DERIVATIZZAZIONE DI NANODISCHI Ni80Fe20 RIVESTITI DI ORO E OTTIMIZZAZIONE DI PROCEDURE DI FUNZIONALIZZAZIONE DI NANODIAMANTI

Given in the recent years scientific world growing interest in nanomaterials and their appications in biomedical field, their derivatization requests have to be satisfied. As part of this Master thesis, gold nanodiscs derivatized with fluorescent probe have been synthetized and nanodiamonds grafting optimization has been studied. Gold nanodiscs, with diameter and thickness respectively of 630 nm and 40 nm, were obtained with nanolitography techniques, by Ni80/Fe20 magnetic nanodiscs coating. In order to investigate their potential use in biomedical applications, the effect of nanodiscs on cell growth and vitality has been evaluated. Aim of this Master thesis is the attempt to synthetize and bind fluorescein isothiocyanate tio-derivative to the gold surface of magnetic gold nanodiscs, in order to visualize their intracellular uptake. Nanodiamonds have unique properties among carbon-based nanomaterials: high surface areas, excellent mechanical and optical properties, low toxicity. Nanodiamond particles are polyhedra consisting of a diamond core built up of sp3 carbon, which may be partially coated by a graphitic shell. In past years many efforts have been made for the covalent functionalization of carbon-based nanomaterials, in particolar graphene and carbon nanotubes, in order to introduce a wide variety of functional groups on its surface. Cycloaddition of azomethine ylides, nitrile oxide and nitrones offer great opportunities of carbonious nano material derivatization, as emerges from literature. The three different procedures based on [1,3]-dipolar cycloaddition of azomethine ylides, nitrile oxide, and nitrones have been exploited in this thesis, with the aim to optimize the synthetic procedure. The investigation afforded to three synthetic pathways with reaction temperature in a range from 130 °C (azomethinylide) to r.t. (nitrile oxide). In order to reach an accurate evaluation of the grafting efficiency a series of Fmoc protected synthones were prepared and the functionalization degree of nanodiamonds was evaluated by TGA, indirect UV measurements and IR/Raman spectroscopy. Great importance was given to verify the consistency and reproducibility of the method of ¿clearing¿ starting commercial nanodiamonds, through further termogravimetric and IR/Raman analysis. Both nanodiscs and nanodiamonds have a prominent role in biomedic and sensors areas, and they need further studies, in order to deepen and expand their application fields.

La derivatizzazione di nanomateriali, in questi ultimi anni, è stata oggetto di grande interesse principalmente per le possibili applicazioni che i nanomateriali posseggono in campo biomedico. Il lavoro di questa tesi si è articolato nella produzione di nanodischi di oro (NDisk) opportunamente derivatizzati con una sonda fluorescente e nella ottimizzazione di derivatizzazione di nanodiamanti (NDs). I NDisk di Nichel80Fe20 sono stati ottenuti con tecniche di nanolitografia, e successivamente rivestiti di oro presso il gruppo di Nanoscience and Material (INRiM, TO). In virtù delle loro proprietà magnetiche, essi risultano applicabili nell'ambito del labelling cellulare, in MRI (magnetic resonance imaging), nella veicolazione dei farmaci e nell'ipertermia magnetica. Sulla base di uno studio sulla citotossicità, i NDisk sono stati derivatizzati con una sonda fluorescente per verificarne l'uptake cellulare. Nel corso di questa tesi è stato sintetizzato un derivato cisteina-fluoresceina ed un ulteriore tioderivato della fluoresceina con spacer alchilico a catena di 6 atomi di carbonio capace di legarsi alla superficie del nanodisco di oro e di ridurre l'aggregazione dei NDisk[1]. I NDs sono particelle poliedriche con un nucleo di diamante costituito da atomi di carbonio sp3, parzialmente rivestito da un guscio grafitico. La funzionalizzazione covalente di nanomateriali carboniosi, in particolare grafene e nanotubi di carbonio, viene effettuata per aumentarne la biocompatibilità e decorarne la superficie con farmaci e sonde. Come riportato in letteratura cicloaddizioni di Diels-Alder e [1,3]-dipolari sono reazioni particolarmente impiegate per tale scopo in quanto molto efficienti. Pertanto il secondo obiettivo di questa tesi è nell'ambito della derivatizzazione dei NDs ottimizzando procedure sintetiche già note come cicloaddizioni [1,3]-dipolari con azometinilidi e investigandone di nuove come quelle con ossidi di nitrile e nitroni. I campioni di NDs, sono stati ottenuti dopo purificazione per riscaldamento a 800°C del prodotto commerciale ed eventuale parziale ossidazione. I NDs sono stati funzionalizzati seguendo tre protocolli sintetici che prevedono diverse condizioni di reazione per la cicloaddizione : 130°C per le azometinilidi, 60°C per i nitroni e temperatura ambiente per gli ossidi di nitrile. Poiché la misura del grado di derivatizzazione dei nanomateriali carboniosi viene prevalentemente eseguita per via termogravimetrica e quindi viziata da un notevole margine di errore, le reazioni di funzionalizzazione sui NDs sono state condotte con sintoni protetti con il gruppo fluorenilmetilossicarbonile (Fmoc) che consente una titolazione indiretta del fulvene a seguito della deprotezione. I campioni derivatizzati sono stati caratterizzati mediante analisi termogravimetrica, spettroscopia IR/Raman e indirettamente per analisi UV; il grado di derivatizzazione ottenuto risulta tra il 3 al 5% (p/p).