Estudio computacional y experimental de las propiedades magnéticas de nanopartículas funcionalizadas y sus propiedades ecotoxicológicas en Daphnia magna

Abstract

Estudia el comportamiento magnético de sistemas de cobalto y gadolinio puros y sistemas bimagnéticos tipo core-shell de ambos metales como antecedente para un subsecuente análisis de un nanocompuesto ferromagnético ternario, sirviendo como base para realizar, finalmente, un estudio toxicológico de este empleando como biomarcador acuático la especie de crustáceo Daphnia magna con miras para su uso en nanorremediación de aguas reales contaminadas con arsénico. Posteriormente, se empleó el método de Landau-Lifshitz-Gilbert para investigar el comportamiento de las curvas de histéresis de nanopartículas core-shell Co@Gd de 2 y 4 nm con valores positivos, negativos y nulos de intercambio interfacial magnético. Se demostró que la temperatura crítica del nanosistema bimagnético depende del tamaño del núcleo de Co. Además, para valores negativos de intercambio interfacial, el campo coercitivo aumenta, evidenciando la presencia de comportamiento tipo intercambio de resorte. Finalmente, se investigaron las propiedades magnéticas a partir del análisis de magnetometría de muestra vibrante de corriente directa de un nanocompuesto ternario hecho de maghemita, dióxido de titanio fase anatasa y óxido de grafeno para luego estudiar sus propiedades ecotoxicológicas en el crustáceo D. magna como modelo biológico para una posible nanorremediación de aguas contaminadas con arsénico. Se empleó la forma modificada de la ley de Kneller para obtener la dependencia térmica de la coercitividad, así como la aproximación para campos altos de la ley de saturación para obtener la dependencia térmica de la magnetización de saturación y de la constante de anisotropía magnética efectiva. Se empleó también la forma modificada Bloch, debido a que la muestra presenta un desorden magnético superficial que imposibilita alcanzar el estado de saturación completa. La fracción de desorden superficial magnético hallada fue de 11%, sugiriendo un bajo nivel de desorden superficial. El valor hallado del exponente de Bloch fue de 3/2, indicando un comportamiento de tipo bulk. Se reportó un valor de integral de intercambio igual a 949 meV Å 2 y un valor de rigidez de onda de espín igual a 2.7 meV. El valor encontrado de la magnetización de saturación a 300 K fue de 47.5 emu g−1. El estudio de nanotoxicidad aguda fue realizado en neonatos de D. magna de menos de 24 horas de nacidos. Se investigaron los efectos postexposición luego de 2 semanas, al alcanzar los individuos la madurez sexual, momento en el que nació la siguiente generación. El valor de la concentración letal media (LC50) fue de 0.55 mgmL−1. Se observó una dependencia dosimétrica de la tasa reproductiva. El análisis de cambios morfológicos mostró una leve toxicidad con pequeñas diferencias significativas entre el grupo de control y los grupos expuestos.