A espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X (XPS) é uma técnica de análise química superficial de camadas finas (1-10 nm) que foi usada para identificar os grupos funcionais da superfície dos nanofilmes. A Figura 5.15 apresenta os espectros normalizados de XPS das bandas de nitrogênio (N1s) dos nanofilmes de HA/CHI construídos em diferentes condições de pH e FI.
Figura 5.15 Espectros normalizados de XPS das bandas de N1s dos nanofilmes de HA/CHI construídos com 10 bicamadas e diferentes condições de pH e FI: 3pH, 3pH/0,1FI, 5pH e 5pH/0,1FI. As linhas contínuas correspondem às gaussianas das deconvoluções
Observa-se na Figura 5.15 que o sinal de N1s pode ser decomposto em dois picos distintos em aproximadamente 399 e 401 eV, relacionados aos grupos amino (NH2) e amino protonados (NH3+) da CHI, respectivamente (Lawrie et al., 2007; Almodovar et al., 2011). Para efeito comparativo, as percentagens relativas destes picos foram determinadas através da deconvolução dos espectros dos nanofilmes, as quais estão apresentadas na Tabela 5.6.
3pH 3pH/0,1FI
5pH/0,1FI 5pH
Tabela 5.6 Percentagens relativas e energia de ligação (El) dos grupos funcionais de nitrogênio dos nanofilmes construídos com 10 bicamadas e diferentes condições de pH e FI Nitrogênio
(N1s)
3pH 3pH/0,1FI 5pH 5pH/0,1FI
El (eV) % El (eV) % El (eV) % El (eV) %
NH2 399,5 76,11 399,1 84,90 399,4 89,70 399,5 91,85
NH3+ 401,7 23,88 401,2 15,10 401,5 10,30 401,8 8,15
Nota-se que nanofilmes construídos em pH 3 sem e com sal apresentaram maior disponibilidade de grupos amino protonados (NH3+) com aproximadamente 24% e 15%, respectivamente, e nanofilmes construído em pH 5 sem e com sal apresentaram menor disponibilidade, com 10,30% e 8,15%, respectivamente. Isto é devido à ionização parcial das cadeias de HA em pH mais ácido, resultando em uma atração menor entre as camadas de HA/CHI e consequentemente na maior disponibilidade de grupos amino livres na superfície. Por outro lado, nanofilmes construídos em pH 5 apresentaram menor disponibilidade de grupos amino devido a forte interação entre as cadeias altamente ionização dos polieletrólitos.
A Figura 5.16 apresenta os espectros normalizados de XPS dos picos de carbono (C1s) dos nanofilmes de HA/CHI construídos em diferentes condições de pH e FI e a Tabela 5.7 apresenta as percentagens relativas destes picos.
Nos espectros de carbono (C1s) foram identificados quatro picos pela deconvolução, referentes às ligações C-C/C-H (284,6 eV), C-N (286,1 eV), C=O/O-C-O (287,7 eV) e COO– (289,3 eV), relacionados com ambos os polieletrólitos (Almodovar et al., 2011). Ressalta-se que o pico em 289,3 eV corresponde ao grupo carboxílico do HA desprotonado, o qual apresentou maior disponibilidade relativa para nanofilmes construídos em pH 3 (3,67%) devido a interpenetração das cadeias de HA parcialmente ionizadas nas cadeias de CHI totalmente ionizadas, resultando na exposição de grupos COO– não complexados com os grupos aminos da CHI na superfície dos nanofilmes.
Figura 5.16 Espectros normalizados de XPS das bandas de C1s dos nanofilmes de HA/CHI construídos com 10 bicamadas e diferentes condições de pH e FI: 3pH, 3pH/0,1FI, 5pH e 5pH/0,1FI. As linhas contínuas correspondem às gaussianas das deconvoluções
Tabela 5.7 Percentagens relativas e energia de ligação (El) dos grupos funcionais de carbono dos nanofilmes construídos com 10 bicamadas e diferentes condições de pH e FI Carbono
(C1s)
3pH 3pH/0,1FI 5pH 5pH/0,1FI
El (eV) % El (eV) % El (eV) % El (eV) %
C-C/ C-H 284,5 32,13 284,6 35,69 284,6 28,54 284,6 25,58 C-N 286,1 44,33 286,1 44,43 286,2 51,72 286,1 54,74 C=O/ O-C-O 287,7 19,87 287,7 17,12 287,8 17,70 287,9 17,86 COO– 289,2 3,67 289,2 2,76 289,5 2,04 289,4 1,82 5pH 3pH/0,1FI 5pH/0,1FI 3pH
5.7 Análise semi quantitativa dos grupos funcionais livres por incorporação de corantes iônicos
Através do uso de corantes iônicos foi possível determinar semi quantitativamente os grupos funcionais livres de HA e CHI dos nanofilmes por UV-Vis. As Figura 5.17 e 5.18 apresentam as curvas de absorbância dos corantes azul de alciano (catiônico) e rosa de bengala (aniônico) em função do número de bicamadas e diferentes condições de pH e FI, respectivamente.
Figura 5.17 Curvas de absorbância do corante azul de alciano em função do número de bicamadas dos nanofilmes construídos em diferentes condições de pH e FI: 3pH, 3pH/0,1FI, 5pH e 5pH/0,1FI
5pH 5pH/0,1FI
3pH/0,1FI 3pH
Figura 5.18 Curvas de absorbância do corante rosa de bengala em função do número de bicamadas dos nanofilmes construídos em diferentes condições de pH e FI: 3pH, 3pH/0,1FI, 5pH e 5pH/0,1FI
A partir das curvas apresentadas nas Figura 5.17 e 5.18 determinou-se a absorbância máxima de azul de alciano (λ = 617 nm) e rosa de bengala (λ = 567 nm) das amostras em cada bicamada depositada, a qual está apresentada nas Figuras 5.19 e 5.20, respectivamente.
5pH/0,1FI
3pH 3pH0,1FI
Figura 5.19 Absorbância máxima de azul de alciano em função do número de bicamadas de nanofilmes em diferentes condições de pH e FI. n = 3
Figura 5.20 Absorbância máxima de rosa de bengala em função do número de bicamadas de nanofilmes em diferentes condições de pH e FI. n = 3
Observa-se nas Figuras 5.19 e 5.20 que nanofilmes construídos em pH 3 apresentaram maior absorção de azul de alciano e rosa de bengala que aqueles construídos em pH 5. Estes resultados sugerem uma maior disponibilidade de grupos funcionais livres, principalmente amino, devido à diferença de ionização das camadas de HA/CHI, abordada na análise de XPS destes nanofilmes.
Na Figura 5.19 verifica-se que os nanofilmes 3pH e 3pH/0,1FI apresentaram absorção significativa de azul de alciano, corante que interagiu com os grupos funcionais de HA, apesar da última camada dos nanofilmes (camada do topo) ser de CHI. Devido à interação e inversão de carga dos polieletrólitos no processo de deposição LbL, era previsto que a disponibilidade de grupos carboxílicos livre fosse menor do que a observada na Figura 5.19. Estes resultados indicam que possivelmente as camadas espessas de HA penetraram nas camadas lineares e finas de CHI depositadas posteriormente (vide Figura 5.6), resultando na exposição de grupos carboxílicos livres na superfície dos nanofilmes. Resultados semelhantes foram observados para o ângulo de contato destes nanofilmes (vide item 5.2).
A adição de sal reduziu a disponibilidade dos grupos funcionais de HA e CHI em todas as amostras, diminuindo a adsorção de ambos os corantes. Tal resultado já era previsto, pois verificou-se pelo potencial zeta (vide item 5.1) que o sal reduziu a disponibilidade de carga das soluções dos polieletrólitos e consequentemente dos nanofilmes.
A absorção de ambos os corantes aumentou com a deposição sequencial de bicamadas para todas as amostras, exceto para nanofilmes construídos em pH 5 e 10 bicamadas. Este comportamento está associado à deposição não linear dos polieletrólitos indicando um acúmulo progressivo das camadas de HA e CHI durante a construção dos nanofilmes, como discutido no Item 5.3. Kujawa et al. (2007) monitoraram a deposição de bicamadas de HA/CHI contendo 0,15 M de NaCl por ressonância de plasma de superfície e microbalança de quartzo. Os resultados indicaram que a deposição das bicamadas ocorreu de forma exponencial e progressiva, principalmente após a deposição da quarta bicamada, corroborando com os dados de absorção dos corantes apresentados neste trabalho.
Os resultados obtidos para o corante rosa de bengala despertam interesse particular, pois tem sido relatado na literatura que superfícies com maior disponibilidade de grupos amino livres apresentaram maior interação com bactérias, evitando sua adesão e proliferação (Lichter e Rubner, 2009; Hernandez-Montelongo, J. et al., 2016a).
5.8 Potencial de superfície
O potencial de superfície fornece informações sobre a densidade de carga dos grupos funcionais dos polieletrólitos na superfície dos nanofilmes. Este potencial foi avaliado por microscopia de força Kelvin Probe (KPFM), adquirido simultaneamente com a topografia dos nanofilmes. Estas imagens (10 µm2) estão apresentadas na Figura 5.21.
Figura 5.21 Imagens da topografia (a, c, e, g) e potencial de superfície (b, d, f, h) dos nanofilmes de HA/CHI construídos com 10 bicamadas: 3pH (a, b), 3pH/0,1FI (c, d), 5pH (e, f) e 5pH/0,1FI (g, h)
Si Filme (a ) (a) (b) (c) (e) (f) (d) (g) (h)
A partir da Figura 5.21 foram obtidos os perfis de espessura e potencial de superfície entre os substratos (Si) e os nanofilmes (linhas cinza com 5µm de comprimento), os quais estão apresentados na Figura 5.22.
Figura 5.22 Perfis de espessura e potencial de superfície dos nanofilmes de HA/CHI construídos com 10 bicamadas e diferentes condições de pH e FI
Observa-se na Figura 5.22 que os valores de espessura dos nanofilmes foram semelhantes aos obtidos por perfilometria, sendo estes: 250, 173, 112 e 74 nm para 3pH/0,1FI, 3pH, 5pH/0,1FI e 5pH, respectivamente. Já os valores de potencial de superfície dos nanofilmes 3pH, 3pH/0,1FI, 5pH e 5pH/0,1FI foram 454, 194, 89 e 69 mV, respectivamente.
Os nanofilmes foram construídos com a última camada de CHI, logo o grupo amino contribuiu significativamente para a diferença de potencial observada. Nanofilmes construídos em pH 5 apresentaram cadeias de HA/CHI altamente ionizadas, resultando em uma interação maior dos grupos funcionais dos polieletrólitos e diminuição da disponibilidade de grupos amino livres na superfície. Por outro lado, nanofilmes construídos em pH 3 apresentaram maior disponibilidade de grupos amino livres devido a ionização parcial das cadeias de HA, o que levou
a uma menor interação com as cadeias de CHI e expôs os grupos amino na superfície, como demostrado nos resultados de XPS e absorção do corante aniônico rosa de bengala. Além disso, nanofilmes construídos com adição de NaCl apresentaram uma diminuição do potencial de superfície devido a interação deste sal com os grupos funcionais.
Hernandez-Montelongo et al. (2016a) avaliaram o potencial de superfície de nanofilmes de HA/CHI construídos com 3 bicamadas e pH 3 e 4,5. Os resultados indicaram que os nanofilmes construídos em pH 3 tiveram o maior potencial (120 mV) devido a maior exposição de grupos amino na superfície, o que corrobora com os resultados obtidos neste trabalho.