Esfoliação verde de materiais bidimensionais assistidos por nanopartículas magnéticas para aplicações em magnetohipertermia

Abstract

A busca por metodologias sustentáveis para a obtenção e modificação de materiais bidimensionais (2D) tem sido crescente, impulsionada pelo seu vasto potencial em diversas aplicações tecnológicas. Neste trabalho, exploramos a esfoliação líquida assistida por Goma Arábica (GA) e nanopartículas magnéticas (MNPs) para a produção de nanocompósitos baseados em materiais 2D, com enfoque especial em suas aplicações em magnetohipertermia. Foram estudados materiais como Grafeno e Dicalcogenetos de Metais de Transição (TMDs), incluindo Dissulfeto de Molibdênio (MoS2), Dissulfeto de Tungstênio (WS2), Disseleneto de Molibdênio (MoSe2) e o Dissulfeto de Titânio (TiS2), cujas propriedades estruturais, morfológicas e magnéticas foram avaliadas. A esfoliação foi conduzida utilizando a goma arábica como um surfactante verde, reduzindo a necessidade de solventes tóxicos e tornando o processo mais ecológico. A incorporação de nanopartículas magnéticas aos materiais esfoliados permitiu a formação de compósitos híbridos com características aprimoradas, combinando as propriedades eletrônicas e ópticas dos materiais 2D com a resposta magnética das MNPs. Os compósitos foram caracterizados por Difração de Raios X (DRX), espectroscopia Raman, espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET) e medidas magnéticas. Os resultados indicaram que as MNPs possuem um diâmetro médio de 〈DMET 〉 = 8,95 ± 0,02 nm, apresentam morfologia quase esférica e estão ancoradas na superfície dos flakes dos materiais bidimensionais. A espectroscopia Raman confirmou a preservação das assinaturas vibracionais características dos materiais esfoliados, e a técnica mostrou que o grafeno esfoliado apresenta poucas camadas, enquanto que os compósitos MoS2@GA@MNPs, WS2@GA@MNPs, MoSe2@GA@MNPs e TiS2@GA@MNPs apresentam entre 6 e 8 camadas, mais de 4 camadas, menos de 10 camadas e mais de 5 camadas respectivamente. Os resultados de EDS confirmaram a presença dos elementos característicos de cada material, evidenciando a integridade química das amostras após a esfoliação e a incorporação das nanopartículas magnéticas. As análises demonstraram uma distribuição homogênea dos elementos em todos os compósitos, além da presença de ferro nas amostras contendo MNPs, reforçando a interação eficiente entre os componentes do sistema híbrido. As medidas de potencial zeta demonstraram alta estabilidade coloidal para todos os materiais 2D esfoliados, com o potencial zeta negativo, indicando alta repulsão eletrostática, fator essencial para aplicações biomédicas. A avaliação das propriedades magnéticas revelou que os compósitos apresentam comportamento superparamagnético, tornando-os ideais para aplicações em magnetohipertermia. Os testes realizados sob campos magnéticos alternados mostraram que todos os compósitos TMDs apresentaram boa resposta térmica, indicando que todos os materiais sintetizados possuem potencial para aplicações biomédicas. No entanto, o Grafeno@GA@MNPs e TiS2@GA@MNPs exibiram as maiores taxas de absorção específica de calor (SAR) de 21,404 W/g e 23,255 W/g, respectivamente, tornando-os grandes candidatos para aplicações em magnetohipertermia. A combinação das propriedades magnéticas e estruturais dos materiais sintetizados abre novas perspectivas para sua aplicação não apenas em magnetohipertermia, mas também em áreas como sensores magnéticos, biomedicina, catálise e optoeletrônica. Os resultados obtidos reforçam a viabilidade da esfoliação líquida assistida por surfactantes naturais como um método eficiente e ambientalmente amigável para a síntese de materiais avançados, ampliando suas possibilidades de aplicação na nanotecnologia.