A combinação de métodos torna os nanomateriais mais seguros
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A utilização segura dos nanomateriais e o seu desempenho ótimo dependem em grande medida das suas superfícies. No entanto, até à data, tem sido difícil caracterizá-las de forma fiável. Dois novos estudos do Instituto Federal de Investigação e Ensaio de Materiais (BAM) mostram agora que só uma combinação orientada de métodos analíticos modernos pode produzir resultados fiáveis. Os investigadores criaram assim uma base importante para a utilização segura e sustentável dos nanomateriais.
As suas superfícies desempenham um papel fundamental na determinação do funcionamento dos nanomateriais, da sua interação com o ambiente e da sua segurança. Estas estruturas são frequentemente complexas, reagem de forma sensível às condições ambientais e são muitas vezes difíceis de medir em condições práticas. Os métodos de medição individuais fornecem frequentemente resultados incompletos ou específicos do método - por exemplo, se não conseguirem distinguir claramente os revestimentos de superfície de outros materiais.
Para responder a este desafio, a BAM analisou diferentes tipos de nanopartículas utilizadas nas ciências da vida e em produtos de consumo em dois estudos. Os procedimentos de medição convencionais e recentemente desenvolvidos e as combinações de métodos foram sistematicamente comparados entre si.
Análise mais exacta de nanopartículas de óxido de ferro revestidas com citrato
O primeiro estudo centrou-se em nanopartículas magnéticas de óxido de ferro com citrato como ligante de superfície. Esta molécula liga-se à superfície das partículas e influencia a sua estabilidade e interações. O citrato garante que as partículas permanecem estáveis na água - um pré-requisito importante para aplicações nas ciências da vida, medicina, tecnologia ambiental, tecnologia de sensores ou investigação de materiais.
Os investigadores descobriram que os métodos convencionais, como a termogravimetria, fornecem frequentemente valores imprecisos porque não conseguem distinguir de forma fiável o citrato de outras substâncias. Só a combinação de métodos analíticos modernos, em particular a cromatografia líquida de alta eficiência e a espetroscopia de ressonância magnética nuclear quantitativa (qNMR), permitiu determinar o revestimento da superfície com muito maior precisão. Para a aplicação da qNMR a nanomateriais magnéticos, foi necessário desenvolver previamente uma preparação especial da amostra que removesse de forma fiável os compostos de ferro interferentes.
Os resultados foram publicados na revista Analytical Chemistry e têm origem nos projectos europeus de metrologia MetrINo e SMURFnano. Constituem uma base importante para futuras normas de medição e aplicações de qNMR altamente selectiva em amostras difíceis, como os nanomateriais magnéticos.
Novas abordagens para a determinação de grupos funcionais em nanopartículas de sílica
Num segundo estudo no âmbito do SMURFnano, a equipa investigou métodos de caraterização e quantificação de grupos funcionais, ligandos e revestimentos em nanomateriais. O projeto é financiado pelo Programa Europeu de Metrologia. A tónica foi colocada nas nanopartículas de sílica cujas superfícies estão marcadas com os chamados grupos amino. Estes grupos actuam como pequenos "sítios de acoplamento". Permitem que as partículas sejam especificamente combinadas ou modificadas com outras substâncias - por exemplo, com corantes, estruturas de reconhecimento específicas ou biomoléculas. Estes grupos funcionais são cruciais para a estabilidade, compatibilidade e função das partículas. No entanto, até agora não existiam métodos fiáveis para determinar o seu número exato e a sua natureza química.
Os investigadores demonstraram que só uma combinação de métodos específicos - como métodos ópticos, técnicas electroquímicas, qNMR e espetroscopia de fotoelectrões de raios X - permite obter uma imagem completa e fiável da superfície das partículas. Este conhecimento é fundamental para o controlo da qualidade, o desenvolvimento de novos materiais e a avaliação da sua segurança. As técnicas electroquímicas utilizadas foram apresentadas na revista ACS Measurement Science Au.
Base para futuras normas
"Os nossos estudos mostram como é importante combinar diferentes métodos de medição para avaliar a funcionalidade e a segurança reais dos nanomateriais", explica Ute Resch-Genger, gestora de projectos na BAM e coordenadora do SMURFnano. "Juntamente com os métodos de medição desenvolvidos e validados e os dados de referência, este é um passo decisivo para o desenvolvimento de nanomateriais sustentáveis e eficientes e para a sua utilização segura."
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Alemão pode ser encontrado aqui.
Publicação original
Isabella Tavernaro, Philipp C. Sander, Elina Andresen, Uwe Schedler, Ute Resch-Genger; "Expanding the Toolbox of Simple, Cost-Efficient, and Automatable Methods for Quantifying Surface Functional Groups on Nanoparticles─Potentiometric Titration"; ACS Measurement Science Au, 2025-8-20
Anna Matiushkina, Sarah-Luise Abram, Isabella Tavernaro, Robert Richstein, Michael R. Reithofer, Elina Andresen, Matthias Michaelis, Matthias Koch, Ute Resch-Genger; "Quantifying Citrate Surface Ligands on Iron Oxide Nanoparticles with TGA, CHN Analysis, NMR, and RP-HPLC with UV Detection"; Analytical Chemistry, Volume 97, 2025-8-29
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