniu. Nanoparticulele compozite, in particular, cele care alaturi de proprietatea magnetica prezinta si caracteristici specifice, sunt utile in procese fizico-chimice cum ar fi: schimbul ionic, complexare specifica, bioactivitate si biocompatibilitate, capacitate de transport si decelare (sortare) a celulelor, dar si a speciilor chimice din domeniul nano.

2. Stadiul actual al cercetarilor stiintifice in domeniul abordat

Nanoparticulele magnetice reprezinta un grup extrem de interesant de nanomateriale anorganice avand stranse legaturi cu sistemele biologice si cu componentele acestora. Interesul crescut pentru aceste nanostructuri rezulta din numeroasele lor potentiale aplicatii in domenii variate precum (bio) materiale, stiinte medicale, electronica, optica, magnetism, stocarea energiei si electrochimie [4].

Atasarea de molecule, macromolecule, particule coloidale sau substante chimice fine la suprafata sau in interiorul unui transportor secundar, care in cazul nostru este o nanoparticula magnetica a carei pozitie de proces poate sa fie controlata prin aplicarea din exterior a unui camp magnetic, cu scopul de a separa o componenta dorita din masa de dispersie sau sa obtinem o manevrare mai buna a unei componente date este posibila prin imobilizare fizica, chimica sau fizico-chimica.

Modificarea suprafeţei magnetitei cuprinde toate procedeele care conduc la modificarea compozitiei chimice a suprafetei. Suprafata poate fi modificata fie prin tratament fizic (termic sau hidrotermic), care conduce la modificarea raportului dintre concentratia gruparilor silanol si cea a siloxanilor, fie prin metode chimice care au ca rezultat schimbarea caracteristicilor chimice ale suprafetei silicei. Prin modificare, proprietătile de adsorbtie sunt afectate în mod semnificativ [5].

Suprafata magnetitei poate fi modificata prin doua procedee distincte:

- organofunctionalizare, în care agentul modificator este o grupare organica;

- functionalizare cu compusi anorganici, în care gruparea fixată poate fi un compus

organometalic sau un oxid metalic.

Cea mai facilă cale de obţinere a unei suprafete modificate chimic este imobilizarea (sau fixarea) gruparii prin adsorbtie, interactie electrostatica, formarea de legaturi de hidrogen sau alte tipuri de interactii. De asemenea, simpla impregnare cu solutia de modificator şi grefarea covalentă sunt alte două tehnici utilizate frecvent [6]. Moleculele organice chelatante sunt imobilizate, de obicei, prin procese de silanizare [7]. Cu toate acestea, un numar important de grupari chelatante nu conţin grupe functionale reactive, potrivite pentru cuplarea covalenta pe suprafaaa silanizata. În acest caz, se prefera adsorbtia fizica a agentului chelatant pe suportul solid. Aceasta se poate realiza prin interactii de tip van der Waals, între gruparile metil de pe suprafata silanizata si lantul carbonic al agentului chelatant. De exemplu, atractiile hidrofobice dintre gruparile alchil ale dimetildiclorosilanului, SiCl2(CH3)2, sau ale tripropilclorosilanului, SiCl(C3H7)3.

În grefarea covalenta, atomii de hidrogen ai gruparilor silanol reactionează cu gruparile organosilil, matricea anorganica avand o natura organica. Derivatizarea organica se realizeaza pe baza introducerii de grupe functionale, prin intermediul unui lant carbonic cuplat la suprafata silicei. Cele mai frecvente aplicatii ale silicei modificate, depind de abilitatea grupelor functionale de a lega ionii metalici din solutie.