Magnetic control and manipulation of bio-functionalized nanocrystals

Abstract

The main goal of this PhD thesis is the synthesis of magnetic nanocrystals by means of colloidal chemistry methods, in which controlling their magnetic behavior towards their use in bio-related applications, such as the simultaneously drug- and heat-controlled delivery. To do that, the following intermediate steps are proposed: a) synthesis of magnetic nanoparticles through the thermal decomposition of simple metal precursors, with simple, core-shell, and cluster morphologies; b) characterization of the samples by using both scanning and transmission electronic microscopies, electron and x-ray diffraction, and Raman spectroscopy, among others, besides VSM magnetometry in order to describe their magnetic behavior; and c) design of protocols and strategies to functionalize both the nanocrystals and the core-shell and cluster structures, from a physicochemical perspective, always aiming for a biochemical coating (using DNA fragments, vitamins, etc) in order to develop proof-of-concept assays and optimize their use in bio-related applications.

El objetivo principal de esta tesis doctoral es la síntesis de nanocristales de materiales magnéticos mediante métodos de química coloidal, en los que controlar su comportamiento magnético para su uso en aplicaciones bio-relacionadas, tales como la liberación conjunta de calor y fármacos de forma controlada. Para ello, se plantean las siguientes metas intermedias: a) la síntesis de nanopartículas magnéticas mediante métodos basados en la descomposición térmica de precursores de metales de transición, con morfología sencilla, de núcleo capa y de clúster; b) la caracterización de las muestras de nanocristales mediante microscopía electrónica de transmisión y barrido, difracción de electrones y de rayos X, espectroscopía Raman y otras técnicas, además de mediante magnetometría VSM, con el fin de describir su comportamiento magnético; y c) el diseño de protocolos y estrategias para la funcionalización de estos nanocristales y las nanoestructuras núcleo-capa y de clústeres, desde una perspectiva físico-química, pero con el fin de obtener una funcionalización bio-química (mediante enzimas, fragmentos de ADN, moléculas de vitaminas, etc.), para el desarrollo de pruebas de concepto que permitan optimizar su uso en aplicaciones bio-relacionadas.

O obxectivo principal desta tese de doutoramento é a síntese de nanocristais de materiais magnéticos mediante métodos de química coloidal, nos que controlar o seu comportamento magnético para o seu uso en aplicacións bio-relacionadas, tales como a liberación conxunta de calor e fármacos de forma controlada. Para iso, plantéanse as seguintes metas intermedias: a) a síntese de nanopartículas magnéticas mediante métodos baseados na descomposición térmica de precursores de metais de transición, con morfoloxía sinxela, de núcleo-capa e de clúster; b) a caracterización das mostras de nanocristais mediante microscopía electrónica de transmisión e varrido, difracción de electróns e de raios X, espectroscopía Raman e outras técnicas, ademais de mediante magnetometría VSM, coa fin de describires o seu comportamento magnético; e c) o diseño de protocolos e estratexias para a funcionalización destes nanocristais e das estruturas núcleo-capa e de clústeres, desde unha perspectiva físico-química, pero coa fin de obter unha funcionalización bioquímica (mediante enzimas, fragmentos de ADN, moléculas de vitaminas, etc.), para o desenvolvemento de probas de concepto que permitan optimizar o seu uso en bio-aplicacións.