Resumen de la tesis que presenta Esli Yarely Murillo González como requisito parcial para la obtención
del grado de Maestra en Ciencias en Nanociencias
Nanopartículas magneto-luminiscentes de LaF3 dopado con terbio y magnetita encapsuladas con silica mesoporosa
Resumen aprobado por:
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Dr. Gustavo Alonso Hirata Flores
Codirector de tesis
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Dr. Prakhar Sengar
Codirector de tesis
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Resumen en español
Las nanopartículas luminiscentes son de gran interés y un objeto de estudio reciente en el ámbito biomédico. Dentro de este tipo de nanopartículas encontramos las magneto-luminiscentes, relevantes debido a la combinación de propiedades magnéticas y luminiscentes en un mismo nanocompuesto. Se han desarrollado con objetivos como su aplicación como agente de contraste en bioimagen, su uso en hipertermia magnética y posibles aplicaciones de diagnóstico y tratamiento de enfermedades mediante técnicas no invasivas. En el campo de la biomedicina también son estudiados en gran medida nanomateriales basados en sílica mesoporosa, debido a su biocompatibilidad y a que su gran área
superficial permite aplicaciones como el acarreamiento de fármacos, así como su funcionalización debido a los enlaces Si-OH presentes en su superficie. En el presente trabajo se explora el desarrollo de un nanomaterial compuesto de nanopartículas de LaF3:x%Tb (x= 5%, 7% y 10%) y diferentes cantidades (10 mg, 5 mg y 1 mg) de nanopartículas de Fe3O4 encapsuladas en sílica mesoporosa sintetizadas mediante el método hidrotermal. Su estructura y composición elemental fue evaluada utilizando técnicas de DRX, TEM, BET, SEM, así como sus propiedades magnéticas y fotoluminiscentes. También se realizaron estudios de hipertermia magnética y de viabilidad celular para su potencial aplicación biomédica. Las nanopartículas sintetizadas corresponden a la fase hexagonal del LaF3, las cuales presentan un tamaño promedio de 29 nm y las transiciones ⁵D₄ → ⁷Fⱼ correspondientes al ion Tb3+ utilizado como dopante, que le confieren un color verde intenso. El nanocompuesto encapsulado presenta una gran área superficial, así como las propiedades superparamagnéticas características de la magnetita nanométrica y la capacidad de elevar su temperatura al ser expuesto a un campo magnético, mostrando un aumento de temperatura significativo. Los ensayos de viabilidad celular utilizando MTT se realizaron en células HepG2, células estrelladas hepáticas (HSC) y células de Kupffer, los cuales revelaron que el nanocompuesto no tiene citotoxicidad relevante en las líneas celulares de HepG2 y HSC, mientras que las células de Kupffer tienen una menor tolerancia al nanomaterial. Estos resultados demuestran el potencial del LaF3:10%Tb,Fe3O4@mSiO2 como un nanocompuesto multifuncional con propiedades para su uso futuro en aplicaciones teragnósticas.
superficial permite aplicaciones como el acarreamiento de fármacos, así como su funcionalización debido a los enlaces Si-OH presentes en su superficie. En el presente trabajo se explora el desarrollo de un nanomaterial compuesto de nanopartículas de LaF3:x%Tb (x= 5%, 7% y 10%) y diferentes cantidades (10 mg, 5 mg y 1 mg) de nanopartículas de Fe3O4 encapsuladas en sílica mesoporosa sintetizadas mediante el método hidrotermal. Su estructura y composición elemental fue evaluada utilizando técnicas de DRX, TEM, BET, SEM, así como sus propiedades magnéticas y fotoluminiscentes. También se realizaron estudios de hipertermia magnética y de viabilidad celular para su potencial aplicación biomédica. Las nanopartículas sintetizadas corresponden a la fase hexagonal del LaF3, las cuales presentan un tamaño promedio de 29 nm y las transiciones ⁵D₄ → ⁷Fⱼ correspondientes al ion Tb3+ utilizado como dopante, que le confieren un color verde intenso. El nanocompuesto encapsulado presenta una gran área superficial, así como las propiedades superparamagnéticas características de la magnetita nanométrica y la capacidad de elevar su temperatura al ser expuesto a un campo magnético, mostrando un aumento de temperatura significativo. Los ensayos de viabilidad celular utilizando MTT se realizaron en células HepG2, células estrelladas hepáticas (HSC) y células de Kupffer, los cuales revelaron que el nanocompuesto no tiene citotoxicidad relevante en las líneas celulares de HepG2 y HSC, mientras que las células de Kupffer tienen una menor tolerancia al nanomaterial. Estos resultados demuestran el potencial del LaF3:10%Tb,Fe3O4@mSiO2 como un nanocompuesto multifuncional con propiedades para su uso futuro en aplicaciones teragnósticas.
Palabras clave: Nanopartículas magneto-luminiscentes, sílica mesoporosa, hipertermia magnética, bioimagen multimodal, viabilidad celular, aplicaciones biomédicas.
Resumen en inglés
Luminescent nanoparticles have recently attracted significant attention in the biomedical field due to their ability to combine optical properties with additional functionalities. Among these systems, magneto-luminescent nanoparticles stand out because they integrate both magnetic and luminescent characteristics into a single nanocomposite, thus enabling their use in multimodal biomedical applications. Such nanomaterials have been developed for purposes including their use as contrast agents in bioimaging, magnetic hyperthermia, as well as potential diagnostic and therapeutic strategies through non-invasive approaches. To improve the physicochemical and biological properties of nanomaterials, mesoporous silica is used as a multifunctional coating. Its biocompatibility, high surface area, and Si–OH groups enable versatile functionalization and biomedical applications such as drug delivery. In this work, we report the development of a multifunctional nanomaterial composed of LaF₃:x%Tb (x = 5, 7, and 10%) nanoparticles combined with different amounts of Fe₃O₄ nanoparticles (0, 5, and 1 mg) encapsulated in mesoporous silica synthesized via the hydrothermal method. The structural and compositional features of the nanocomposite were investigated by XRD, TEM, SEM and BET surface area analysis. Their magnetic and luminescent properties were also characterized. Furthermore, magnetic hyperthermia experiments and cell viability assays were performed to assess their potential biomedical applications. The synthesized nanoparticles correspond to the hexagonal phase of LaF₃, with an average crystallite size of 29 nm. The luminescent properties were attributed to the ⁵D₄ → ⁷Fⱼ transitions of Tb³⁺ ions, giving rise to an intense green emission. The encapsulated nanocomposite exhibited a high surface area and superparamagnetic behavior, capable of producing
a notable temperature increase under an alternating magnetic field. Cell viability assays using the MTT method were conducted in HepG2, hepatic stellate cells (HSC), and Kupffer cells. The results indicated no significant cytotoxicity in HepG2 and HSC cell lines, while Kupffer cells displayed a lower tolerance to the nanomaterial. Overall, these findings demonstrate that LaF₃:10%Tb,Fe₃O₄@mSiO₂ is a multifunctional nanocomposite that integrates luminescent and magnetic properties with biocompatibility, showing promising potential for future applications in teragnosis.
a notable temperature increase under an alternating magnetic field. Cell viability assays using the MTT method were conducted in HepG2, hepatic stellate cells (HSC), and Kupffer cells. The results indicated no significant cytotoxicity in HepG2 and HSC cell lines, while Kupffer cells displayed a lower tolerance to the nanomaterial. Overall, these findings demonstrate that LaF₃:10%Tb,Fe₃O₄@mSiO₂ is a multifunctional nanocomposite that integrates luminescent and magnetic properties with biocompatibility, showing promising potential for future applications in teragnosis.
Palabras clave: Magneto-luminescent nanoparticles, mesoporous silica, magnetic hyperthermia, multimodal bioimaging, cell viability, biomedical applications.