Universitatea „Alexandru Ioan Cuza” din Iași
Facultatea de Fizică, Departamentul de Fizică
Rezumat teză doctorat
STUDIUL ACȚIUNII UNOR FACTORI FIZICO-CHIMICI
CU IMPACT ASUPRA MEDIULUI
COORDONATOR ȘTIINȚIFIC
Prof. Dr. Habil. CREANGĂ Dorina-Emilia
STUDENT DOCTORAND
Drd. POPESCU(căs.Lipan) Lucia-Larisa
IAȘI, 2021
1
UNIVERSITATEA „ALEXANDRU IOAN CUZA” DIN IAȘI
Facultatea de Fizică
La data de 14 Iulie 2021, ora 10:00, metoda de susținere online,
doctoranda POPESCU (cas. LIPAN) Lucia Larisa va susține, în ședință publică,
teza de doctorat cu titlul „STUDIUL ACȚIUNII UNOR FACTORI FIZICO-CHIMICI
CU IMPACT ASUPRA MEDIULUI”, în vederea obținerii titlului științific de
doctor în domeniul fundamental ȘTIINȚE EXACTE, domeniul FIZICĂ.
Comisia de doctorat are următoarea componență:
Președinte: Prof. univ. dr. MARDARE Diana Universitatea „Alexandru Ioan Cuza”, Iași
Conducător științific: Prof. univ. dr. CREANGĂ Dorina-Emilia Universitatea „Alexandru Ioan Cuza”, Iași
Referenți: Prof. univ. dr. DAVID Ioan-Leontin Universitatea „Babeș Boyai”, Cluj Napoca Prof. univ. dr. ISVORAN Adriana Vetuța Universitatea de Vest, Timișoara Prof. univ. dr. IACOMI Felicia Daciana Universitatea „Alexandru Ioan Cuza”, Iași
Teza poate fi consultată la Biblioteca Facultății de Fizică.
2
Cuprins
Introducere ................................................................................................... 5
Capitolul 1: Contributii aduse studiilor privind feritele de cobalt si impactul
asupra componentei biotice
1.1. Obiectivele studiului ......................................................................... 10
1.2. Materiale si metode .......................................................................... 10
1.2.1. Procedeul de sinteză și dispersare în apă a nanoparticulelor magnetice de
ferită de cobalt ............................................................................................... 10
1.2.2. Estimarea impactului biochimic asupra plantulelor de Zea mays L. aflate
în stadii ontogenetice timpurii ........................................................................ 11
1.3. Rezultate si discutii ........................................................................... 11
1.3.1. Rezultatele caracterizării microstructurale și magnetice a nanoparticulelor
obținute ......................................................................................................... 11
1.3.2. Răspunsul biochimic la acțiunea nanoparticulelor magnetice evidențiat la
nivelul pigmenților fotosintetizatori în plantule Zea mays L. ............................ 17
Concluzii .................................................................................................. 19
Capitolul 2: Contributii aduse studierii impactului ferite de cobalt asupra
componentei abiotice: apele uzate
2.1. Obiectivele studiului ........................................................................ 20
2.2. Materiale si metode ......................................................................... 20
2.2.1. Procedeul de sinteză a nanoparticulelor de magnetită dopată cuioni de
cobalt ............................................................................................................. 21
2.2.2. Obținerea nanoparticulelor și nanocompozitelor pe bază de magnetită
dopată cu cobalt prin stabilizare cu oleat sau citrat și silanizate ...................... 21
2.2.3. Expunerea la radiațiile ultraviolete ........................................................ 22
2.2.4. Prepararea și analizarea probelor de apă cu încărcătură fenolică pentru
studierea interacțiunii cu nanoparticulele și nanocompozitele magnetice ........ 22
2.3. Rezultate si discutii ........................................................................... 23
2.3.1. Caracteristicile fizico-chimice ale nanoparticulelor și nanocompozitelor cu
miez de magnetită dopată cu cobalt ............................................................... 23
3
2.3.2. Acțiunea nanoparticulelor de magnetită dopată cu nivel mediu de cobalt,
stabilizate cu oleat și silanizate asupra apelor fenolice și acțiunea simultană a
acestora și a radiațiilor ultraviolete ................................................................. 25
2.3.3. Efectul nanoparticulelor de magnetită dopată cu cobalt cu suprafața
nemodificată, asupra apelor fenolice în prezența radiațiilor UV ....................... 27
2.3.4. Impactul nanocompozitelor silanizate cu miez de magnetită dopată cu
cobalt asupra încărcăturii fenolice .................................................................. 29
2.4. Concluzii ........................................................................................... 31
Capitolul 3: Contribuții aduse studiului nanoparticulelor magnetice de oxizi
de fier stabilizate cu acid galic si impactul lor asupra componentei biotice:
floarea soarelui
3.1. Obiectivele studiului ......................................................................... 32
3.2. Materiale si metode ......................................................................... 32
3.2.1. Protocoalele de sinteză și stabilizare cu acid galic a nanoparticulelor de
magnetită ...................................................................................................... 32
3.2.2. Cuantificarea efectului biochimic al nanoparticulelor de Fe3O4@GA
asupra plantulelor de Helianthus annuus L. ..................................................... 33
3.3. Rezultate si discutii ........................................................................... 34
3.3.1. Rezultatele analizării comparative a dimensiunilor nanoparticulelor de
Fe3O4@GA sintetizate prin cele trei procedee ................................................. 34
3.3.2. Rezultatele analizării proprietăților microstructurale și magnetice ale
nanoparticulelor sintetizate prin metoda co-precipitării chimice la temperatură
înaltă și acoperite cu acid galic ....................................................................... 34
3.3.4. Rezultatele studierii efectelor nanoparticulelor de Fe3O4@GA asupra
apelor uzate din mediu ................................................................................... 37
3.3.4.1. Probele de apă încărcată cu albastru de metilen ................................. 37
3.3.4.2. Efectul nanoparticulelor magnetice de Fe3O4@GA asupra poluării apelor
din mediu în prezența radiațiilor ultraviolete ................................................... 39
3.4. Concluzii ........................................................................................... 39
Capitolul 4: Contributii aduse studiului privind nanoparticulele magnetice
invelite cu acid galic si impactul lor asupra componentei abiotice: apelor
uzate incarcate cu coloranti industiali ......................................................... 42
4.1. Obiectivele studiului ......................................................................... 42
4.2. Materiale si metode ......................................................................... 42
4.2.1. Materialele biologice ............................................................................. 42
4
4.2.2. Expunerea la radiații ultraviolete ........................................................... 43
4.2.3. Metodele de sinteză a nanoparticulelor coloidale de argint.................... 43
4.2.4. Testul nanotoxicității asupra plantulelor de Zea mays L. ........................ 45
4.2.5. Testarea nanotoxicității pe fungii celulolitici Phanerochaete
chrysosporium ................................................................................................ 45
4.3. Rezultate si discutii ........................................................................... 45
4.3.1. Rezultatele sintezei nanoparticulelor de argint ...................................... 45
4.3.2. Rezultatele testării nanotoxicității asupra plantulelor de Zea mays L. ..... 46
4.3.3. Rezultatele studierii optimizării sintezei suspensiilor coloidale de argint
prin reducere chimică sau fotochimică cu acid galic ......................................... 47
4.3.4. Studiul acțiunii nanoparticulelor de argint sintetizate prin reducere cu
citrat de sodiu sau acid galic asupra fungului celulolitic Phanerochaete
chrysosporium L. ............................................................................................. 51
4.4. Concluzii ........................................................................................... 56
Capitolul 5: Studiul efectului radiatiilor gama asupra componentei abiotice
si biotice din apele reziduale de pluta: caracterizarea fizico-chimica si
toxixitatea
5.1. Obiectivele studiului ........................................................................ 58
5.2. Materiale si metode ......................................................................... 58
5.2.1. Materiale utilizate: reactivi chimici și tulpini bacteriene ......................... 58
5.2.2. Iradierea eșantioanelor de apă .............................................................. 59
5.2.3. Caracterizarea fizico-chimică a probelor de ape uzate de plută .............. 59
5.2.4.Toxicitatea probelor de ape uzate de plută ............................................. 60
5.3. Rezultate si discutii ........................................................................... 61
5.3.1.Caracterizarea fizico-chimică a probelor de ape uzate de plută ............... 61
5.3.2.Rezultatele studiului toxicității ............................................................... 62
5.4. Concluzii ........................................................................................... 64
Concluzii generale ....................................................................................... 65
Bibliografie selectivă ................................................................................... 68
Lista articolelor și comunicărilor științifice .................................................. 59
5
Introducere
Odată cu extinderea și amplificarea tehnologizării în societatea umană
de pe tot globul, se generează tot mai rapid noi surse de poluare a atmosferei,
a apelor și solurilor, ceea ce impune abordarea științifică a tuturor
posibilităților de combatere a contaminanțílor și de protejare a mediului.
În ultimii ani, diversificarea nanostructurilor pe bază de oxizi de fier
pentru aplicații tot mai numeroase atrage din ce în ce mai mult atenția
cercetătorilor. Aceștia derulează activități pentru studierea unor învelișuri
organice sau anorganice capabile de stabilizarea cât mai bună în mediu apos -
pentru eficientizarea interacțiunilor cu molecule din celulele unor organisme
sau cu molecule contaminante din apele poluate din mediu. Au fost testate
numeroase molecule organice pentru acoperirea nanoparticulelor magnetice,
cum ar fi polimerii biocompatibili (J. Yang și colab., 2017) acizii organici hidrofili
(M. A. Dheyab și colab., 2020) și altele, cu rol dublu, atât de compensare a
tendințelor de atracție pentru a preveni destabilizarea suspensiilor preparate
pentru aplicații biomedicale cât și de intermediere a interacțiunii cu
biomolecule din celulele organismului uman, pe de o parte, sau cu molecule
toxice din mediu, pe de altă parte.
Au fost realizate aplicații ale unor astfel de nanoparticule magnetice
cu scopul de a înlătura unele componente toxice din apele industriale sau
pentru epurarea apelor uzate din industria farmaceutică, încărcate cu
medicamente antiinflamatorii (A. H. Nadim și colab., 2015). Acțiunea
nanoparticulelor magnetice se bazează în principal pe eliberarea ionilor de fier
sau/și de cobalt care sunt cunoscuți ca niște catalizatori eficienți în mediul
6
apos, prin reacții de descompunere de tip Fenton sau foto-Fenton. C. Silva și
colab., (2004) au utilizat combinația de fier ionic - Fe2+, apă oxigenată - H2O2,
dioxid de titan -TiO2, și radiații UV pentru tratarea apelor uzate, prin catalizarea
reacțiilor de descompunere moleculară și de recombinare a unor produși de
reacție.
In paralel cu cercetările axate pe nanoparticule din oxizi metalici, o
largă dezvoltare au cunoscut și studiile dedicate nanoparticulelor formate din
metale nobile, aur și argint, care au atras un interes aparte legat de
proprietățile lor fizico-chimice, în special cele optice și spectrale. S-au dezvoltat
aplicații biomedicale în domeniul biomaterialelor, pentru reconstrucții osoase,
imagistică biomedicală, sau biosenzori. Întrucât în cele din urmă toate
nanoparticulele sunt eliberate în aer, ape și sol, problemele legate de
nanotoxicitate sunt acum intens studiate de către cercetatorii din domeniu la
nivelul anului 2008 se estima că anual se produc 320 de tone de nanoparticule
de argint pentru diverse utilizări (X. Chen și colab., 2008).
Recent, (E. Dang și colab., 2018) au studiat riscurile pentru sănătatea
solurilor contaminate cu nanoparticule de argint în comparație cu azotatul de
argint - cel mai utilizat precursor în sinteza nanoparticulelor de argint. Un
număr semnificativ de lucrări publicate s-a concentrat pe nanotoxicitatea
argintului asupra microorganismelor fungice. K. N. Alananbeh și colab. (2017)
au administrat nanoparticule de argint în mediul de cultură al fungilor
filamentoși, care se găsesc în sol și în vegetația în descompunere, demonstrând
astfel inhibarea creșterii fungice odată cu creșterea concentrației de
nanoparticule de argint.
7
Utilizarea radiațiilor gama a fost studiată ca o alternativă
promițătoare, în vederea reducerii impactului poluării chimice și biologice a
efluenților din mediu (S. Cabo Verde și colab., 2015; R. Melo și colab., 2008).
Radiațiile gama au fost utilizate pentru a reduce citotoxicitatea și
mutagenitatea unor efluenți industriali din industria textilă (H. Jo și colab.,
2006). Din astfel de studii se conturează concluzia că radiațiile gama pot
reprezenta o bază tehnologică fezabilă pentru procedee extinse de degradare
a agenților toxici din apele din mediu. Studiile de specialitate focalizate pe
industria produșilor din plută au evidențiat că tehnologiile cu radiații gama pot
contribui la epurarea apelor reziduale din industria plutei prin creșterea
activității antioxidante în aceste ape, odată cu scăderea conținutului de
materie organică (C. Lima și colab., 2016).
**
Teza de doctorat a fost structurată în cinci capitole care prezintă
rezultatele obţinute în urma experimentelor efectuate pentru studierea
acțiunilor nanoparticulelor magnetice, a nanoparticulelor de argint și a
radiațiilor ionizante asupra unor componente ale mediului.
Primul capitol cuprinde rezultatele obţinute în urma sintezei și
caracterizării fizico-chimice a unor nanoparticule magnetice, utilizate pentru a
testa în laborator efectele lor asupra unor plantule tinere de Zea mays L.
(porumbul) aflate în stadii ontogenetice timpurii. Caracterizarea proprietăților
fizico-chimice ale acestor particule s-a efectuat atât prin metode de analiză
microstructrală pe bază de măsurători în laboratoarele cu care colaborăm, la
Institutul P. Poni și la Institutul de Fizică Tehnică cât și cu laboratoarele de la
IUCN (Institutul de Cercetări Nucleare) de la Dubna (Federația Rusă) unde am
8
testat stabilitatea pe termen lung a suspensiilor de nanoparticule (analiza
bazată pe Împrăștierea Neutronilor sub Unghiuri Mici, SANS-Small Angle
Neutron Scaterring).
Capitolul II prezintă rezultatele studiului interacțiunii cu poluanții din
apele reziduale a unor nanoparticule și nanocompozite magnetice în lipsa sau
în prezența radiațiilor ultraviolete studiile au fost axate pe apa poluată cu
fenol, unul dintre cei mai toxici și mai răspândiți produși recalcitranți din
mediu. Pentru aceasta au fost sintetizate și caracterizate nanoparticule de
magnetită dopată cu ioni de cobalt precum și nanocompozite magnetice
obținute prin stabilizarea cu citrat și silanizarea nanoparticulelor obținute
anterior. Experimentele dedicate impactului asupra apelor uzate au urmărit
acțiunea combinată a nanoparticulelor/nanocompozitelor magnetice și a
radiațiilor ultraviolete ca agenți pentru reducerea încărcăturii cu fenol, în
prezența sau în lipsa apei oxigenate H2O2 .
În Capitolul III sunt prezentate rezultatele sintezei și caracterizării unor
nanoparticule de oxizi de fier cu suprafața modificată cu acid galic, un compus
relativ nou studiat în nanotehnologiile axate pe nanoparticule magnetice, sau
din metale rare pentru urmărirea unor efecte ale acestora asupra mediului. A
fost studiată mai întâi influența asupra pigmenților fotosintetizatori la plantule
tinere de Helianthus annuus L (floarea soarelui). Se prezintă apoi rezultatele
studiului acțiunii nanoparticulelor magnetice din oxizi de fier stabilizate cu acid
galic în combinație cu expunerea la radiații ultraviolete asupra apelor poluate
cu coloranți industriali – dintre care am ales albastrul de metilen
Capitolul IV cuprinde cercetările întreprinse asupra posibilităților de
sinteză a nanoparticulelor de argint, prin reacții chimice sau fotochimice,
9
studiind influența parametrilor de sinteză asupra proprietăților lor spectrale
excepționale legate de fenomenul de rezonanță plasmonică localizată de
suprafață. Studiile de nanotoxicitate au fost întreprinse atât pe plantule tinere
de Zea mays L. cât și pe culturile de fungi celulolitici din mediu din specia P.
chrysosporium L. S-au obținut rezultate care evidențiază toxicitatea notabilă
asupra fotosintezei plantelor precum și stresul oxidativ indus în miceliul
fungilor P. chrysosporium L – importanți pentru rolul lor în echilibrul biosferei.
Rezultatele impactului radiațiilor gama asupra unor compuși biotici și
abiotici ai mediului, din apele uzate de plută, constituie obiectul Capitolului V.
Sunt prezentate caracterizarea fizico-chimică și efectele induse asupra unor
microrganisme din mediu, de către apa de plută tratată cu radiații gama, în
urma aplicării unor teste specifice adecvate – studiul fiind realizat în
Laboratoarele Institutului Tehnic din Lisabona. Cercetările experimentale s-au
efectuat pe speciile Pseudomonas fluorescens și Bacillus subtilis - bacterii cu
rol benefic în cadrul diferitelor nișe ecologice, care sunt prezente în mediu și
au scos în evidență rezultate promițătoare pentru îmbunătățirea calității apei
uzate de plută prin tehnologii care folosesc radiațiile ionizante.
10
Capitolul 1: Studiul unor nanoparticule de ferită de cobalt stabilizate
cu acid citric și oleat de sodiu pentru evidențierea impactului asupra
unor componente biotice din mediu
1.1. Obiectivele studiului
Obiectivele studiul au fost urmatoarele: (i) analiza proprietăților fizico-
chimice ale unor nanoparticule de ferită de cobalt sintetizate în laborator; (ii)
impactul fizico-chimic al unor suspensii coloidale de astfel de nanoparticule
magnetice asupra unor componente biotice ale mediului - plantulele de Zea
mays L. în stadii ontogenetice timpurii, și anume la nivelul raportului
conținuturilor de pigmenți fotosintetizatori, ce exprimă indirect eficiența
funcționării complexelor enzimatice specifice cloroplastelor din țesuturile verzi
capabile să tranforme energia luminoasă în energie chimică.
1.2. Materiale și metode experimentale
1.2.1. Procedeul de sinteză și dispersare în apă a nanoparticulelor magnetice de ferită de cobalt
Suspensiile de nanoparticule magnetice studiate au fost sintetizate
prin co-precipitare chimică utilizând soluții stoc de clorură ferică hidratată și
sulfat de cobalt (raport stoichiometric tipic de 2:1) la temperatura de peste
80°C în mediu de reacție alcalin (NaOH 25%),
Învelișul surfactant a fost obținut folosind acid citric (C6H8O7) pentru
proba notată CoFe-CA și respectiv oleat de sodiu (C18H33NaO) pentru proba
notată CoFe-SO. Acoperirea suprafeței nanoparticulelor, pentru stabilizare în
suspensie apoasă, a fost realizată la 80 °C sub agitare mecanică (1200 rpm),
11
excesul de reactiv de stabilizare fiind îndepărtat prin spălări repetate cu apă
deionizată.
1.2.2. Estimarea impactului biochimic asupra plantulelor de Zea mays L. aflate în stadii ontogenetice timpurii
Materialul biologic utilizat a fost reprezentat de cariopsele de porumb
(Zea mays L). Imediat după germinare, probelor le-au fost furnizate zilnic
cantități de 6-8 ml din fiecare suspensie cu diluții de: 20-40-60-80-100 µl/l.
Analizele biochimice au fost efectuate după 14 zile, iar conținuturile de
pigmenți fotosintetizatori din țesutul verde au fost determinate prin metoda
lui Lichtenhalter și Weiburn (H. K. Lichtenthaler și A. R. Weiburn, 1983).
1.3. Rezultate și discuții
1.3.1. Rezultatele caracterizării microstructurale și magnetice a nanoparticulelor obținute
Difractometria cu raze X (XRD) a evidențiat sistemul de cristalizare de
tip spinel invers în ambele probe (Figura 1. 3. a, b) cu toate maximele tipice
conform cataloagelor - Cardului PDF nr. 22-1086 (K. S. Rao, 2015).
Prelucrarea datelor a fost efectuată cu formula lui Scherrer (A.
Patterson, 1939) care conduce la dimensiunea cristalitei de aproximativ 11 nm
(pentru maximul (311)) în cazul nanoparticulelor de CoFe-CA și aproximativ 10
nm în cazul nanoparticulelor de CoFe-SO.
Înregistrările XRD au fost reluate pe aceleași probe și după un an de
depozitare la întuneric în condiții ambientale de temperatură și umidiate.
Difractogramele s-au dovedit a fi similare (practic identice) cu cele înregistrate
12
pe probe proaspăt preparate, ceea ce sugerează că proprietățile de
cristalinitate au rămas neschimbate în timpul depozitării.
Figura 1.3.a. Înregistrarea XRD pentru proba CoFe-CA proaspăt preparată; b. Înregistrare XRD pentru proba de CoFe-SO proaspăt preparată
Investigația prin tehnica TEM (Transmission Electron Microscopy)
(Figura 1. 4.a, b) (L. Popescu și colab., 2019) a furnizat imagini cu nanoparticule
cvasisferice dar și cubice cu valori medii ale diametrului de aproximativ 20,2
nm pentru nanoparticulele de CoFe-CA, respectiv 23,1 nm pentru
nanoparticulele de CoFe-SO.
În imaginile înregistrate se pot identifica și unele structuri mai mari,
eventual agregate de nanoparticule, unele din acestea ar putea rezulta prin
suprapunerea particulelor în timpul pregătirii eșantionului pentru investigația
TEM, prin depunerea și uscarea pe suportul-grilă.
Investigarea granularității, efectuată un an mai târziu pe aceleași
probe depozitate la temperatura camerei a arătat că suspensiile îmbătrânite
au fost afectate de aglomerare și sedimentare, analizele – ca și utilizarea lor -
fiind efectuate după diluare și agitare mecanică la temperatura camerei.
13
.
Figura 1.4.Rezultatele investigației prin TEM pentru suspensii proaspăt preparate: a) stânga: CoFe-CA; b) dreapta: CoFe-SO
Figura 1.5. Rezultatele investigației prin TEM pentru eșantioane îmbătrânite (un an): a) stânga: CoFe-CA; b) dreapta: CoFe-SO
Pentru a obține o perspectivă alternativă asupra topologiei
nanostructurilor studiate, am efectuat screeningul AFM (Figura 1.6.a, b) cu
accent pe formațiuni mai mari, datorită limitării de sensibilitate a vârfului de
scanare. Se pot vedea particule cu înălțimi de valori similare, de 12 până la 16
nm - în ambele imagini AFM. De asemenea, se poate observa că valori
numerice de aproximativ 100 nm caracterizează atât diametrul probei de
nanoparticule de CoFe-SO, cât și al nanoparticulelor de CoFe-CA (profil linie
verde).
14
Figura 1.6.a. Rezultatele scanării AFM pentru eșantionul de probă
îmbătrânită CoFe-CA (2µm2µm)
Astfel, imaginea AFM de 2 µm 2 µm din Figura 1.6. a, a permis
observarea mai bună a faptului că agregatele nu sunt predominant sferice, ci
mai degrabă asemănătoare unor structuri elipsoidale.
Ținând cont de observațiile rezultate din analizele TEM și AFM, pe
suspensii îmbătrânite, precum și de ipoteza depunerii de nanoparticule
suprapuse la prepararea probelor pentru TEM, a fost efectuată și investigația
microstructurală prin SANS (Small Angle Neutron Scattering) s-au putut
extrage date numai pentru nanoparticulele de CoFe-CA care au rămas
omogene în timpul procedurii de înregistrare.
15
Figura 1. 6. b. Rezultatele scanării AFM pentru eșantionul de probă
îmbătrânită de CoFe-SO (5µm 5µm)
Prima abordare teoretică a datelor obținute prin SANS s-a bazat pe
faptul că forma curbei experimentale precum și observațiile de microscopie
AFM, sugerează fitarea matematică distinctă a intensității de împrăștiere I(Q)
pentru trei domenii ale vectorului de împrăștiere Q.
Structurile elipsoidale sugerate de modelările teoretice ale datelor
SANS au condus la trei tipuri de elipsoizi cu următoarele dimensiuni pe cele trei
axe: a1 = 67,4 nm; b1 = 85,3 nm; c1 = 9,6 nm; a2 = 209,2 nm; b2 = 86,2 nm; c2
= 14,2 nm; a3 = 204,3 nm; b3 = 83,4 nm; c3 = 14,3 nm (eroarea standard a fost
de 0,1 nm).
16
Figura 1.7.b.Modelarea datelor SANS în intervalul 0,007 <Q <0,15 Å – 1 pentru
eșantionul îmbătrânit de CoFe-CA (scara log-log); intensitate (unități arb.) versus vectorul de împrăștiere, Q (Å– 1) pentru trei domenii Q: 0,007 ÷ 0,03 Å– 1
(domeniul I); 0,03 ÷ 0,06 Å– 1 (domeniul II); 0,06 ÷ 0,15 Å– 1 (domeniul III)
A doua abordare matematică a fost concentrată pe modelul de
particule discoidale – modelul Guinier[5]. Acest model a permis estimarea
razei teoretice a particulelor cu formă de discuri aplatizate adică raza de
girație, Rg = 6,82 ± 0,03 nm.
Figura 1.7.c.Aproximarea teoretică a datelor SANS după modelul matematic Guinier
Ar putea exista particule cu o rază de 9 până la 10 nm în suspensia
analizată dar o parte din ele să fie asociate sub formă de lanțuri scurte
17
aproximate geometric de structuri elipsoidale (corespunzător primului tip de
elipsoid rezultat din prima modelare matematică).
1.3.2. Răspunsul biochimic la acțiunea nanoparticulelor magnetice evidențiat
la nivelul pigmenților fotosintetizatori în plantule Zea mays L.
Se poate observa în Figura 1.8.a, o creștere de aproximativ 30% (p˂ 0,05)
a raportului conțnuturilor de clorofilă a/clorofilă b (cu o deviație standard de
aproximativ 7%), care are semnificația unei influenței stimulatoare progresive
asupra eficienței aparente a fotosintezei – ce este dată tocmai de acest raport
(M. Răcuciu și colab., 2017; N. Pariona și colab., 2017; G. V. Siva și colab., 2016)
în cazul supsensiilor de nanoparticule de CoFe-CA.
Efectul stimulator – creșterea raportului conținuturilor clorofilelor ar
putea fi legat de satisfacerea parțială a nevoilor de fier ale plantulelor, în
special atunci când sunt cultivate în condiții de hrănire limitate.
Nu s-au observat variații semnificative ale raportului (Chl a + Chl b) /
(Chl a + Chl b + TC) nici pentru probele de nanoparticule de CoFe-CA (abatere
standard de aproximativ 8%), și nici pentru suspensiile de nanoparticule de
CoFe-SO (Figura 1.8.b) - deși se poate contura un trend de scădere, în ambele
cazuri.
Când miezurile nanoparticulelor magnetice au fost acoperite cu ioni de
citrat (eliberați la disocierea în apă a acidului citric), învelișul relativ subțire de
agent stabilizator poate permite eliberarea unei anumite cantități de ioni de
fier precum și de ioni de cobalt.
18
Figura 1.8.a Influența nanoparticulelor de CoFe-CA asupra pigmenților
fotosintetizatori la plantulele de porumb (control C, numai apă deionizată; C-CA - control acid citric în concentrația corespunzătoare celei mai mari
concentrații de suspensie de nanoparticule; Chl a –conținut de clorofila a, Chl b-conținut de clorofila b, T.C. –conținut total de caroteni)
Pentru cazul nanoparticulelor magnetice stabilizate prin acoperire cu
ionii oleat s-a format un înveliș dublu de acoperire - se presupune că se
produce eliberarea unei cantități semnificativ mai mici de ioni metalici catalitici
în comparație cu nanostructurile acoperite cu acidul citric.
Figura 1.8.b. Influența nanoparticulelor de CoFe-SO asupra pigmenților
fotosintetizatori la plantule de porumb (controlul C, numai apă deionizată; C-SO - control oleat de sodiu în concentrația corespunzătoare celei mai mari
concentrații de suspensie de nanoparticule)
19
În cadrul studiului efectuat este de presupus că influența magnetică
este aproximativ aceeași pentru ambele tipuri de nanoparticule deoarece
dimensiunile lor sunt destul de apropiate.
1.4. Concluzii
Pentru ambele tipuri de nanoparticule magnetice coloidale studiate
proprietățile de cristalinitate s-au păstrat de-a lungul timpului, dar
proprietățile de granularitate au fost parțial afectate - interpretarea datelor de
la TEM și a măsurătorilor microstructurale prin SANS.
S-a constatat că din punct de vedere al interacțiunii cu mediul celular
stabilizarea cu un singur strat de citrat conduce la efecte diferite față de
stabilizarea cu un strat dublu de oleat.
Acoperirea cu stratul subțire de citrat face posibilă influențarea unor
procese metabolice a căror finalitate este detectabilă la nivelul determinărilor
conținuturilor de pigmenți fotosintetizatori, efectuate spectrofotomeric, mai
ales procese de la nivelul complexelor enzimatice din cloroplaste - ce captează
lumina și transformă energia luminoasă în energie chimică.
Acțiunea stimulatoare poate fi legată de satisfacerea necesităților de
fier ale plantulelor crescute în condiții standard în laborator.
Efectul asupra eficienței aparente a fotosintezei este nedetectabil în
cazul nanoparticulelor învelite cu dublu strat de oleat, la aceleaşi concentrații
de suspensii de nanoparticule cu care s-a lucrat, deoarece acoperirea cu strat
dublu de oleat poate să limiteze ionii metalici catalizatori de la suprafața
nanoparticulelor să inducă reacții în mediul apos din țesuturile plantulelor
tinere.
20
Capitolul 2: Contribuții la studiul acțiunii nanoparticulelor de
magnetită dopată cu cobalt și a radiațiilor ultraviolete asupra
componentelor abiotice ale mediului: apele uzate
2.1. Obiectivele studiului
Obiectivele acestui capitol au fost (i) testarea efectelor unor
nanoparticule magnetice și (ii) a unor nanocompozite pe bază de magnetită
dopată cu ioni de cobalt asupra apelor încărcate cu unul dintre cei mai frecvent
întâlniți și recalcitranți poluanți – fenolul (iii) studierea influenței radiațiilor UV
și a suplimentării cu peroxid de hidrogen asupra apelor fenolice în prezența
sau în lipsa nanoparticulelor.
2.2. Materiale și metode
2.2.1. Procedeul de sinteză a nanoparticulelor de magnetită dopată cu ioni
de cobalt
În procesul de preparare a nanoparticulelor și nanocompozitelor
magnetice din seria CoxFe3-xO4 (x=0; 0,25; 0,5; 0,75 1) au fost utilizați reactivi
de înaltă puritate. Menționăm că pentru x=0 regăsim magnetita (Fe3O4) iar
pentru x=1 ferita de cobalt (CoFe2O4).
Urmând protocolul de co-precipitare chimică în mediu alcalin (R.
Massart, 1981) a nanoparticulelor magnetice, sărurile metalice precursoare au
fost dizolvate în apă deionizată la aproximativ 80 °C și amestecate sub agitare
magnetică continuă și cu încălzire constantă respectând cantitățile
prestabilite. Hidroxidul de sodiu, NaOH, care conferă alcalinitatea necesară
coprecipitării s-a adăugat în concentratie de 1,7 M.
21
Probele de pulberi neînvelite au fost notate cu S1 - Fe3O4, S2 -
Co0,25Fe2,75O4, S3 - Co0,5Fe2,5O4, S4 - Co0,75Fe2,25O4 și S5 - CoFe2O4.
2.2.2. Obținerea nanoparticulelor și nanocompozitelor pe bază de magnetită
dopată cu cobalt prin stabilizare cu oleat sau citrat și silanizate
Modificarea suprafeței nanopulberilor s-a realizat utilizând, în fiecare
caz solutii stoc de oleat de sodiu (SO) sau 1,7 g acid citric (CA).
Obținerea de nanocompozite silanizate, acoperite cu strat de silice
amorfă (dioxid de siliciu), s-a realizat prin aplicarea unei variante adaptare a
metodei sol-gel la temperatura camerei, în conformitate cu (Lu Y și colab.,
2002). S-au efectuat notațiile: T1-Fe3O4@CA@SiO2, T2-
Co0,25Fe2,75O4@CA@SiO2, T3-Co0,5Fe2,5O4@CA@SiO2, T4-
Co0,75Fe2,25O4@CA@SiO2 și T5 - CoFe2O4@CA@SiO2
Nanocompozitele acoperite cu silice au fost separate din mediul de
reacție, spălate în mod repetat cu apă deionizată până când pH-ul a atins ~6.
Au fost uscate sub vid la 90°C timp de 6 ore si supuse apoi timp de 3 ore la
temperatura de 165°C pentru a finaliza prepararea compozitelor magnetice
silanizate (E. Pușcașu și colab., 2016).
Primele experimente s-au axat pe impactul asupra apelor fenolice a
unor probe de nanoparticule de magnetită cu nivel mediu de dopare cu cobalt
- Co0,5Fe2,5O4 care au fost stabilizate cu oleat și apoi silanizate.
În continuare au fost luate în studiu probele din seria S1-S5 – cu
suprafața nemodificată de învelișuri organice sau anorganice și probele de
nanocompozite magnetice stabilizate cu citrat și acoperite cu silice, din seria
T1-T5.
22
2.2.3. Expunerea la radiațiile ultraviolete
Expunerea la radiațiile UV a probelor de apă fenolică s-a efectuat
utilizând un tub de descărcare la presiune joasă în vapori de mercur (de la firma
Philips), cu lungimea L=0,87 m, care emite radiații UV-C cu un maxim la 253,7
nm. Puterea totală de emisie a fost de 30 W din care, puterea emisă în
domeniul UV-C a fost de P=12 W.
Vasul cu 10 ml de probă de apă fenolică având suprafața expusă de
12,57 cm2 (diametrul de 4 cm) a fost amplasat la D=20 cm sub centrul tubului
de descărcare.
2.2.4. Prepararea și analizarea probelor de apă cu încărcătură fenolică pentru
studierea interacțiunii cu nanoparticulele și nanocompozitele magnetice
În vederea analizării acțiunii nanoparticulelor și nanocompozitelor
magnetice asupra apelor uzate, drept referință s-a utilizat fenolul, care
reprezintă modelul de poluant cel mai abordat pentru studiile de tratare a
apelor reziduale (R. H. Müller și colab., 2001) deoarece s-a constatat a fi unul
dintre cei mai toxici dintre poluanții recalcitranți ai apelor (I. Prabha &S.
Lathasree, 2014). Probele supuse investigării au fost preparate prin adăugarea
de fenol (C6H6O) în apă deionizată.
În primele experimente, au fost testate nanoparticulele de magnetită
cu nivel mediu de dopare cu cobalt, stabilizate cu oleat, notate Co0,5Fe2,5O4/O
și cu nanocompozitele rezultate prin silanizarea acestor nanoparticule, notate
Co0,5Fe2,5O4/O/Si, și s-a lucrat cu probe de apă fenolică în concentrație de 1 mM
la o concentrație a nanoparticulelor de 1 g/l așa cum au indicat unele teste
preliminarii de optimizare a procesului.
23
Pentru probele S1-S5 și T1-T5 s-a realizat (i) câte o serie de teste cu
fiecare din cele două concentrații (4g/l și 8g/l) de nanoparticule/
nanocompozite sintetizate și (ii) cu utilizarea suplimentară a două concentrații
de peroxid de hidrogen H2O2: 10 mM și 20 mM. Concentrația de 5,0 μM fenol
s-a dovedit a fi cea mai adecvată pentru maximizarea ratei de scădere a
concentrației de fenol, după cum au arătat studiile noastre preliminarii. pH-ul
nu a fost modificat pentru a nu diminua nivelul de radicali HO. Experimentele
au fost efectuate la temperatura camerei sub agitare continuă. Expunerea la
radiațiile UV a durat până la 120 de minute. Înregistrarea curbei de extincție a
luminii în probele de apă fenolică (cu spectrofotometrul Shimadzu
PharmaSpec 1700 s-a realizat la diferite momente de timp, între 0 și 120
minute, de la momentul de început a interacțiunilor studiate.
Nanoparticulele/nanocompozitele au fost retrase din mediul de
acțiune prin decantare magnetică, înainte de înregistrarea absorbanței probei.
Determinările s-au făcut în triplicat – având ca referință apa dublu distilată iar
valorile medii s-au reprezentat pe grafice. Deviația standard a fost de 3-4%.
2.3. Rezultate și discuții
2.3.1. Caracteristicile fizico-chimice ale nanoparticulelor și nanocompozitelor
cu miez de magnetită dopată cu cobalt
În urma analizei imaginilor TEM (Figura 2. 1.a-c) s-au evidențiat
structuri geometrice cu morfologie asemănătoare, cvasisferice sau cubice și cu
polidispersitate dimensională, atât pentru nanoparticulele nesilanizate cât și
pentru cele acoperite cu silice.
24
Figura 2.1.b. Imaginile TEM analizate pentru probele S1 - Fe3O4, S2 -
Co0,25Fe2,75O4, S3 - Co0,5Fe2,5O4, S4 - Co0,75Fe2,25O4 și S5 - CoFe2O4
Figura 2.1.c. Imaginile TEM analizate pentru pentru nanocompozitele
stabilizate cu citrat și acoperite cu silice T1-Fe3O4@CA@SiO2, T2-Co0,25Fe2,75O4@CA@SiO2, T3-Co0,5Fe2,5O4@CA@SiO2, T4-
Co0,75Fe2,25O4@CA@SiO2 și T5-CoFe2O4@CA@SiO2
25
Particulele analizate din probele Co0,5Fe2,5O4/O și Co0,5Fe2,5O4/O/Si au
prezentat formă cvasisferică sau cubică cu dimensiuni medii de 12,2 nm și
respectiv 14,0 nm.
Din Figura 2.1.b, c se pot obține rezultate asemănătoare privind
morfologia particulelor din seriile S1-S5 și T1-T5, pentru care dimensiunile
medii DTEM, cresc odată cu nivelul de dopare cu ioni de cobalt atât pentru
nanoparticulele cu suprafața nemodificată (Figura 2.1b), cât și pentru
nanocompozitele (Figura 2.1c) corespunzătoare (stabilizate cu citrat și
acoperite cu silice).
Subliniem că odată cu creșterea nivelului de dopare cu ioni de cobalt,
nanocompozitele prezintă și o modificare de morfologie, cele mai multe dintre
ele căpătând formă cubică. În studii anterioare (E. Pușcașu și colab., 2016) s-a
evidențiat că parte din nanoparticulele silanizate sunt grupate câte mai multe
în aceeași matrice de silice, structuri ce pot să apară ca agregate sau
suprapuneri de particule la investigația prin metoda TEM.
2.3.2. Acțiunea nanoparticulelor de magnetită dopată cu nivel mediu de
cobalt, stabilizate cu oleat și silanizate asupra apelor fenolice și acțiunea
simultană a acestora și a radiațiilor ultraviolete
După primele 30 minute de agitare intensă a amestecului din vasul de
reacție s-a constatat reducerea cu circa 50% a intensității benzii fenolului de la
270 nm lungime de undă - iar această schimbare se menține până la 120 de
minute de interacțiune continuă (chiar și până la 180 de minute –date
neprezentate aici).
26
Figura 2. 2.a. Rezultatul testării a 1 g/l nanoparticule de Co0,5Fe2,5O4/O
asupra apelor fenolice (1 mM)
Figura 2.2.b. Rezultatul testării a 1 g/l nanoparticule de Co0,5Fe2,5O4/O/Si
asupra apelor fenolice (1 mM) T0 semnifică circa 2 minute de agitare a probei de apă fenolică cu nanoparticulele, urmată de decantare magnetică și citire spectrală
Adăugarea de peroxid de hidrogen (H2O2) nu pare să fi adus modificări
– nici cantitative și nici calitative, ceea ce presupune că eliberarea unor radicali
hidroxil (HO•), foarte reactivi, nu a condus la modificarea absorbanței fenolului
în condițiile experimentale testate, unde concentrația de apă oxigenată este
relativ mică.
Figura 2. 4. Rezultatul acțiunii a 1 g/l nanoparticule de Co0,5Fe2,5O4/O (verde) si Co0,5Fe2,5O4/O/Si (roșu) asupra apelor fenolice (1 mM) în
condițiile suplimentării cu peroxid de hidrogen (dupa 30 de min)
27
Conform cu Figura 2.4. scăderea absorbanței fenolului după 30 de
minute de interacțiune cu nanoparticulele stabilizate cu oleat este de circa
54% iar pentru nanocompozitele silanizate este de aproximativ 47%.
S-ar putea ca adsorbția moleculelor de fenol la grupările carboxil
(COOH̶ ) de la interfața cu apa a nanoparticulelor stabilizate cu oleat (strat
dublu, cu hidrofilicitate dată de orientarea celui de-al doilea strat cu
extremitățile carboxilice către mediul apos) să fie mai intensă decât adsorbția
la stratul de silice al nanocompozitelor. Nu sunt indicii spectrale că ionii
metalici ar cataliza descompunerea apei ai cărei radicali ar descompune
fenolul în alți compuși atât timp cât spectrul soluției studiate își menține
caracteristicile calitative.
2.3.3. Efectul nanoparticulelor de magnetită dopată cu cobalt cu suprafața
nemodificată, asupra apelor fenolice în prezența radiațiilor UV
Sub acțiunea radiațiilor UV dar în lipsa nanoparticulelor și a peroxidului
de hidrogen, fenolul este degradat cu timpul în proporție relativ mică, de 7-
28%, cel mai probabil prin intermediul radicalilor hidroxil generați sub impactul
energetic al fotonilor din UV asupra apei (fotoliza apei).
Adaugarea de nanoparticule din proba S1, a condus la procentaje
asemănătoare de degradare a fenolului, de la 10% (în primele 30 de minute)
până la 37% (după 120 minute de interacțiune).
Se poate presupune că domină oxidarea fenolului declanșată de
radicalii generați prin fotoliza apei –la care pot contribui procesale catalitice
Fenton ce implică ionii de fier de la suprafața nanoparticulelor neînvelite iar la
suprafața nanoparticulelor se poate produce atât adsorbția fenolului cât și a
28
produșilor săi de degradare (prin radicalii de la fotoliza apei sau combinat, și
prin reacții de tip Fenton).
Figura 2. 7 a. Procesul de degradare la temperatura camerei a soluției
5,0 μM de fenol prin expunere la radiații UV și în prezența nanoparticulelor de magnetită cu suprafața nemodificată, Fe3O4 (S1, x=0) la două concentrații
diferite de nanopulbere (4 g/l și 8 g/l)
După adăugarea de peroxid de hidrogen (10 mM sau 20 mM H2O2) se
face vizibilă diferența dintre efectele concentrațiilor de 4g/l (Figura 2.7.a’) și 8
g/l (Figura 2.7.a῍) de nanopulbere de magnetită (proba S1, magnetită
nedopată). Această diferență arată degradarea progresivă în timp a fenolului
în prezența de 10 mM de apă oxigenată de la 12% - în primele 30 de minute,
la 62% după 60 de minute și la 75% după 120 de minute, în cazul concentrației
de 4g/l nanopulbere de magnetită (Figura 2.7.a’, săgeata galbenă) - față de
procentajele de 30%, 80% și 90% la dublarea acestei cantități - la 20 mM apă
oxigenată (pentru 8 g/l, Figura 2.7.a῍, săgeata galbenă).
Efectele pot fi atribuite descompunerii fenolului prin acțiunea
radicalilor apei oxigenate, cât și prin acțiunea catalitică a fierului ionic de la
suprafața nanoparticulelor prin mecanismele catalitice de tip foto-Fenton.
Rezultatele cele mai promițătoare, cu perspective de extindere la
eșantioane mai mari de apă poluată, s-au obținut prin dublarea concentrației
0
10
20
30
40
UV 4g/l S1 UV8g/l S1 UV
Rat
a sc
eder
ii co
nce
ntr
atie
i de
fen
ol
(%)
30min 60min 120min
29
de peroxid de hidrogen, la 20 mM, când s-a atins procentajul maxim, de 100%
de degradare a fenolului după numai 60 de minute de reacție cu 8 g/l din S1 –
și circa 90% cu 4 g/l din S1.
Figura 2. 7.a’. Influența peroxidului de hidrogen asupra fenolului în prezența a 4 g/l de pulbere S1 și
sub acțiunea radiațiilor UV
Figura 2. 7.a῍. Influența peroxidului de hidrogen asupra fenolului în
prezența a 8 g/l de pulbere S1 și sub acțiunea radiațiilor UV
Cresterea progresiva a nivelului de dopare cu cobalt (seria S1-S5 cu
x=0-0,25-0,5-0,75-1) duce la scaderea ratei de degradare a fenolului:
La 60% pentru MNP 4 g/L si la 93% pentru MNP 8g/L pentru x=0,25
La 71% si 86% pentru S3 (x=0,5) la 4 g/L si respectiv 8 g/L MNP
La 57% și respectiv 78% pentru S4 (x=9,75) pentru 4 g/L și respectiv 8 g/L
MNP.
La 64% și respectiv 71% pentru S5 (x=1) pentru 4g/Lși respectiv 8 g/L MNP
2.3.4. Impactul nanocompozitelor silanizate cu miez de magnetită dopată cu
cobalt asupra încărcăturii fenolice
În lipsa cobaltului (pentru pulberea de magnetită nedopată),
stabilizarea cu citrat a suprafaței nanoparticulelor, urmată de silanizarea lor
(proba T1, x=0) reduce la mai puțin de jumătate eficiența degradării fenolului
30
(maxim 42%) după 60 sau 120 de minute de interacțiune, în prezența a 10 mM
sau 20 mM peroxid de hidrogen (H2O2), pentru 4 g/l sau 8g/l nanopulbere.
Figura 2.9.a. Dinamica procesului de degradare a soluției 5,0 μM de fenol în prezența CoxFe3-xO4 @CA@SiO2 (x=0, T1) pentru diferite concentrații de H2O2
și expunere la radiații UV
Figura 2.9.b. Dinamica procesului de degradare a soluției 5,0 μM de fenol în
prezența CoxFe3-xO4 @CA@SiO2 (T5, x=1) pentru diferie concentrații de H2O2 și expunere la radiații UV
Acoperirea cu silice (probele T1-T5) pare să diminueze considerabil
reactivitatea nanostructurilor magnetice indiferent de nivelul de dopare cu
cobalt - atunci când expunerea la radiații UV este menținută la fel ca și pentru
nanoparticulele magnetice cu suprafața nemodificată (S1-S5).
31
2.4. Concluzii
Studierea comparativă a nanoparticulelor de magnetită cu un nivel
mediu de dopare cu cobalt (x=0,50), stabilizate cu oleat și a nanocompozitelor
silanizate derivate din acestea, pentru tratarea apelor fenolice arată reducerea
până la aproximativ 50% a intensității de absorbție a luminii în maximul benzii
specifice fenolului. Sub acțiunea simultană a nanoparticulelor și a radiațiilor
ultraviolete se poate produce modificarea aspectului acestei benzi spectrale și
modificări de intensitate, sugerând prezența produșilor de degradare - derivați
ai fenolului.
În prezența nanoparticulelor cu suprafata nemodificata (S1-S5) și a
radiațiilor ultraviolete s-a constatat o scăderea semnificativa a încărcăturii
fenolice din apă. Prezența radiațiilor UV duce la intensificarea degradării
fenolului; se pot produce reacții foto-Fenton cu formare de peroxid de
hidrogen si intensificarea actiunii lor catalitice asupra acestui mediu (apa
fenolica).
S-a putut constata cum odată cu creșterea concentrației de H2O2, la 20
mM, în cazul unei cantități de 8 g/l de proba S1 (fara cobalt si neinvelita) și sub
influența radiațiilor UV, degradarea fenolului este completă (100 %) după
numai 60 de minute.
Modificarea suprafeței nanoparticulelor prin acoperirea cu silice (seria
T1-T5) nu crește reactivitatea nanocompozitelor magnetice ci o diminuează
semnificativ (fiind de maxim 42%) pentru toate nivelurile de dopare cu cobalt.
32
Capitolul 3: Studiul impactului nanoparticulelor de magnetită
stabilizate cu acid galic asupra unor componente biotice și abiotice
ale mediului
3.1. Obiectivele studiului
În studiile prezentate în continuare s-a urmărit: (i) evidențierea
impactului nanoparticulelor de magnetită acoperite cu acid galic – această
moleculă destul de recent luată în considerare în nanotehnologia structurilor
miez anorganic/înveliș organic - asupra unei componente biotice din mediu, o
specie mult cultivată pentru exploatarea agroindustrială –Helianthus annuus L
(floarea soarelui), precum și (ii) acțiunea acestor nanoparticule de epurare a
apelor uzate din mediu ce sunt încărcate cu un colorant uzual în industria
farmaceutică și chimică - albastrul de metilen.
3.2. Materiale și metode
3.2.1. Protocoalele de sinteză și stabilizare cu acid galic a nanoparticulelor de
magnetită
Sinteza de pulbere magnetică a fost realizată pe baza procedurii
Massart (R. Massart, 1981) de co-precipitare chimică a oxizilor de Fe II și Fe III,
în prezența unui agent precipitant puternic alcalin (NaOH în concentrație de
1,7 M) la temperaturi diferite: metoda (1) - sinteză la temperatura camerei și
metoda (2) -sinteză la temperatură de 80 C.
Stabilizarea nanoarticulelor magnetice s-a realizat cu acid galic (GA) în
concentrație de 0,6 mM GA/g magnetită - adaptare după un protocol din
literatură (M. Szekeres și colab., 2005).
În acest studiu, învelirea s-a realizat în trei moduri:
33
1. Agitare mecanică (3 ore) la temperatura camerei;
2. Agitare mecanică (3 ore) la temperatură înaltă (T=80 C);
3. Tratare ultrasonică (3 ore) la temperatura camerei.
3.2.2. Cuantificarea efectului biochimic al nanoparticulelor de Fe3O4@GA
asupra plantulelor de Helianthus annuus L.
În vederea evaluării toxicității nanoparticulelor de Fe3O4@GA asupra
componentelor biotice ale mediului, s-a utilizat ca material biologic specia
Helianthus annuus L. (floarea soarelui).
Înainte de pregătirea pentru cultivare, s-au efectuat o serie de teste ce
au la bază optimizarea modului de pretratare a suprafeței semințelor pentru
eliminarea contaminanților chimici, biologici sau anorganici. Astfel s-au testat
trei tipuri de pretratament pe trei eșantioane egale de semințe cu: (i) apă
distilată, (ii) 3% apă oxigenată, H2O2 și (iii) 70% etanol. Procentajul cel mare de
germinare a prezentat proba pretratată cu 3% apă oxigenată, H2O2.
Au fost studiate două serii de probe, prin administrarea suspensiilor
de Fe3O4@GA în două moduri: (a) alimentare zilnică cu același volum de 10 ml
suspensie (pentru toată gama de concentrații de 20, 40, 60, 80 și 100 μl/l) (b)
alimentare zilnică cu volum variabil (5-10 ml) de suspensie de nanoparticule
magnetice (cu aceleași concentrații) în funcție de necesitatea observată la
inspecția vizuală a gradului de umiditate a suportului de creștere al plantulelor.
Pigmenții fotosintetizatori: clorofila a, clorofila b și carotenii, s-au
extras în acetonă 90%, prin adaptarea unei metode din literatură (H.
Lichtenthaler, & A. R Wellburn, 1983), dupa 12 zile de creștere sub influenta
probelor de suspensii de Fe3O4@GA.
34
3.3. Rezultate și discuții
3.3.1. Rezultatele analizării comparative a dimensiunilor nanoparticulelor de
Fe3O4@GA sintetizate prin cele trei procedee
Rezultatele investigației TEM pentru nanoparticulele de magnetită
învelite cu acid galic (Fe3O4@GA), sunt redate în Figura 3.1 – unde se pot
observa structuri cvasi-sferice dar și cubice.
Figura 3.1. Imagini TEM pentru nanoparticule de Fe3O4@GA obținute prin: a) sonicare la temperatura camerei, b) agitare mecanică la temperaturi înalte și
c) agitare mecanică la temperatura camerei
3.3.2. Rezultatele analizării proprietăților microstructurale și magnetice ale
nanoparticulelor sintetizate prin metoda co-precipitării chimice la
temperatură înaltă și acoperite cu acid galic
Imaginile TEM (Figura 3.2) ale nanoparticulelor de Fe3O4@GA au
evidențiat structuri geometrice regulate, în mare parte cvasisferice, cu
diametrul cel mai frecvent de aproximativ 9,5 -10,0 nm (analiză realizată cu
ajutorul software ImageJ), valoarea medie a diametrului DTEM, (de 10 nm) dar
și agregate mai mari.
35
Figura 3.2. Imagini realizate cu ajutorul microscopiei electronice de transmisie (TEM) pentru nanoparticulele studiate - Fe3O4 @GA
Conform cu Figura 3.3.a înregistrarea XRD prezintă toate maximele de
difracție specifice structurii cristaline de spinel în pozițiile standard (conform
ASTM Card 11-614 (H.E Swanson și colab. 1967) fără maxime adiționale ale
altor oxizi de fier sau vreunor impurități. Aplicând relația lui Scherrer (A.
Patterson, 1939) pentru picul cel mai înalt (311) s-a determinat dimensiunea
cristalitei de 8,0 nm.
Figura 3.3.a. Înregistrarea diagramei XRD pentru proba uscată de Fe3O4@GA; b. Curba de magnetizare pentru suspensia proaspătă de nanoparticule
Analiza curbei de magnetizație (Figura 3.3.b) arată că aceasta se
saturează la valoarea Ms de 14,5 emu/cm3 pentru intensitatea câmpului
36
magnetic aplicat de 20000 Oe evidențiind proprietatea de
superparamagnetism. Ciclul de histerezis îngust (câmp coercitiv de 158,5 Oe)
sugerează prezența în suspensia analizată a unor rare structuri mai mari decât
valoarea medie DM care sunt caracterizate de ferimagnetism.
Investigația DLS (Dynamic Light Scaterring) a generat profilul de
distribuție a mărimii particulelor coloidale din suspensia apoasă, cu un
diametru hidrodinamic mediu DH de 660,9 nm.
Figura 3.4.a. Diametrul hidrodinamic b.Potențialul Zeta al nanoparticulelor de Fe3O4@GA
Nanoparticulele de Fe3O4@GA au un potențial Zeta, V egal cu -23,93
mV. În literatura de specialitate (A. Kumar și colab., 2017) se subliniază faptul
că nanosuspensiile stabilizate prin repulsie electrostatică, teoretic, necesită un
prag de potențial Zeta de ± 30 mV; astfel că proba de suspensie coloidală de
Fe3O4@GA este aproape de pragul teoretic de stabilitate.
3.3.3. Rezultatele studiului acțiunii nanoparticulelor de Fe3O4@GA, asupra
plantulelor de Helianthus annuus L.
Așa cum sugerează raportul conținuturilor de clorofilă a și b prezentat
în Figura 3.8.a, nanoparticulele de Fe3O4@GA, duc la un trend ascendent,
aproximativ liniar, deci la un aparent efect stimulator asupra eficienței
37
procesului de fotosinteză în cazul alimentării cu volum de suspensie variabil,
corespunzător necesităților plantulelor.
Se poate face legătura cu satisfacerea necesităților de fier pentru
sinteza corespunzătoare a proteinelor cu fier și sulf precum și a citocromilor,
importante pentru energetica celulară bazată pe reacțiile redox din
membranele mitocondriilor. În cazul administrării de volume mereu egale de
suspensii diluate punctele graficului nu se plasează pe o curbă de fitare
statistică.
Figura 3.8.a. Efectele diferitelor concentrații din suspensiile de nanoparticule de Fe3O4@GA asupra raportului conținuturilor de clorofile (Chl a/Chl b). 0_GA-
administrare de acid galic în concentrația corespunzătoare probei celei mai concentrate de nanoparticule coloidale
În cazul alimentării cu volum fix de suspensie de nanoparticule nu se
pot evidenția corelații statistice (Figura 3.8.a,b). De aceea se poate spune că,
cel mai probabil, în ambele experimente, nanotoxicitatea nanoparticulelor de
magnetită stabilizate cu acid galic nu afectează complexele fotosintetizatoare
LHC II a căror funcționare este legată de randamentul aparent al fotosintezei –
investigată prin analizele spectrofotometrice efectuate.
38
Figura 3.8.b. Efectele diferitelor concentrații din suspensiile de nanoparticule de Fe3O4@GA asupra raportului sumelor conținuturilor de pigmenți (Chl a+Chl
b)/( Chl a+Chl b +T.C.)
În ambele cazuri influențarea conținuturilor de pigmenți poate fi
datorată faptului că nanoparticulele utilizate au dimensiuni mici – ceea ce le
conferă capacitatea de a pătrunde în țesuturile vegetale, ducând eventual la
intersectarea cu circulației unor resurse necesare sintezei pigmenților sau la
interferența cu unele fenomene fizico-chimice implicate în aceste reacții de
sinteză, deci o interferență cu procesele metabolice din celulele plantelor.
3.3.4. Rezultatele studierii efectelor nanoparticulelor de Fe3O4@GA asupra
apelor uzate din mediu
3.3.4.1. Probele de apă încărcată cu albastru de metilen
Soluțiile apoase de apă poluată au fost preparate prin adăugarea unei
cantități adecvate de albastru de metilen (C16H18CIN3S) în apă ultrapură pentru
a atinge concentrația studiată (1 μM și 1,5 μM). Suspensiile de nanoparticule
de Fe3O4@GA au fost uscate sub vid la 90 °C timp de 6 ore înainte de utilizare
pentru testarea efectului asupra apei încărcate cu MB.
39
Testele s-au realizat folosind două concentrații de nanoparticule de
Fe3O4@GA: 2,0 și respectiv 4,0 g/l. Experimentele au fost efectuate la
temperatura camerei sub agitare mecanică (1200 rpm). S-a lucrat și cu
expunere la radiații UV folosind procedeul prezentat în detaliu în capitolul
anterior. În toate experimentele, volumul total de reacție a fost de 10 ml.
Spectrul de absorbție a luminii (SEA) a fost înregistrat la diferite momente (T =
0; 30; 60 și 120 min) pe durata iradierii. Înainte de înregistrarea absorbanței,
nanoparticulele utilizate au fost retrase din mediul de acțiune prin decantare
magnetică. Rata de degradare este determinata în conformitate cu legea Beer-
Lambert.
S-a lucrat la lungimea de undă de 665 nm din maximul principal al
spectrului electronic de absorbție al albastrului de metilen.
3.3.4.2. Efectul nanoparticulelor magnetice de Fe3O4@GA asupra poluării
apelor din mediu în prezența radiațiilor ultraviolete
Pentru a studia diminuarea concentrației de colorant de albastru de
metilen din probele reconstituite de apă poluată, s-a adăugat pulbere de
Fe3O4@GA (2,0 și 4,0 g/l) și s-a aplicat simultan și expunerea la radiații
ultraviolete.
Comparativ cu fotodegradarea numai sub expunere radiații la UV,
adăugarea fie a 2 g/l sau a 4 g/l de nanoparticule de Fe3O4@GA a determinat
intensificarea degradării albastru de metilen pentru ambele concentrații (1,0
μM și 1,5 μM albastru de metilen).
40
Figura 3.11.a. Degradarea soluției 1,0 µM de albastru de metilen (notație
MB) în prezența nanoparticulelor magnetice de Fe3O4@GA (2g/l și 4 g/l) sub expunere la radiații UV
Prima concentrație de nanoparticule studiată, anume 4,0 g/l de
nanoparticule de Fe3O4@GA, a indus degradarea completă (100%) a 1,0 μM
concentrație de MB după aproximativ 60 min expunere la radiații UV. Pentru
o concentrație mai mare de albastru de metilen, anume 1,5 μM, efectul
nanoparticulelor magnetice a fost relativ scăzut.
Conform studiilor de specialitate (M. Contineanu și colab., 2009; E.
Alzahrani și colab., 2014) mecanismul de interacțiune dintre nanoparticulele
magnetice și albastrul de metilen este în principal adsorbția moleculelor de
colorant la suprafața granulelor de ferofază.
Unele dintre rezultatele prezentate în acest capitol au fost publicate în
revistele de specialitate cu factor de impact în sistemul Web of Science - U.P.B.
Sci. Bull., Series A (2019) și Revista de Chimie (trimise spre publicare).
41
3.4. Concluzii
S-a arătat că protocolul optim de obținere de nanoparticule de
magnetită pentru realizarea obiectivelor acestui capitolul a constat în
sintetizarea lor prin co-precipitare chimică și agitare mecanică la temperatură
înaltă urmată de modificarea suprafeței cu acid galic (Fe3O4@GA) astfel că
proprietățile microstructurale și magnetice au fost comparabile cu cele din
literatură.
Studiul de laborator privind impactul nanoparticulelor de Fe3O4@GA
asupra unor componente biotice ale mediului s-a efectuat pe plantule de
Helianthus annuus L. demonstrându-se că protocolul optim de alimentare cu
suspensii diluate de nanoparticule de Fe3O4@GA implică volume adecvate
nevoilor plantulelor din fiecare probă, în acest fel obținându-se variații,
monotone, relativ coerente ale rapoartelor conținuturilor de pimenți
fotosintetizatori la creșterea concentrației de suspensie coloidală de
Fe3O4@GA.
Studiul prezentat a arătat că expunerea la radiațíi UV ar putea duce la
degradarea până la 30% sau 46% pentru cele două concentrații de albastru de
metilen testate în acest experiment. Implicarea suplimentară a
nanoparticulelor de magnetită învelită cu acid galic duce la o creștere
remarcabilă a procentajului de degradare, ajungând la 100% pentru o
combinație optimă de nanoparticule Fe3O4@GA și concentrații de albastru de
metilen.
42
Capitolul 4: Studiul sintezei și proprietăților unor nanoparticule de
argint coloidal pentru evidențierea acțiunii lor asupra unor
componente biotice ale mediului
4.1. Obiectivele studiului
În acest capitol am avut ca obiective (i) studiul unor protocoale de
sinteză a nanoparticulelor de argint coloidal prin reducerea azotatului de
argint cu citrat trisodic sau acid galic și expunerea la radiații ultraviolete (ii)
evaluarea nanotoxicității argintului coloidal la nivelul conținuturilor de
pigmenți fotosintetizatori din țesuturile verzi ale plantulelor cerealiere tinere
(iii) studierea comparativă a nanotoxicității particulelor de argint reduse cu
citrat trisodic sau cu acid galic asupra fungilor celulolitici.
4.2. Materiale și metode
4.2.1. Materialele biologice au fost plantule tinere de Zea mays L.
dezvoltate sub acțiunea suspensiilor de nanoparticule de argint stabilizate cu
citrat precum și culturi de fungi celulolitici din specia Phanerochaete
chrysosporium L. alimentate cu suspensii de nanoparticule coloidale de argint
stabilizate fie cu citrat fie cu acid galic.
Fungul Phanerochaete chrysosporium L. fiind din colecția Facultății de
Biologie a Universității „Alexandru Ioan Cuza” din Iași (obținută anterior de la
Institutul Sciéntifique de Santé Publique, Belgia (HEM nr. 5772)). Rolul său în
mediu este de a descompune deșeurile de celuloză atât din surse naturale cât
și antropice.
43
4.2.2. Expunerea la radiații ultraviolete s-a efectuat așa cum s-a detaliat în
Capitolul II, utilizând un tub de descărcare cu mercur (30 W putere nominală,
13 W putere de emisie în UV-C) produs de Philips.
4.2.3. Metodele de sinteză a nanoparticulelor coloidale de argint
Metoda I. Sinteza prin reducere cu citrat trisodic la temperatură înaltă
Metoda de reducere și stabilizare cu citrat este o adaptare a celei
propuse inițial pentru obținerea nanoparticulelor de aur de către Turkevich (P.
C.Lee și D. Meisel, 1982).
Produsul obținut reprezintă nanoparticule de argint stabilizate cu ioni de citrat
în mediu de suspensie apos și s-a notat cu AgNP@CA.
Metoda II. Sinteza fotochimică în două etape reducere cu citrat și expunere
la radiații UV
În prima etapă a sintezei s-a procedat ca în paragraful anterior, cu
același raport al volumelor și concentrațiilor soluțiilor precursoare, reacția
derulându-se tot la temperatură înaltă. În a doua fază a sintezei fotochimice,
suspensia proaspătă obținută s-a expus la radiații ultraviolete (de energie mare
– în domeniul UV-C) pentru o durată de 45min. Produsul a fost notat AgNP-CA.
Metoda III. Reducerea cu acid galic la temperatură înaltă și la temperatura
camerei
Pornind de la un studiu din literatura de specialitate (G. A. Martinez și
colab., 2008), am utilizat caracteristicile de antioxidant – respectiv de
reducător ale moleculei de acid galic și am derulat sinteza de nanoparticule de
argint pe baza reducerii ionilor de argint din AgNO3.
44
Soluții stock de azotat de argint si acid galic au fost mixate sub agitare
magnetică continua, la temperatura de aproximativ 60°C până la modificarea
culorii și transparenței mediului de reacție. Stabilizarea alcalinitatății mediului
de reacție cu NaOH 1M; astfel că s-au obținut două tipuri de suspensii – cu pH
în domeniul neutru (aproximativ 7,5), notație Ag1 și respectiv cu pH alcalin
(aproximativ 10,5), notație Ag 2.
Alte suspensii de argint coloidal au fost sintetizate prin aceeași metodă
descrisă mai sus, dar fără încălzire, rezultând probele Ag 3 (pH de 7,5) și Ag 4
(pH de 10,5).
Metoda IV. Sinteza fotochimică cu acid galic prin expunere la radiații UV și
tratare termică
Metoda fotochimică a fost aplicată într-o variantă adaptată astfel că
iradierea cu lumină ultravioletă s-a efectuat înainte de încălzirea amestecului
de reacție.
În prima etapă s-au prepararat cele două soluții stoc și s-au amestecat
cu atenție fiind apoi expuse timp de 30 de minute la radiații UV (în aceleași
condiții descrise într-un capitol anterior). În a doua etapă proba iradiată cu
lumină UV a fost tratată prin încălzire la aproximativ 60°C sub agitare
magnetică până la formarea de nanoparticule de argint –observat prin
schimbarea culorii și transparenței. Astfel obținându-se proba Ag5 cu pH
alcalin (~10,5).
45
4.2.4. Testul nanotoxicității asupra plantulelor de Zea mays L.
Volume adecvate de suspensii de nanoparticule de argint fotoredus cu
citrat, (AgNP-CA) sau suspensie diluată 1100 (v/v) au fost administate
platulelor de Zea mays L.in stadiile ontogenetice timpurii, timp de 12 zile.
Extracția pigmenților fotosintetizatori din țesuturile verzi s-a efectuat în
acetonă 90% (v/v) iar conținuturile acestora s-au determinat pe baza unor
relații de calcul semi-empirice propuse în literatură (H. K. Lichtenthaler& A. R.
Wellburn 1983) - ca și în Capitolul 1.
4.2.5. Testarea nanotoxicității pe fungii celulolitici Phanerochaete
chrysosporium
Suspensiile de nanoparticule de argint au fost adăugate în mediul de
cultură a fungilor, rezultând variantele experimentale, corespunzătoare
concentrațiilor de: 200-400-600-800-1000 µl/l. Probele de control au fost
pregătite în mod identic, cu excepția faptului că nu s-a furnizat nicio sursă de
argint în mediul de cultură a fungilor. Au fost analizate trei replici ale fiecărei
variante, valorile medii și abaterea standard fiind reprezentate pe graficele
rezultatelor luate în discuție.
4.3. Rezultate și discuții
4.3.1. Rezultatele sintezei nanoparticulelor de argint
În Figura 4.1 este redată înregistrarea spectrului de extincție a luminii
pentru suspensia (notată AgNP-CA), care a rezultat din prima fază a sintezei în
comparație cu produsul rezultat prin expunere în continuare la radiații
ultraviolete–timp de 45 minute după care intensitatea benzii nu a mai crescut.
46
Figura 4.1. Banda LSPR corespunzătoare nanoparticulelor de argint
sintetizate prin reducere fotochimică cu citrat (AgNP-CA)
Curba spectrală corespunzătoare benzii LSPR prezintă o intensitate
mult amplificată – de 7,5 ori (curba roșie) și cu semilărgime relativ mare.
Maximul benzii LSPR corespunzător suspensiei inițiale a fost obținut la 425 nm
iar după iradiere s-a deplasat la 418 nm. Se poate presupune că radiațiile UV
induc disocierea a noi molecule de acid citric în ioni citrat și hidrogen – citratul
reducând argintul cationic din azotatul de argint.
Figura 4.2. Granulația și morfologia particulelor de argint AgNP-CA
obținute prin reducerea fotochimică cu citrat Rezultatele studiului efectuat prin microscopia electronică de
transmisie (TEM) evidentiază nanoparticulelor cvasi-sferice, cu dimensiuni de
la 4 la 12 nm, cu rare formațiuni mai mari, de până la 45 nm care pot fi particule
sau asocieri de particule.
47
4.3.2. Rezultatele testării nanotoxicității asupra plantulelor de Zea mays L.
In urma analizei rezultatelor obtiune, s-a dovedit ca administrare de
suspensie de nanoparticule de argint asupra Zea mays L. duc la diminuarea
progresivă a raportului conținuturilor de pigmenți clorofilieni. Pentru
plantulele alimentate cu suspensia de nanoparticule de argint diluată 1:100
scăderea raportului conținuturilor de pigmenți clorofilieni este de peste 15%
iar pentru proba în care plantulele s-au dezvoltat fiind alimentate cu suspensia
nediluată scăderea este de circa 40%.
Comparația cu efectul nanoparticulelor magnetice asupra acelorași
plantule arată că în cazul argintului toxicitatea este mult mai mare, ceea ce era
de așteptat având în vedere caracterul de antiseptic, perturbator al
metabolismului celular pentru unele celule la organisme microbiene și fungice.
4.3.3. Rezultatele studierii optimizării sintezei suspensiilor coloidale de
argint prin reducere chimică sau fotochimică cu acid galic
Maximele benzilor LSPR (de rezonanță plasmonică localizată de
suprafață) sunt la 400 nm pentru proba Ag2 și respectiv de 406 nm pentru
proba Ag4. Forma simetrică și semilărgimea mare indică prezența particulelor
de formă predominant sferică, cu polidispersitate dimensională (S. H. Lee și
colab., 2019; G. A. Martınez și colab.). Intensitățile benzilor au valori de 0,839
(Ag2) și respectiv 0,94 (Ag4) sugerând că la temperatură înaltă și pH alcalin
acidul galic acționează cu eficiență de reducere mai mică asupra argintului
posibil deoarece este parțial oxidat în mediul apos.
48
Figura 4.4.a. Banda LSPR a probei
Ag 2 (pH alcalin) proaspăt preparată și după 24 de ore
Figura 4.4.b. Banda LSPR a probei
Ag 4 (pH alcalin) proaspăt preparată și după 24 de ore
Figura 4.5.a. Banda LSPR pentru proba Ag 3 proaspăt preparată și
după 24 de ore
Figura 4.5.b. Banda LSPR pentru proba Ag 1 și proba Ag
5 proaspăt preparate
După 24 de ore de păstrare a probelor la frigider, în întuneric
intensitățile în maxim au scăzut sub 0,6 la ambele probe. Aceasta ar putea
însemna că anumite cantități de nanoparticule de argint reduse și stabilizate
cu acid galic, de dimensiuni mai mari, s-au precipitat cu posibilă eliberare de
molecule de stabilizant liber în suspensie. Pozițiile maximelor se regăsesc la
398 nm (Ag2) și respectiv 412 nm (Ag4) ceea ce poate să rezulte tot din cauza
precipitării în mod diferit de nanoparticule cu dimensiuni diferite – ceea
cemodifică diferit poziționarea maximelor în timpul depozitării.
49
Influența pH-ului se poate urmări la probele Ag3 (Figura 4.5.a) și Ag4
(Figura 4.4.b) unde temperatura de sinteză a fost aceeași.
La pH neutru, proba Ag3 prezintă maximul benzii LSPR deplasat spre
lungimi de undă mai mari, la 420 nm (față de 406 la Ag4 tot la temperatura
camerei dar la pH alcalin) precum și intensitatea în maxim de aproape 1,1. Se
poate presupune că sinteza la pH neutru și temperatura camerei favorizează
acțiunea de reducere a argintului de către acidul galic însă nu și stabilitatea la
depozitare. Proba Ag1 prezintă maximul LSPR tot la 420 nm ca și proba Ag3 și
tot o intensitate relativ mare în maximul benzii (peste 1,5).
Se observă un aspect extrem de distinct pentru eșantionul de
nanoargint coloidal Ag5 care a prezentat o bandă remarcabil de largă (având
maximul la 450 nm) și cu intensitatea mică (0,204).
Rezultatele studiului efectuat prin microscopia electronică de
transmisie (TEM) evidentiază următoarele:
Proba Ag2 - diametre de sub 15 nm (12-13 nm).
Proba Ag3 – NPs cu mai puțin de 25 nm în diametru și polidispersitate
remarcabil (reprezentative și pentru proba Ag1, caracterizată de același pH
neutru și banda LSPR cu aceeași alură și aceeași poziție a maximului
spectral - la 420 nm).
Proba Ag4 - particule cvasisferice sau poligonale dar și nanostructuri mai
mari– până la 50 nm (dar mai rare) cu forme diverse, ce pot să reprezinte
agregate de nanoparticule mai mici și mai simetrice.
Proba Ag5 - particule poliedrice cu dimensiuni submicronice care au de
fapt diametre de câteva sute de nm, și ar putea fi favorizate de acțiunea
UV asupra acidului galic, ce absoarbe puternic în domeniul UV.
50
Figura 4.6. Nanoparticule de argint
(proba Ag 2) sintetizate prin reducerea chimică la pH alcalin și temperatura
camerei (două exemple 13,3 și 11,6 nm).
Figura 4.7. Nanoparticulele de argint (proba Ag3) sintetizate la pH neutru și la temperatura camerei (dimensiuni
până la 25 nm)
Figura 4.8. La proba Ag 4, (reducere la temperatura camere și cu pH alcalin) printre particule de 10-20 nm apar și
agregate de particule de argint de până la 50 nm diametru
Figura 4.9. La proba Ag5 obținută prin sinteza fotochimică adaptată s-au
identificat nanosisteme poliedrice de câteva sute de nm (două exemple: 152
și 256 nm)
Rezultatele investigației noastre microstructurale cu TEM sunt
concordante cu cele din literatură (G. A. Martınez și colab., 2008) unde s-a
utilizat o metodă de sinteză fotochimică similară.
4.3.4. Studiul acțiunii nanoparticulelor de argint sintetizate prin reducere cu
citrat de sodiu sau acid galic asupra fungului celulolitic Phanerochaete
chrysosporium L.
51
Pentru testarea nanotoxicității pe fungii celulolitici benefici din mediu
(Phanerochaete chrysosporium L.) s-au utilizat trei suspensii de nanoparticule
(i) AgNP@CA - obținute prin reducere cu citrat, care au fost depozitate vreme
de un an (la întuneric în frigider) și apoi expuse la radiații UV timp de 100
de minute
(ii) AgNP@GA-1 obținute prin reducere cu acid galic conform cu paragraful
3.4.3 (similar cu proba Ag1) la temperatură înaltă, cu pH în domeniul
neutru, fără expunere la radiații UV
(iii) AgNP@GA-2 obținute prin reducere cu acid galic conform cu paragraful
3.4.4 (similar cu proba Ag5) prin expunere la radiații ultraviolete și mixare
la temperatură înaltă, dar cu pH în domeniul neutru.
S-a constatat că pe durata depozitării îndelungate, chiar și în lipsa luminii
și la temperatură mică (4°C) reacția de reducere a continuat conducând la
intensificarea maximului (de circa 3,5 ori) cu o deplasare a acestuia spre roșu
(de la 416 nm la 439 nm) iar după expunerea la UV maximul s-a amplificat de
peste 1,5 ori și s-a deplasat spre albastru (de la 439 la 425 nm) în timp ce
valoarea pH-ului a crescut de la 6 la 7,5.
S-au inregistrat poziții diferite ale maximelor benzilor LSPR – la 420 nm
pentru AgNP@GA-1 și respectiv la 550 nm pentru AgNP@GA-2 (Figura 4.11.a,
b), fiind datorate protocoalelor diferite de sinteză. pH-ul este de 7,5 în ambele
cazuri, la fel cu cel al particulelor reduse cu citrat.
52
Figura 4.10.a. Studiul benzii LSPR în suspensia obținută prin reducere cu citrat - efectul depozitării de un an -
normalizare la maximul LSPR din suspensia proaspătă
Figura 4.10.b. Efectul expunerii la UV timp de 100 min a suspensiei depozitate timp de un an - normalizare la maximul LSPR din suspensia depozitată timp de un an
înainte de expunere la radiații UV
Cu ajutorul investigației TEM s-a constată că dimensiunile
nanoparticulelor de argint din proba AgNP@GA-2 sunt cu un ordin de mărime
mai mari decât cele din proba AgNP@GA-1 ceea ce se poate corela cu
deplasarea spre roșu a maximului benzii LSPR (la 545 nm) față de cel
corespunzător probei AgNP@GA-1 (415 nm).
Figura 4.11. Influența suspensiilor de argint stabilizat cu citrat sau acid galic asupra activității catalazei din miceliul fungilor; normalizare la valorile
corespunzătoare martorului
În urma efecturii testelor biologice s-au obținut unele rezultate diferite
pentru paramatrii biochimici legați de activitatea antioxidantă din culturile de
fungi crescute în prezența diferitelor suspensii de nanoparticule de argint.
Activitatea catalazei în prezența AgNP@CA prezintă variații negative mici după
53
primele 7 zile, după 14 zile se observă o creștere de până la 50% ceea ce indică
adaptarea treptată a mecanismelor biosintezei catalazei pentru a descompune
excesul de peroxid de hidrogen format ca urmare a acțiunii catalitice a
argintului asupra mediului celular în ultimele 7.
Figura 4.12. Influența suspensiilor de nanoparticule de argint stabilizate
cu citrat și acid galic asupra activității superpoxiddismutazei din miceliul fungilor(normalizare la valorile martorului)
În culturile de fungi care s-au dezvoltat în prezența nanoparticulelor
de argint coloidal stabilizat cu acid galic, activitatea catalazei crește în primele
7 zile, dar la 14 zile se constată scăderea cu până la 40% - acumularea de
peroxid de hidrogen în cantitate excedentară nu mai poate fi echilibrată de
activitatea enzimei de descompunere a acestui substrat specific, stresul
oxidativ amplificat afectează -posibil - și activitatea enzimatică a moleculelor
de catalază deja biosintetizate (L. Oprică, L. Popescu și colab. 2020).
Activitatea enzimei superoxidismutază, este prezentată în Figura 4.12. În
toate cele trei cazuri diferențele dintre activitatea măsurată la 7 zile și cea 130
măsurată la 14 zile sunt mici, în timp ce și dependența de concentrația
suspensiei de nanoparticule arată, în final, diferențe destul de mici, fără
semnificație statistică (p>0,05), între valoarea corespunzătoare martorului și
cea pentru concentrația maximă luată în studiu, de 1000 µl/l. În cazul
nanoparticulelor stabilizate cu citrat (Figura 4.12.a) dependența de
54
concentrație este în mod vizibil nemonotonă, pentru concentrațiile
intermediare, spre deosebire de nanoparticulele stabilizate cu acid galic
(Figura 4.12.b,c,) unde graficul prezintă variații mici comparabile cu deviația
standard (de circa 10%), dar nu atât de mult diferite de la o concentrație la
alta.
Figura 4.13. Influența suspensiilor de nanoparticule de argint stabilizate cu citrat și acid galic asupra asupra conținutului de malondialdehidă din
celulele fungilor(normalizare la valorile martorului)
În cazul suspensiei de AgNP@CA, unde activitatea catalazei a fost
crescută în celulele fungilor de 14 zile conținutul de MDA este relativ mai mic
la 14 zile decât la 7 zile cu variații negative sau pozitive, nesemnificative de la
o concentrație la alta, având în vedere deviația standard de circa 9%. Aceasta
reflectă indirect afectarea relativ redusă a nivelului peroxidării lipidice din
membranele celulare. Pentru nanoparticulele de argint acoperite cu acid galic,
AgNP@GA-1, nivelul MDA-ului prezintă variații relativ mici, apropiate de
deviația standard, de circa 9% ce nu reflectă în mod evident legătura cu
variațiile celor două enzime antioxidante analizate (MDA și catalază). Pentru
probele de AgNP@GA-2, nivelul MDA la 14 zile este scăzut față de martor la
majoritatea concentrațiilor testate deși la fel sunt scăzute și activitatea
enzimmelor catalaza și superoxiddismutaza.
55
În ceea ce privește conținutul de proteine acesta este legat implict de
activitatea enzimelor. În cazul nanoparticulelor de AgNP@CA sinteza proteică
a fost crescută semnificativ la 7 zile față de martor dar ulterior, la 14 zile, a fost
ușor diminuată
Figura 4.14. Influența suspensiilor de nanoparticule de argint stabilizate cu citrat și acid galic asupra asupra conținutului de proteine din celulele
fungilor(normalizare la valorile martorului)
În cazul nanoparticulelor de AgNP@GA-1 și AgNP@GA-2, la 14 zile
valorile conținutului total de proteine au prezentat unele scăderi față de
valorile de la 7 zile dar mai puțin evident decât la probele fungice tratate cu
AgNP@CA (Figura 4.14.b,c). Față de proba martor valorile sunt mai mici și în
cele mai multe probe sunt variații negative semnificative (p˂0,05) pentru
AgNP@GA-1 sau sunt chiar variații nesemnificative statistic atât la 7 zile cât și
la 14 zile (p >0,05) pentru AgNP@GA-2
4.4. Concluzii
Au fost sintetizate nanoparticule de argint prin reducere chimică sau
fotochimică utlizând ca reducător și stabilizator fie citratul trisodic fie acidul
galic, evidențiindu-se proprietăți microstructurale și spectrale comparabile cu
cele raportate în literatura de specialitate.
56
Nanoparticulele coloidale acoperite cu citrat care au fost stabilizate în
suspensie după expunere la radiații UV, sunt caracterizate predominat de
diametre între 4 și 12 nm dar apar și rare particule individuale sau dimeri cu
dimensiuni de până la 45 nm.
Nanoparticulele coloidale sintetizate prin reducere cu acid galic la
temperature camerei sau la temperatură înaltă sunt caracterizate de valori
predominante ale diametrului de 12-13 nm, cu polidispersitate dar cu
dimensiuni nu mai mari de 50 nm.
pH ul, temperatura de sinteză și expunerea la radiații UV influențează
geometria particulelor, polidispersitatea dimensională și poziția maximului
benzii LSPR suspensia sintetizată prin reducere fotochimică, prezintă cea mai
mare polidispersitate și particule poligonale de câteva sute de nm.
Acțiunea nanoparticulelor de argint stabilizate cu citrat asupra unor
parametri biochimici caracterisitici procesului de fotosinteză s-a evidențiat
prin scăderea cu până la 40% a raportului conținuturilor de clorofilă a și
clorofilă b ce ar putea fi cauzate de acțiunea catalitică a ionilor de argint
eliberați după oxidare în mediu apos de la suprafața nanoparticulelor.
Impactul nanoparticulelor de argint asupra fungilor celulolitici benefici
din mediu s-a putut evidenția în principal la nivelul enzimelor antioxidante,
catalaza și superoxiddismutaza. Variațiile activității catalazei sunt cele mai clar
evidențiate decât ale superoxiddismutazei, dar răspunsurile la cele trei tipuri
de nanoparticule sunt diferite.
Din aceste rezultate s-au redactat două lucrări destinate publicării în
reviste/volume de conferință recunoscute în sistemul Web of Science.
57
Capitolul 5: Studiul efectului radiațiilor ionizante asupra unor
componente abiotice și biotice din apele reziduale de plută:
caracterizarea fizico-chimică și toxicitatea
5.1. Obiectivele studiului
Scopul experimentului prezentat în continure a fost (i) studierea
caracteristicilor fizico-chimice și a conținutului Total de Compuși Fenolici (ii) a
toxicității apei uzate de plută precum și influența tratamentului cu radiații
gama asupra acestor parametri. Două metode diferite de evaluare a toxicității
au fost aplicate pentru a prezice comportamentul diferitelor specii de
microorganisme. Speciile bacteriene Pseudomonas fluorescens și Bacillus
subtilis au fost studiate prin aplicarea testului de inhibare a creșterii.
5.2. Materiale și metode
5.2.1. Materiale utilizate: reactivi chimici și tulpini bacteriene
S-a lucrat pe eșantioanele de ape uzate de plută reale (volume de 5 l)
colectate din rezervoarele de fierbere a scândurilor de plută din cadrul
Centrului Industial de Producție și Prelucrare AMORIM Industrial Solutions
situat în Coruche, Portugalia.
Pentru testul de toxicitate s-au utilizat tulpinile bacteriene din
colecțiile standard din SUA și anume Pseudomonas fluorescens ATCC® 13525
™ și Bacillus subtilis ATCC 6633, în timp ce mediul de cultură a fost Triptonă de
Soia Agarizată (TSB), de la Oxoid (Basingstoke, Marea Britanie).
58
5.2.2. Iradierea eșantioanelor de apă
Experimentele de iradiere au fost efectuate într-un iradiator Co-60
(model Precisa 22, Graviner Lda, Marea Britanie, 1971) din cadrul Institutului
de Radiații Ionizante (IRIS) de la Centrului de Științe și Tehnologii Nucleare
(C^2TN) al Universității Lisabona. Acesta funcționează cu patru surse de cobalt-
60, având o activitate totală de 140 TBq, 3,77 kCi –(conform etalonării din mai
2015). Toate iradierile au fost efectuate la debitul de doză de 1,6 kGy/h.
Probele de apă uzată de plută au fost plasate în butelii de sticlă (câte 200 ml,
în trei replici) și iradiate la 20, 50 și 100 kGy, într-un sistem automat de rotație
pentru a garanta uniformitatea iradierii. Dozele absorbite au fost măsurate cu
dozimetre de rutină (Whittaker and Watts, 2001). Rata dozei locale a fost
determinată anterior prin metoda Fricke (ASTM, 1992).
5.2.3. Caracterizarea fizico-chimică a probelor de ape uzate de plută
Valorile pH-ului au fost măsurate cu ajutorul unui dispozitiv
potențiometric (Radiometru, model PHM210) calibrat anterior cu soluții
tampon de pH.
Conținutul Total de Fenoli (TP)
Determinarea conținutului total de compuși fenolici (TP) existent într-
un volum de apă uzată din plută –sau determinarea capacității antioxidante, a
fost efectuată prin metoda Folin-Ciocalteau (Singleton și colab., 1998).
Consumul Chimic de Oxigen (COD)
Testul COD este frecvent utilizat pentru a măsura indirect cantitatea
de compuși organici din apele uzate. Parametrul COD a fost determinat prin
59
metoda titrimetrică în conformitate cu metodele standard de examinare a apei
și a apelor uzate (APHA, AWWA, WPCF, 1999).
Consumul Biochimic de Oxigen (BOD)
Testul BOD a apelor uzate se referă la cantitatea de oxigen dizolvat
consumată prin descompunerea materiei organice într-un proces biochimic și
este utilizat pe scară largă ca indicator al calității organice a apei și a fost
determinat prin metoda 5210 B (Aqualytic BOD-OxiDirect) metodă standard
de examinare a calității apei și a apelor uzate (APHA, AWWA, WPCF, 1999).
Totalul Solidelor în Suspensie (TSS)
Solidele suspendate totale (TSS) reprezintă un parametru al calității
apei, care măsoară particulele solide din apă prin filtrare. TSS s-a determinat
utilizând metoda 2540 B din standardele pentru examinarea apei și a apelor
uzate (APHA, AWWA, WPCF, 1999).
5.2.4.Toxicitatea probelor de ape uzate de plută
Probele de ape uzate de plută au fost sterilizate prin filtrare și au fost
preparate diferite diluții (100%, 50%, 10% și 1% din apele reziduale de plută)
pentru a studia efectul concentrației asupra creşterii celulare a bacteriilor
Pseudomonas fluorescens și Bacillus subtilis.
Scopul testului de inhibare a fost de a verifica:
a) dacă compușii prezenți în apele uzate de plută sunt toxici pentru creșterea
(multiplicarea) microorganismelor Pseudomonas fluorescens (Gram-
pozitive) și Bacillus subtilis (bacterii Gram-pozitive)
b) efectul radiațiilor gamma asupra toxicității probelor de apă de plută prin
testarea viabilității microbiene sub impactul acestor probe de apă iradiată.
60
Testele au fost realizate în trei replici, în trei experimente independente, cu
trei controale: (i) microorganisme netratate crescute în mediu de cultură; (ii)
probe de mediu de cultură fără microorganisme; și (iii) mediu de cultură
neinoculat.
5.3.Rezultate și discuții
5.3.1.Caracterizarea fizico-chimică a probelor de ape uzate de plută
Principalele caracteristici ale acestor ape uzate au fost pH-ul scăzut,
valoarea ridicată a COD (de la 2900 la 3400 mgO2/L) și biodegradabilitatea
scăzută - exprimată de scăderea valorilor BOD (de la circa 390 la aproximativ
50 mgO2/l), ceea ce poate fi explicat prin prezența compușilor non-
biodegradabili.
În ceea ce privește concentrația totală de fenoli (TP), rezultatele
observate sunt în acord cu cele raportate de alți autori (Dias-Machado și colab.,
2006; Gomes și colab., 2013; Lima și colab., 2016) indicând o concentrație
mare de compuși fenolici în acest tip de ape uzate.
În ceea ce privește efectele iradierii asupra parametrilor fizico-chimici
ai apelor uzate de plută, s-a raportat o reducere semnificativă atât a
parametrului BOD cât și a Totalului Solidelor în Suspensie (TSS), după iradierea
cu doze de 100 kGy. Aceste efecte ar putea reprezenta o scădere a conținutului
de materie organică și o creștere a speciilor chimice solubile în probele
studiate. Variațiile COD cu doza de radiații nu au fost semnificative, acest lucru
indicând faptul ca radiațiile ionizante nu au efect major asupra cantității de
materie organică oxidată.
61
S-a observat, de asemenea, o creștere seminificativă a conținutului
total de fenoli odată cu administrarea dozelor de radiații. Acest efect ar putea
fi atribuit degradării radiolitice a moleculelor fenolice mari în fragmente mai
mici.
5.3.2.Rezultatele studiului toxicității
Au fost studiate probe de soluții diluate de ape uzate de plută.
Pentru concentrații mai mici de ape uzate de plută (1% și 10% (v/v)),
nu a fost observat niciun efect toxic pentru celulele microbiene testate –lăsate
să se dividă în prezența acestor eșantioane de apă uzată. Din acest motiv, sunt
prezentate doar rezultate pentru eșantionul de apă de plută nediluat (100%
apă uzată).
Testul de inhibare a creșterii
Rezultatele obținute indică faptul că probele de ape uzate de plută au
fost non-toxice pentru ambele bacterii studiate. În comparație cu controlul (în
lipsa apelor uzate), variațiile observate nu au avut semnificație statistică
pentru eșantioanele neiradiate, acest lucru sugerând că probele de apă de
plută nu au avut nicio influență asupra dezvoltării și viabilității celulare.
În cazul tratamentului cu radiații gama, a fost detectată o scădere
semnificativă (semnificația statistică la pragul p <0,05) a creșterii
microorganismelor P. fluorescens și B. subtilis sub influența probelor de apă de
plută iradiate la 100 kGy, ceea ce indică un efect toxic. P. fluorescens pare să
fie mai sensibil la apele uzate tratate cu radiații gama decât B. subtilis.
62
Figura 5.7. Testul de creștere celulară pentru Pseudomonas fluorescens și
Bacillus subtilis în prezența apelor uzate de plută neiradiate și iradiate la mai multe doze de radiații gama. Fiecare grafic de bare s-a reprezintat media și
95% interval de încredere corespunzător la trei experimente separate
Aceste rezultate sugerează că produsele radiolitice formate în apele
de plută tratate cu doze mai mari ar putea fi mai toxice pentru P. fluorescens
și/sau B. subtilis decât cele inițiale, netratate cu radiații.
5.4. Concluzii
S-a demonstrat faptul că compușii prezenți în apele uzate de plută
sunt non-toxici pentru celulele procariote, bacterii Gram negative sau Gram
pozitive (Pseudomonas fluorescens și Bacillus subtilis).
Este important de menționat că nivelul estimat al toxicității apelor
uzate depinde de cel puțin doi factori: organismele luate în studiu și
particularitățile din unitățile de producție din industria plutei, deoarece
componentele apelor uzate variază în funcție de locațiile de recoltare.
63
Utilizarea radiațiilor gama în doze de 100 kGy a dus la creșterea
toxicității apelor reziduale de plută iradiate pentru toate celulele testate. Acest
lucru ar putea sugera că produsele radiolitice ale apelor uzate de plută pot fi
mai toxice decât cele parentale (inițiale) și identificarea lor continuă ar putea
aduce o gamă largă de informații la studiile de toxicitate (acute și cronice) ale
acestui tip de probe complexe.
Mai mult decât atât, rezultatele au relevat faptul că potențialul
antioxidant al compușilor efluenți a crescut.
Aceste rezultate au fost publicate în revista cotată în sistemul Web of
Science, Chemosphere 169, 139-145, 2017.
64
Concluzii generale
A fost evidențiat impactul asupra fotosintezei a nanoparticulelor din
oxizi micști de fier și cobalt - spre deosebire de cele mai multe studii din
literatură unde s-a testat nanotoxicitatea pe plante a nanoparticulelor
magnetice constituite numai din oxizi ai fierului. Studiile experimentale fiind
efectuate asupra plantulelor tinere din specii de larg interes agroindustrial –
Zea mays L. (porumbul) și Helianthus annuus L. (floarea soarelui).
S-a arătat că interacțiunea nanoparticulelor magnetice cu miezul din
oxizi de fier (magnetită) și învelișul din acid galic duce la variația pozitivă a
raportului conținuturilor de clorofile din plantule de Helianthus annuus L., care
poate fi corelată atât cu acoperirea relativ mai compactă realizată cu
moleculele de acid galic față de ionii de citrat cât și cu sensibilitatea diferită a
speciilor de plante la impactul nanoparticulelor magnetice. Deasemenea,
modul de administrare a suspensiilor diluate de nanoparticule ce conduce la
rezultate coerente și predicitibile statistic, este cel bazat pe volume de
suspensie ajustabile după necesitățile plantulelor și nu cu volume fixe –
aceasta fiind o abordare originală pe care nu am întâlnit-o deloc în literatura
cercetată pentru documentare.
Studiul interacțiunii nanoparticulelor magnetice silanizate și
nesilanizate precum și al magnetitei comparativ cu magnetita dopată, cu apele
poluate cu fenol au dus la următoarele concluzii promițătoare. Astfel, în cazul
nanoparticulelor de magnetită dopate cu cobalt și cu suprafața nemodificată
chimic s-a evidențiat că la creșterea nivelului de dopare cu cobalt scade
eficiența epurării fenolului din probele de apă uzată (care era de 100% pentru
magnetita pură), fie datorită defectelor provoacate asupra structurii
65
cristalinine, fie creșterea dimensiunilor nanoparticulelor ceea ce poate fi în
defavoarea acțiunii catalitice de descompunere a fenolului. Totodată
acoperirea cu citrat și silanizate duce la scăderea eficienței adsorbției fenolului,
posibil datorată creșterii dimensiunilor și deci scăderea suprafaței lor totale de
adsorbție.
Studiile interacțiunii nanoparticulelor cu miez de magnetită stabilizate
cu acid galic asupra unui apei reziduale cu încărcătură de albastru de metilen,
a avut ca principal rezultat evidențierea reducerii cu 100% a concentrației de
colorant.
Testele nanotoxicității argintului obtinut prin diverse metode de
sinteză (chimice și fotochimice) și utilizând două tipuri de agenți reducători
(acid galic si citrat) asupra plantulelor tinere de Zea mays și asupra fungilor
benefici din mediu a dus la rezulate ramarcabile. Impactul asupra plantulelor
de porumb al argintului redus fotochimic cu citrat este remarcabil chiar și
pentru suspensia de nanoparticule de argint diluată 1 la 100 – constând în
scăderea cu câteva zeci de procente a raportului conținuturilor de pigmenți
clorofilieni ceea ce denotă afectarea puternică a sistemelor fotosintetizatoare
din cloroplastele plantelor. Studierea comparativă a influenței
nanoparticulelor de argint sinetizate prin reducere cu citrat și respectiv cu acid
galic asupra fungilor celulolitici a evidențiat impactul mai puternic al
nanoparticulelor de argint reduse cu acid galic decât al nanoparticulelor reduse
și stabilizate cu citrat - asupra enzimelor antioxidante.
Au fost prezentate rezultate originale demonstrând acțiunea
radiațiilor ionizante asupra unor parametri fizico-chimici ai apelor uzate reale
din industria plutei și răspunsul la astfel de eșantioane de apă iradiate al unor
66
microorganisme procariote benefice dar și dintre cele mai rezistente din mediu
– Pseudomonas fluorescens L. și Bacillus subtilis L.
Experimentele derulate au caracter de originalitate urmărind influența
iradierii apelor de plută asupra conținutului de produși fenolici - care prezintă
o creștere liniară simultan cu scăderea totalului particulelor solide suspendate
și a indicelui de biodegradabilitate. S-a demonstrat că iradierea apelor de plută
duce la scăderea multiplicării celulare a microorganismelor de tipul bacteriilor
din mediu considerate dintre cele mai rezistente la acțiunea factorilor fizico-
chimici.
67
Bibliografie selectivă
1. R. Massart, Preparation of aqueous magnetic liquids in alkaline and acidic
media. IEEE Trans. Magn. 17, 1247–1248, 1981.
2. C. Moroșanu, L Popescu, L., Săcărescu, D. O., Dorohoi, L. A Oprică, D.
Creangă, Quantum-chemical simulation and experimental study of some
magnetic nanoparticles stabilized in fluid suspensions by using organic
coating, Mol. Cryst. Liq. Cryst., 698, 1, 38-45, 2020.
3. L. Popescu, D. Buzatu, M. Bălășoiu, C. Stan, B. S. Vasile, L. Săcărescu, D.
Creangă,1, O. Ivankov, D. Soloviov, A.-M. Bălășoiu-Gaina, Study on ageing
of cobalt ferrite nanoparticles and their fate in the environment, Rom. J.
Phys., 64, 818, 2019.
4. M. Răcuciu, D. Creangă, Magnetite/tartaric acid nanosystems for
experimental study of bioeffects on Zea mays growth, Rom. J. Phys., 62,
804, 2017.
5. E. Pușcașu, L. Săcărescu, L. Popescu-Lipan, V. Nica, M. Grigoraș, A.
Domocoș, N. Lupu, D. Creangă, Study on the effect of some surface
phenomena on the properties of citrate capped cobalt doped ferrites,
Appl. Surf. Sci., 483, 1182-1191, 2019.
6. E. Illés, M. Szekeres, E. Kupcsik, I.Y. Tóth, K. Farkas, PEGylation of surfacted
magnetite core-shell nanoparticles for biomedical application, Coll. Surf.
A, 460, 429-440, 2014.
7. S. Mornet, S. Vasseur, F. Grasset, E. Duguet, Magnetic nanoparticle design
for medical diagnosis and therapy, J. Mater. Chem., 14, 2161-2175. 2004.
8. H. K. Lichtenthaler, A. R. Wellburn, Determinations of total carotenoids
and chlorophylls a and b of leaf extracts in different solvents, Biochem Soc.
Trans., 11, 5, 591-592, 1983
9. American Public Health Association (APHA), American Water Works
Association (AWWA), Water Pollution Control Federation (WPCF), 1999.
Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 20th
edition. Washington DC.
68
Lista articolelor și comunicărilor științifice
Articole publicate în reviste cu factor de impact în sistemul Web of Science
1. S. Cabo Verde, J. Madureira, A. Pimenta, L. Popescu, A. Beșleagă, M. Dias,
P. Santos, R. Melo, I.C. Ferreira, F. Margaça, Effects of gamma radiation on
cork wastewater: antioxidant activity and toxicity, Chemosphere 169, 139-
145, 2017. (IF = 4,73; AIS = 0.910)
2. L. Popescu, D. Buzatu, M. Bălășoiu, C. Stan, B. S. Vasile, L. Săcărescu, D.
Creangă, O. Ivankov, D. Soloviov, A.-M. Bălășoiu-Găină, Study on ageing of
cobalt ferrite nanoparticles and their fate in the environment, Romanian
Journal of Physics, 64, 818, 2019. (IF=1,197; AIS = 0,170)
3. E. Pușcașu, L. Săcărescu, L. Popescu-Lipan, V. Nica, M. Grigoraș, A.
Domocoș, N. Lupu, D. Creangă, Study on the effect of some surface
phenomena on the properties of citrate capped cobalt doped ferrites,
Applied Surface Science, 483, 1182-1191, 2019. (IF=6,182; AIS = 0,772)
(autor corespondent)
4. L. Popescu, D. Creangă, L. Săcărescu, M. Grigoraș, N. Lupu, Magnetic
nanoparticles for methylene blue dye removal from wastewater, U.P.B.
Scientific Bulletin, Series A, 81, 3, 2019. (IF=0,5; AIS = 0,086)
5. C. Moroșanu, L. Popescu, L. Săcărescu, D. Dorohoi, L. Oprică, D. Creangă,
Quantum-chemical simulation and experimental study of some magnetic
nanoparticles stabilized in fluid suspensions by using organic coating,
Molecular Crystals and Liquid Crystals,698,1,38-45,2020.
(IF=0,512; AIS = 0,068)
6. L. Oprică, M. Andrieș, L. Săcărescu, L. Popescu, D. Pricop, D. Creangă, M.
Bălășoiu, Citrate-silver nanoparticles and their impact on some
environmental beneficial fungi, Saudi Journal of Biological Sciences, 27,
12, 3365-3375, 2020. (IF= 2,802; AIS = 0,536)
7. D. Băbușcă, L. Popescu, L. Săcărescu, D. Dorohoi, D. Creangă, L. Oprică,
Two phase photochemical synthesis of silver nanoparticles and their
impact on the chlorophylls, Molecular Crystals and Liquid Crystals, 698, 1,
56-64, 2020. (IF=0,512; AIS = 0,068)
69
8. L. Oprică, G. Vochița, L. Popescu-Lipan, I. Motrescu, D. Creangă, New silver
nanoparticles and their biological impact on the environment, Saudi
Journal of Biological Sciences, în curs de publicare (IF= 2,802; AIS = 0,536)
9. L. Popescu-Lipan, D. Creangă, L. Oprică, M. Bălășoiu, Magnetic
Nanoparticles coated with gallic acid and their impact on young plantlets,
Revista de Chimie, în curs de publicare (AIS=0,064)
Articole publicate în volume de conferință indexate Web of Science
1. L. Popescu, G. Ababei, D. Babușcă, D. Creangă, C. A. Benchea, N. Lupu, L.
Oprică, Spectral investigation of surface plasmon resonance bands of silver
nanoparticles capped with gallic acid; International Conference on
Nanotechnologies and Biomedical Engineering ICNBME 2019: 4th
International Conference on Nanotechnologies and Biomedical
Engineering; Part of the IFMBE Proceedings book series (IFMBE, volume
77), 305-309, 2019.
2. L. Popescu, L. Săcărescu, M. Grigoraș, C. Moroșanu, D. Creangă, D.
Dorohoi, C. Stan, Silanized citric acid capped magnetic nanoparticles and
influence on chlorophylls, International Conference on Nanotechnologies
and Biomedical Engineering ICNBME 2019: 4th International Conference
on Nanotechnologies and Biomedical Engineering; Part of the IFMBE
Proceedings book series (IFMBE, volume 77), 237-241, 2019.
Articole publicate în reviste neindexate Web of Science
1. L. Popescu, D. Creangă, Student Training in Mathematical Modeling of
Radiolysis Products, The scientific-practical conference with international
participations - The use of modern education and international
technologies for the training of professional competencies of the student
in higher education institutes, Part of the Proceedings book series, (volume
1), 201-207, 2018.
2. L. Popescu, D. Sorohan, V. Botnarenko, D. Creangă, Student contribution
to the study of molecular coating shell for magnetic nanoparticles
synthesized in our laboratory, The scientific-practical conference with
70
international participations - The use of modern education and
international technologies for the training of professional competencies of
the student in higher education institutes, Part of the Proceedings book
series, (volume 1), 208-2011, 2018.
3. A. Fânaru, L. Popescu, L. Oprică, D. Creangă, Synthesis of silver suspensions
for various applications - laboratory lessons for master students in
multidisciplinary master programs in life sciences, Revista Ştiintifică V.
Adamachi, 2019.
4. C. Moroșanu, L. Popescu-Lipan, L. Săcărescu, A. Fânaru, D. Creangă,
Theoretical modeling and experimental study of sodium oleate properties
for wastewater cleaning with magnetic nanoparticles stabilized with
oleate, International Conference on Efficient Production and Processing
(ICEPP-2021), Part of Proceedings book series E3S Web of Conferences
247, 01025, 2021.
5. L. Popescu, S. Aprofirei, Antoine Henri Becquerel-Descoperitorul
radioactivității naturale, Rev. Fiz. Med, 2,1 5-8, 2014. Indexată în DRJI
Directory of Research Journal Indexing
6. L. Popescu, D. Creangă, Wilhelm Conrad Röntgen - descoperitorul razelor
X , Rev. Fiz. Med,2, 2, 8-12, 2014. Indexată în DRJI Directory of Research
Journal Indexing
7. L. Popescu, B. Peptine, D. Creangă, Mathematical modeling of electronic
transitions of drug compounds able to influence central neural system –
practical applicative lesson for master students, Revista Ştiintifică
V.Adamachi, XXIV, 1-4, 24-27, 2015.
8. L. Popescu, A. Beșleagă, Experiența ERASMUS+ în Lisabona, Rev. Fiz. Med,
3, 1, 43-46, 2015 Indexată în DRJI Directory of Research Journal Indexing
9. L. Popescu, The identification and characterization of the microorganisms
presented in the cork wastewater, Rev. Fiz. Med, Decembrie, 4, 4, 7-15,
2016. Indexată în DRJI Directory of Research Journal Indexing
10. C. Moroșanu, L. Popescu, Nanoparticule magnetice pentru aplicații
biomedicale, Rev. Fiz. Med., 7,1, 2019, 28-37 Indexată în DRJI Directory of
Research Journal Indexing
71
11. D. Băbușcă, D. Sorohan, L. Popescu, Nanoparticulele de aur și utilizările
biomedicale, Rev. Fiz. Med, 7, 2, 7-12, 2019, Indexată în DRJI Directory of
Research Journal Indexing
12. A. Fânaru, L. Popescu, D. Creangă, Water cleaning with magnetic
nanoparticles, Rev. Fiz. Med., 7, 2, 2019, 13-19, Indexată în DRJI Directory
of Research Journal Indexing
13. L. Popescu, E. Pușcașu, Interviu cu un fizician medical, Revista de Fizică
Medicală, 8,1,16-26, Indexată în DRJI Directory of Research Journal
Indexing
Participări la conferinţe internaţionale – prezentari orale
1. L. Popescu, M. Andrieș, L. Săcărescu, M. Grigoraș, N. Lupu, D. Creangă,
Cobalt ferrite magnetic nanoparticles with application in the life
sciences,16th International Conference on Global Research and Education
Inter-Academia, September 2017, Iasi, Romania (Special Poster Session for
iA Young Researchers - iAY);
2. L. Popescu, D. Creangă, Student training in mathematical modeling of
radiolysis products, The scientific-practical conference with international
participations - The use of modern education and international
technologies for the training of professional competencies of the student
in higher education institutes, Part of the Proceedings book series,
Decembrie 2018, Bălți, Republica Moldova.
3. L. Popescu, D. Sorohan, V. Botnarenko, D. Creangă, Student contribution
to the study of molecular coating shell for magnetic nanoparticles
synthesized in our laboratory, The scientific-practical conference with
international participations - The use of modern education and
international technologies for the training of professional competencies of
the student in higher education institutes, Part of the Proceedings book
series, Decembrie 2018, Bălți, Republica Moldova.
4. D. Creangă, M. Răcuciu, E. Pușcasu, L. Popescu, F. Iacomi, M. Bălășoiu,
Magnetic nanoparticles for applications in life sciences yielded by different
72
methods, 12th International Conference on Physics of Advanced Materials
(ICPAM-12), Septembrie 2018, Heraklion, Greece.
5. L. Popescu, L. Săcărescu, M. Grigoraș, N. Lupu, D. Creangă, Study on the
role of the organic molecules capping doped ferrite nanocores related to
the interaction with surrounding aqueous medium for reducing
environmental nanotoxicity, 12th International Conference on Physics of
Advanced Materials (ICPAM-12), Septembrie 2018, Heraklion, Greece.
https://mail.uaic.ro/~icpam/index.php
6. C. Moroșanu, L. Popescu-Lipan, L. Săcărescu, A. Fânaru, D. Creangă,
Theoretical modeling and experimental study of sodium oleate properties
for wastewater cleaning with magnetic nanoparticles stabilized with
oleate, International Conference on Efficient Production and Processing
(ICEPP-2021), Februarie 2021, Conferință Online.
Participări la conferinţe internaţionale – poster
1. J. Madureira, A.I. Pimenta, J. Ribeiro, L. Popescu, A. Beșleagă, R. Melo,
P.M.P. Santos, A.N. Falcão, S. Cabo Verde, F.M.A. Margaça Effects of
gamma radiation on cork wastewater toxicity, Congress of Microbiology
and Biotechnology, December10-12, 2015, Évora, Portugal.
2. A.I. Pimenta, J. Madureira, J. Ribeiro, L. Popescu, A. Beșleagă, R. Melo,
P.M.P. Santos, A.N. Falcão, S. Cabo Verde, F.M.A. Margaça Evaluation of
gamma radiation effects on cork wastewater toxicity, European Chemical
Sciences (EuCheMS), WP on Green and Sustainable Chemistry, Octomber,
2015, Lisboa, Portugal
3. L. Popescu, M. Andrieș, L. Săcărescu, M. Grigoraș, N. Lupu, D. Creangă,
Synthesis and characterization of magnetic nanoparticles as catalysts for
the removal of wastewater pollutants, 20th Romanian International
Conference on Chemistry and Chemical Engineering (RICCE20)
Septembrie, 2017, Poiana Brașov, România.
4. M. Andrieș, L. Popescu, L. Oprică, L. Săcărescu, D. Creangă, Study on the
interface phenomena of citrate/Ag colloidal nanosystems with some
microorganisms, 20th Romanian International Conference on Chemistry
73
and Chemical Engineering (RICCE20) Septembrie, 2017, Poiana Brașov,
România.
5. D. Creangă, L. Oprică, M. Andrieș, L. Popescu, E. Pușcașu, L. Săcărescu, M.
Grigoraș, N. Lupu, M. Bălășoiu, Some contributions to the study of metallic
nanoparticles for applications in life sciences, MISM (Moscow
International Symposium on Magnetism), July 2017, Moscow, Russia.
6. D. Buzatu, A. Moldovan, M. Bălășoiu, M. Andrieș, L. Popescu, C. Stan, AFM
and MFM study of cobalt ferrite nanoparticles dispersed in stable
suspensions with different capping agents, IBWAP (17th International
Balkan Workshop on Applied Physics and Materials Science), July 2017,
Constanța, România
7. L. Oprică, L. Popescu, M. Bălășoiu, A. Kuklin, D. Creangă, Silver
nanoparticles synthesized by green chemistry method and their bioimpact
on environmental microorganisms, International Conference on Analytical
and Nanoanalytical Methods for Biomedical and Environmental Sciences-
IC-ANMBES, May 2018, Brașov, România.
8. L. Popescu, L. Săcărescu, M. Grigoraș, N. Lupu, D. Creangă, The magnetic
contamination of Fe3O4@GA against some biotic components of the
environment, International Conference on Analytical and Nanoanalytical
Methods for Biomedical and Environmental Sciences- IC-ANMBES, Mai
2018, Brașov, România.
9. L.Popescu, D. Creangă, L. Săcarescu, M. Grigoraș, N. Lupu, Magnetic
catalysts for phenol compound and methylene blue dye removal from
wastewaters, International Colloquium Physics of Materials - PM-6,
November 2018, București, România.
10. A. Poiată, L. Popescu, D. Creangă, C. Marin, C. Stan, Microorganism
response to magnetic nanoparticle pollution, International Colloquium
‘Physics of Materials’ - PM-6, November 2018, București, România.
11. L. Popescu, D. Creangă, M. Grigoraș, L. Săcărescu, N. Lupu, M. Bălășoiu,
Magnetic nanoparticles for wastewater cleaning, 12th International
Conference on Physics of Advanced Materials (ICPAM-12), September
2018, Heraklion, Greece.
74
12. L. Popescu-Lipan, A., Domocoș, M., Ababei, G., Brinză, F., Creangă, D.,
Balasoiu, M., Antioxidant molecule useful in the stabilization of
nanoparticles in water suspension, CMSMS 21, April, 2021, Timișoara,
România, poster
Participări la conferinţe naţionale – prezentări orale
1. L. Popescu, M. Andrieș, D. Creangă, Studiul nanoparticulelor magnetice cu
aplicații biomdeicale, A XIV-a Conferința Națională de Fizică Medicală,
Noiembrie 2016, Oradea, România,
2. L. Popescu, M. Andrieș, D. Creangă, Programul ERASMUS și Fizică Medicală
la Iași, A XIV-a Conferința Națională de Fizică Medicală, Noiembrie 2016,
Oradea, România.
3. A. Fânaru, L. Popescu, L. Oprică, D. Creangă, Synthesis of silver suspensions
for various applications - laboratory lessons for master students in
multidisciplinary master programs in life sciences, Conferinţa Naţională
Fizică şi Tehnologiile Educaţionale Moderne (FTEM), Mai 2019, Iași,
România.
4. A. Fânaru, L. Popescu, L. Oprică, D. Creangă, Nanoparticule Magnetice
pentru epurarea apelor poluate cu coloranți, FARPHYS - Sesiune de
comunicări ştiinţifice studenţeşti, Octombrie 2019, Iași, România.
Participări conferinţe naţionale – poster
1. L. Popescu, B. Peptine, D. Creangă, Mathematical modeling of electronic
transitions of drug compounds able to influence central neural system –
practical applicative lesson for master students, Conferinţa Naţională
Fizica şi Tehnologiile Educaţionale Moderne (FTEM), Mai 2015, Iași,
România.
2. L. Popescu, A. Beșleagă, Study of gamma radiation effects on the toxicity
of cork wastewater, FARPHYS - Sesiune de comunicări ştiinţifice
studenţeşti, Octombrie 2015, Iași, România.
75
3. L. Popescu, The gamma radiation effects on phenolic componds from cork
wastewater, Conferinţa Naţională Fizica şi Tehnologiile Educaţionale
Moderne (FTEM), Mai 2016, Iași, România.
4. M. Munteanu, M. Andrieș, L. Popescu, I. Jelihovschi, R. Ursu, D. Creangă,
Nanoparticule de argint cu aplicabilitate în științele vieții, Conferinţa
Naţională Fizica şi Tehnologiile Educaţionale Moderne (FTEM), Mai 2017,
Iași, România.
5. D. Sorohan, L. Popescu, M. Andrieș, D. Pricop, D. Creangă, Laboratory
lesson for master students with focus on GNP systems and applications in
life sciences, Conferinţa Naţională Fizica şi Tehnologiile Educaţionale
Moderne (FTEM), Mai 2017, Iași, România.
6. L. Popescu, J. Madureira, S. Cabo Verde, A.Pimenta, Investigation of the
action of ionizing radiation on specific parameters regarding the
biocompatibility of cork waste waters, in order to improve their quality, A
XV-a Conferința Națională de Fizică Medicală, Noiembrie 2017, Iași,
România.
7. M. Munteanu, M. Andrieș, L. Popescu, D. Creangă, I. Jelihovschi, R. Ursu,
Silver Nanoparticles With Application In Life Science, Conferinţa Naţională
Fizica şi Tehnologiile Educaţionale Moderne (FTEM), Mai 2017, Iași,
România.
8. M. Andrieș, D. Sorohan, L. Popescu, D. Creangă, Laboratory lesson for
master students with focus on GNP system and applications in life sciences,
Conferinţa Naţională Fizica şi Tehnologiile Educaţionale Moderne (FTEM),
Mai 2017, Iași, România.
Participări schimburi de experienţă:
Voluntar în cadrul proiectului "Noaptea cercetătorilor" (2015)
Mobilitate de practică la Instituto Superior Tecnico, Portugalia,
Lisabona în cadrul programului ERASMUS + 2014 – 2015, 15 iunie – 15
septembrie 2015.
