Nanopartículas de ouro Referem-se a partículas de ouro ultrafinas com tamanho entre 1 e 100 nanômetros. Ao contrário do ouro macroscópico, o ouro em nanoescala exibe efeitos significativos de ressonância plasmônica de superfície (RPS), efeitos de confinamento quântico e uma enorme área superficial específica. Essas características conferem-lhe excelentes propriedades ópticas, elétricas e catalíticas em ambientes biológicos complexos. Além disso, as nanopartículas de ouro tornaram-se uma importante ponte entre a nanotecnologia e a medicina clínica devido às suas propriedades químicas estáveis e baixa toxicidade biológica.

1. Aplicação no diagnóstico médico

1.1 Biossensoriamento e Detecção Rápida
Uma das aplicações mais comuns de nanopartículas de ouro é como marcadores para diagnóstico in vitro (IVD). O caso mais típico é o imunoensaio de fluxo lateral (como testes de gravidez precoce e testes rápidos de detecção da COVID-19), que utiliza a forte absorção e a mudança de cor do nanopó de ouro para realizar a detecção do sinal visível a olho nu.

1.2 Aprimoramento do contraste de imagem
O elevado número atômico do ouro confere-lhe uma excelente capacidade de atenuação de raios X. Comparativamente aos agentes de contraste iodados tradicionais, as nanopartículas de ouro, utilizadas como agentes de contraste em tomografia computadorizada, apresentam um tempo de circulação sanguínea mais longo e menor toxicidade renal. Ao mesmo tempo, as suas propriedades fototérmicas também lhe conferem um papel fundamental na imagem fotoacústica (PAI), melhorando significativamente o contraste da imagem do tecido tumoral.

2. Aplicações inovadoras na área do tratamento

2.1 Terapia Fototérmica (PTT)
As nanopartículas de ouro podem converter eficientemente a energia luminosa em energia térmica sob irradiação de luz infravermelha próxima. Através da modificação da funcionalização da superfície (como a ligação de folato ou anticorpos), essas nanopartículas podem se agregar com precisão no local do tumor. Após a irradiação a laser, a alta temperatura gerada localmente é suficiente para matar as células cancerígenas, causando danos mínimos aos tecidos saudáveis circundantes.

2.2 Sensibilização à radioterapia
Como as nanopartículas de ouro podem absorver raios de alta energia e liberar elétrons secundários (fotoelétrons e elétrons Auger), o uso de nanopartículas de ouro durante a radioterapia pode aumentar significativamente a dose de radiação local, melhorando assim a taxa de destruição de células tumorais e reduzindo o risco de exposição aos tecidos normais.

2.3 Administração direcionada de medicamentos
A enorme área superficial específica do nanopó de ouro permite o carregamento de um grande número de fármacos quimioterápicos, proteínas ou ácidos nucleicos (DNA/RNA). Ao utilizar a química tiol de sua superfície (ligações Au-S), os cientistas podem facilmente enxertar ligantes na superfície das nanopartículas, obtendo uma administração precisa e uma liberação controlada de fármacos, reduzindo assim os efeitos colaterais tóxicos sistêmicos.

Os diferentes tamanhos de nanopartículas de ouro terão diferentes aplicações. A seguir, estão os dados dos parâmetros compilados por Gary, um técnico da empresa SAT NANO.

3. Diâmetro/Tamanho: Este é o parâmetro principal que afeta o desempenho das nanopartículas de ouro.

3.1 Menos de 20 nm: usadas principalmente para administração de medicamentos e eliminação renal. Por exemplo, o diâmetro das partículas usadas para administração de medicamentos geralmente fica em torno de 13-18 nm, enquanto as partículas usadas para direcionamento ao fígado podem ser controladas entre 10-30 nm. Nanoclusters de ouro ultracompactos (como Au₂₅) são compostos por 25 átomos de ouro e tipicamente têm um diâmetro inferior a 3 nm.

3,2 20-50 nm: Amplamente utilizado em imagens ópticas e terapia fototérmica, como partículas de 3,19 nm para imagens e nanobastões de ouro de 25 × 47 nm usados em terapia fototérmica.

3.3 50-200 nm: Comumente usado em cenários que exigem alta eficiência de conversão fototérmica, como nanoestruturas de ouro multicamadas (<100 nm) usadas para terapia fototérmica de tumores e sondas de nanoouro usadas para detecção imuno-histoquímica. Estudos mostraram que partículas esféricas maiores (aproximadamente 102 nm) são, na verdade, absorvidas mais facilmente por certas células.

4. Propriedades ópticas: Esta é a base para que as nanopartículas de ouro sejam utilizadas em exames de imagem e terapia.

4.1 Pico de absorção característico (λ máx): Nanopartículas esféricas de ouro geralmente apresentam um pico de absorção em torno de 520-530 nm, enquanto nanobastões de ouro possuem dois picos de absorção por ressonância plasmônica, horizontal e vertical. O pico vertical pode ser deslocado para a região do infravermelho próximo (geralmente 600-900 nm) ajustando-se a razão de aspecto do bastão. A energia luminosa nessa faixa penetra em tecidos mais profundos, tornando-a muito adequada para terapia fototérmica e imageamento de tecidos profundos.

4.2 Características de Luminescência: Quando usado para imagens biológicas, um alto rendimento quântico (como 12,9%) significa sinais mais brilhantes, enquanto um tempo de vida de luminescência ultralongo (cerca de 1 microssegundo) pode ser efetivamente protegido da fluorescência de fundo dos tecidos biológicos por meio da tecnologia de gating temporal, resultando em imagens de maior resolução.

4.3 Modificação da superfície: Para aumentar a estabilidade, a biocompatibilidade e o direcionamento, a superfície das nanopartículas de ouro geralmente precisa ser "disfarçada".

4.4 Modificação com PEG: O polietilenoglicol (PEG) é a molécula modificadora mais comumente usada, atuando como uma "capa de invisibilidade" para as partículas, reduzindo sua eliminação pelo sistema imunológico e prolongando o tempo de circulação no corpo. Por exemplo, partículas de ouro de 40 nm modificadas com PEG3000.

4.5 Modificação molecular direcionada: Ao conectar ligantes específicos, as nanopartículas podem encontrar seus alvos com precisão. Por exemplo, a modificação da GalNAc (N-acetilglicosamina) permite o direcionamento ao fígado; a conexão de anticorpos pode ser usada para o diagnóstico por imagem e o tratamento direcionado de tumores.

Em geral, a escolha dos parâmetros para nanopartículas de ouro depende inteiramente dos seus objetivos específicos de aplicação:

Se o objetivo é a obtenção de imagens biológicas de alta resolução, especialmente imagens de tecidos profundos, o foco pode ser em partículas com tamanho de alguns nanômetros, alto rendimento quântico e características de luminescência no infravermelho próximo.

Se o objetivo é a terapia fototérmica para tumores, é necessário escolher partículas com forte absorção na região do infravermelho próximo (como 808 nm) e alta eficiência de conversão fototérmica (como 77%), sendo seu tamanho ideal geralmente inferior a 100 nm.

Se o objetivo é construir um sistema de administração de medicamentos direcionado, partículas com tamanho de 10 a 30 nm e uma superfície que seja fácil de modificar com múltiplas funções (como a ligação de PEG e ligantes de direcionamento) são uma escolha mais adequada.

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