Estratégias multivariadas aplicadas à síntese e bioconjugação de quantum dots

Abstract

Quantum dots (QDs) são nanomateriais que têm sido progressivamente estudados e extensivamente aplicados devido às suas propriedades ópticas e eletrônicas excepcionais decorrentes do regime de confinamento quântico. Nesse contexto, o presente trabalho propõe a aplicação de ferramentas da quimiometria para otimizar propriedades ópticas de QDs e estudar o seu processo de conjugação com biomoléculas. A otimização multivariada de um procedimento one-pot para síntese de QDs de seleneto de cádmio (CdSe) estabilizados com ácido mercaptossuccínico (MSA) em meio aquoso foi conduzida com a finalidade de aprimorar suas propriedades fotoluminescentes. Após o delineamento de planejamentos experimentais e obtenção de superfícies de resposta por equações estatisticamente validadas, as seguintes condições sintéticas otimizadas foram obtidas: razões molares de MSA:Cd de 6:1 e Cd:Se de 8:1, pH 5,0, temperatura de 30 °C e agitação por 60 min. Os QDs de CdSe obtidos sob essas condições apresentaram primeiro máximo de absorção e máxima emissão em 411 e 504 nm, respectivamente, com um diâmetro médio de 3,2 nm, estrutura cristalina cúbica da blenda de zinco e rendimento quântico relativo de até 29,7%. Técnicas de planejamento experimental também foram empregadas na otimização da fluorescência de QDs de seleneto de prata (Ag2Se) estabilizados com MSA em meio aquoso. As condições otimizadas obtidas para a síntese dos QDs de Ag2Se foram razões molares de MSA:Ag de 6:1 e Ag:Se de 8:1, pH 5,0, temperatura de 60 °C e agitação por 20 min. Os nanocristais obtidos sob tais condições apresentaram primeiro máximo de absorção em 583 nm e emissão no início da região do infravermelho próximo, em 789 nm, com estrutura cristalina ortorrômbica e diâmetro médio de 5,7 nm. Na última etapa deste trabalho, a fusão e fatoração de dados de ordem superior de fluorescência foram empregadas para extrair características subjacentes do processo de conjugação de proteínas a QDs. A interpolação foi o melhor pré-processamento para minimizar os efeitos dos espalhamentos Rayleigh e Raman. Os conjuntos de dados das regiões espectrais de fluorescência das proteínas e dos QDs foram decompostos por Análise de Fatores Paralelos (PARAFAC) em 3 e 2 componentes, respectivamente. Posteriormente, os dois conjuntos de dados foram fatorados conjuntamente pelo método de Fatoração Avançada de Matriz e Tensor Acoplados (ACMTF), o que possibilitou aprimorar os perfis obtidos nos modos compartilhados. Com os resultados obtidos no presente trabalho, pode-se concluir que as ferramentas de otimização multivariada e análise de ordem superior têm grande potencial no aprimoramento de propriedades ópticas desses nanossistemas e na extração de informações implícitas acerca de processos químicos associados à conjugação de QDs a moléculas de interesse biológico.