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UFOP - CETEC - UEMG
REDEMATREDE TEMÁTICA EM ENGENHARIA DE MATERIAIS
UFOP – CETEC – UEMG
Dissertação de Mestrado
“Preparação, caracterização e fabricação de sensores
de acúmulo de dose de radiação azul baseado em
sistemas orgânicos luminescentes”
Autor: Giovana Ribeiro Ferreira
Orientador: Prof. Rodrigo Fernando Bianchi
Fevereiro de 2009
-
UFOP - CETEC - UEMG
REDEMATREDE TEMÁTICA EM ENGENHARIA DE MATERIAIS
UFOP – CETEC – UEMG
Giovana Ribeiro Ferreira
“Preparação, caracterização e fabricação de sensores de
acúmulo
de dose de radiação azul baseado em sistemas orgânicos
luminescentes”
Dissertação de Mestrado apresentada
ao Programa de Pós-Graduação em
Engenharia de Materiais da
REDEMAT, como parte integrante dos
requisitos para a obtenção do título de
Mestre em Engenharia de Materiais.
Área de concentração: Análise e seleção de materiais
Orientador: Prof. Dr. Rodrigo Fernando Bianchi
Ouro Preto, Março de 2009
-
iii
Dedico este trabalho às
pessoas mais importantes de minha vida:
meus pais Cesário e Cristina.
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iv
AGRADECIMENTOS
A Deus.
Aos meus pais pelo apoio, confiança e incentivo em todos os
momentos e
principalmente pelos valores e princípios ensinados. A toda
minha família, minha primeira
escola, pelo apoio e ensinamentos.
Ao professor Dr. Rodrigo Fernando Bianchi pela confiança,
amizade, ensinamentos e,
principalmente, pelo exemplo de dedicação, profissionalismo e
amor à ciência.
Aos colegas de trabalho do Laboratório de Polímeros e
Propriedades Eletrônicas de
Materiais – LAPPEM pelos estudos, ajudas, discussões, risadas, e
pelo ambiente amigável de
trabalho. Principalmente àqueles que além de colegas de trabalho
se tornaram verdadeiros
amigos. É muito bom poder contar com vocês! Em especial,
agradeço à Velha Guarda:
Mirela, Marcos Vinícius, Fábio e Cláudia pela convivência e
companheirismo durante este
trabalho, pelas horas de estudo, pelas dificuldades divididas,
pelos desabafos...
À Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior -
Capes, ao Instituto
Multidisciplinar de Materiais Poliméricos – IMMP, pelo suporte
financeiro.
À Profa. Dra. Alceni Werle Augusta pela co-orientação e auxilio
para a execução
deste trabalho.
À Dra. Déborah Tereza Balogh e ao Prof. Dr. Eduardo Ribeiro de
Azevedo pelas
medidas de GPC e RMN e discussões sobre o trabalho.
Aos professores, técnicos e corpo administrativo do DEFIS/UFOP e
DEQUI/UFOP.
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v
“Quaisquer que sejam os prodígios realizados pela inteligência
humana, essa
inteligência tem, ela mesma, uma causa, e quanto maior o que ela
realiza é,
maior deve ser a causa primeira. Esta inteligência é a causa de
todas as coisas,
qualquer que seja o nome sob o qual o homem a designe.”
Allan Kardec
-
vi
SUMÁRIO
AGRADECIMENTOS
.............................................................................................................
IV
SUMÁRIO
...............................................................................................................................
VI
LISTA DE FIGURAS
.............................................................................................................
VII
ABSTRACT
..........................................................................................................................
XVI
1 - INTRODUÇÃO
....................................................................................................................
2
1.1 – Objetivos e descrição do trabalho
.....................................................................................
4
2 - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
.............................................................................................
6
2.1- Compostos orgânicos conjugados
.......................................................................................
6
2.1.1 – A hibridização sp2 do carbono sua relação com as
propriedades de moléculas
orgânicas conjugadas
..................................................................................................................
7
2.1.2 – Processos de absorção, emissão e transferência de
energia ........................................... 9
2.1.3 – Aplicações de moléculas orgânicas conjugadas: eletrônica
orgânica .......................... 15
2.1.4 – Aplicação dos compostos orgânicos conjugados como
sensores de radiação ............. 18
2.2.1 - Hiperbilirrubinemia neonatal e fototerapia com luz azul
............................................. 20
3 - MÉTODOS E PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS
.................................................. 30
3.1 - Reagentes ou compostos utilizados
.................................................................................
30
3.1.1 - Poli(2-metóxi,5-etil(2-hexilóxi)-p-fenilenovinileno) –
MEH-PPV .............................. 31
3.1.2 - Tris-(8-hidroxiquinolinolato) de alumínio (III)
............................................................ 33
3.1.2 – Poliestireno - PS
...........................................................................................................
35
3.2 – Preparação de soluções e filmes orgânicos luminescentes
.............................................. 36
3.2.1 - Tratamento do solvente
.................................................................................................
37
3.2.2 - Preparo das soluções de Alq3, MEH-PPV e Alq3/MEH-PPV
....................................... 37
3.3.3 - Preparação dos filmes de PS/MEH-PPV, PS/Alq3 e
PS/MEH-PPV/Alq3 ..................... 39
4 - EQUIPAMENTOS E MÉTODOS DE CARACTERIZAÇÃO
.......................................... 41
4.1 – Medidas Ópticas
..............................................................................................................
41
4.1.1 – Espectrofotômetro UV-VIS SHIMADZU série 1650
.................................................. 41
4.1.2 – Espectrofotômetro Ocean Optics USB 2000
................................................................
42
4.1.3 – Sistema Fototerapêutico Bilitron® 3006
......................................................................
43
4.2.1 – Espectrômetro de Infravermelho com Transformada de
Fourier Nicolet 560 ............. 46
4.2.5 – Espectroscopia de ressonância magnética nuclear
....................................................... 47
5 - CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS
........................................................................
48
5.1 - Caracterização Óptica
......................................................................................................
48
5.2 - Caracterizações estruturais
...............................................................................................
65
-
vii
5.2.1 - Espectroscopia de absorção no infravermelho (FTIR)
................................................. 65
5.2.3 – Cromatografia de exclusão por tamanho
......................................................................
70
5.2.4 – Ressonância magnética nuclear
....................................................................................
75
5.2.2 - Espectrometria de massas (MS)
....................................................................................
76
5.3 – Discussão dos resultados
.................................................................................................
78
6 - DESENVOLVIMENTO DE DOSÍMETRO
......................................................................
80
6.1- Concepção, desenvolvimento, fabricação e otimização do
sensor ................................... 80
6.2 Discussão dos Resultados.
..................................................................................................
85
7 - CONCLUSÃO
....................................................................................................................
87
8 - PRINCIPAIS RESULTADOS GERADOS AO LONGO DO TRABALHO
.................... 90
-
viii
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1.1: (a) Aparelho de barbear com display
monocromático[3]
e (b) display
policromático, flexível e de alta definição produzido com
polímeros conjugados
luminescentes[4]
.
.........................................................................................................................
2
FIGURA 1. 2: (a) Soluções de MEH-PPV expostas a radiação azul.
(b) Sensor de acúmulo de
radiação desenvolvimento no LAPPEM [36, 37]
.
..........................................................................
4
FIGURA 2. 1: Esquema representativo da hibridização do tipo sp2
em átomos de carbono. (a)
orbital s e dois dos orbitais p antes da hibridização; (b), (c)
e (d) orbitais híbridos sp
mostrados de diferentes ângulos[40]
.
...........................................................................................
7
FIGURA 2. 2: Esquema representativo dos orbitais envolvidos na
ligação entre dois C sp2: (a)
Início da sobreposição frontal entre orbitais sp de dois átomos
de carbono (b) Visão superior
da sobreposição entre orbitais sp e formação da ligação (c)
Visão lateral da sobreposição
entre orbitais sp e formação da ligação (d) Início da
sobreposição entre os orbitais p-puros
(e) Sobreposição entre os orbitais p-puros e formação da ligação
π (f) molécula do eteno,
formando por ligações /π entre átomos de C e ligação com átomos
de hidrogênio[40]
. ........ 8
FIGURA 2. 3: Diagrama, em distribuição de energia, da formação
de orbitais moleculares
entre dois átomos de carbono sp2[41]
.
..........................................................................................
8
FIGURA 2. 4: Diagrama de níveis de energia idealizado por
Jablonski mostrando as formas
de desativação de um cromóforo orgânico [50]
.
........................................................................
10
FIGURA 2. 5: Possibilidades de decaimento radiativo e não
radiativo de um excímero ou
agregado.
..................................................................................................................................
11
FIGURA 2. 6: Esquema hipotético de níveis de energia mostrando
os processos de absorção e
de fluorescência e os correspondentes espectros.
.....................................................................
12
FIGURA 2. 7: Display de alta definição policromático
confeccionado com material orgânico
não polimérico[54]
.
....................................................................................................................
15
FIGURA 2. 8: Esquema representativo a respeito das conclusões
relacionadas à fotooxidação
por diferentes autores nos últimas décadas[12-25]
.
.....................................................................
17
FIGURA 2. 9: Fórmula estrutural da molécula de bilirrubina.
................................................ 20
FIGURA 2. 10: Esquema ilustrativo do mecanismo de transformação
da Bilirrubina
promovido pela radiação[61]
.
.....................................................................................................
22
FIGURA 2. 11: Espectro de absorção da bilirrubina
...............................................................
23
-
ix
FIGURA 2. 12: Esquema representativo dos fatores que interferem
na eficácia da fototerapia
no tratamento da Hiperbilirrubinemia neonatal[62]
.
..................................................................
24
FIGURA 2. 13: Recém-nascido ictérico recebendo tratamento de
fototerapia. Foto:
R.F.Bianchi (2005).
..................................................................................................................
24
FIGURA 2. 14: Gráfico ilustrativo da irradiância emitida por
diferentes fontes de radiação
utilizadas em fototerapia neonatal.
...........................................................................................
26
FIGURA 2. 15: Esquema representativo da necessidade e das
conseqüências causadas pela
falta de controle da radiação administrada durante a fototerapia
neonatal. ............................. 28
FIGURA 2. 16: Levantamento estatístico do número de neonatos que
nascem no país e
apresentam ou não icterícia e que, conseqüentemente, necessitam
de tratamento ou
apresentam seqüelas graves ou óbito.
......................................................................................
29
FIGURA 3. 1: Fórmula estrutural do
poli(2-metóxi,5-etil(2-hexilóxi)p-fenilenovinileno)[63]
. 31
FIGURA 3. 2: Espectros de absorção e de emissão do MEH-PPV (250
µg/ml) em solução de
clorofórmio com excitação em 417 nm. Destaca-se na figura a
solução polimérica excitada
com luz violeta.
........................................................................................................................
32
FIGURA 3. 3: Fórmula estrutural do tris-(8-hidroxiquinolinolato)
de alumínio (III)[64]
. ........ 33
FIGURA 3.4: Espectros de absorção e de emissão do Alq3 (500
µg/ml) em solução de
clorofórmio com excitação em 417 nm.
...................................................................................
34
FIGURA 3.5: Espectros de MEH-PPV e de Alq3 em clorofórmio
mostrando absorção do
MEH-PPV e emissão do Alq3 antes da exposição à radiação.
................................................. 35
FIGURA 3.6: Fórmula estrutural do tris-(8-hidroxiquinolinolato)
de alumínio (III). ............. 35
FIGURA 3.7: Espectro de absorção no visível apresentado pelo PS.
...................................... 36
FIGURA 3.8: Ampola de vidro sendo recoberta com tinta para a
fotoproteção das soluções. 38
FIGURA 3.9: Diagrama representativo das etapas descritas neste
capítulo. ........................... 40
FIGURA 4.1:Suporte de amostras confeccionado para realização de
medidas ópticas em
soluções dispostas em ampola de vidro com o espectrômetro UV-VIS
SHIMADZU série
1650.
.........................................................................................................................................
42
FIGURA 4.2: Espectro de emissão do LED violeta utilizado para
excitação dos compostos
MEH-PPV e Alq3.
....................................................................................................................
42
FIGURA 4.3: Sistema de excitação dos materiais.
..................................................................
43
FIGURA 4.4: a) Sistema fototerapêutico Bilitron® 3006
posicionado a 30 cm das amostras.
b) Super-Leds do Sistema fototerapêutico Bilitron® 3006.
..................................................... 43
-
x
FIGURA 4.5: Diagrama de Cromaticidade
..............................................................................
45
FIGURA 5.1: Espectros de (a) absorção e de (b) fotoemissão da
solução de MEH-PPV em
CHCl3 exposta durante 480 min à radiação azul, onde te é o tempo
de exposição da solução à
radiação.
...................................................................................................................................
49
FIGURA 5.2: Espectros de (a) absorção e de (b) fotoemissão da
solução de Alq3 em CHCl3
exposta durante 480 min à radiação azul, onde te é o tempo de
exposição da solução à
radiação.
...................................................................................................................................
50
FIGURA 5.3: Comprimento de absorção e emissão máximas, λmax,
obtidas das Figs. 5.1 e 5.2
para as soluções em clorofórmio de (a) MEH-PPV e (b) Alq3 em
função do tempo de
exposição à radiação (te).
..........................................................................................................
51
FIGURA 5.4: Intensidade de absorção e emissão em λmax, I(λmax),
obtidas das Figs. 5.1 e 5.2
para as soluções em clorofórmio de (a) MEH-PPV e (b) Alq3 em
função do tempo de
exposição à radiação (te).
..........................................................................................................
51
FIGURA 5.5: Intensidade de fotoemissão em máx, I(máx), em função
do tempo de exposição
à radiação para soluções de (a) MEH-PPV e (b) Alq3 com
diferentes concentrações em
clorofórmio.
..............................................................................................................................
53
FIGURA 5.6: Intensidade fotoemissão em λmax, I(λmax) para as
soluções de (a) MEH-PPV e
(b) Alq3 em clorofórmio enriquecido com O2 ou N2 em função do
tempo de exposição à
radiação (te).
.............................................................................................................................
55
FIGURA 5.7: Intensidade de fotoemissão em máx, I(λmax), para as
soluções de Alq3 tratadas
de diferentes forma em função do tempo de exposição à radiação
(te). ................................... 56
FIGURA 5.8: Reação de hidrólise do Alq3 e consecutiva oxidação
da 8-Hq em compostos não
luminescentes.
..........................................................................................................................
57
FIGURA 5.9: Espectros (a) de absorção e (b) de emissão da
solução de MEH-PPV/Alq3 com
250µg/ml de MEH-PPV e 500 µg/ml Alq3 expostas à radiação durante
480 min. .................. 58
FIGURA 5.10: Evolução das cores de emissão das soluções de
MEH-PPV/Alq3 quando
expostas à radiação azul durante (a) 0 min, (b) 120 min, (c) 240
min e (d) 480 min à radiação
azul.
..........................................................................................................................................
59
FIGURA 5.11: Intensidade de luminescência da solução de
MEH-PPV/Alq3 em clorofórmio
(a) Intensidade em 570 nm durante a primeira hora de irradiação
(b) Intensidade em 540 nm
no intervalo de 1 hora a 8h de irradiação.
................................................................................
60
FIGURA 5.12: Espectro de (a) absorção; (b) fotoemissão filmes de
PS/MEH-PPV exposto à
radiação durante 480 min.
........................................................................................................
61
FIGURA 5.13: Espectro de (a) absorção; (b) fotoemissão filmes de
PS/Alq3 exposto à
radiação durante 480 min.
........................................................................................................
62
-
xi
FIGURA 5.14: Comprimento de absorção e emissão máximas, λmax,
obtidas das Figs. 5.12 e
5.13 para filmes de (a) PS/MEH-PPV e (b) PS/Alq3 em função do
tempo de exposição à
radiação (te).
.............................................................................................................................
63
FIGURA 5.15: Os espectros de (a) absorção e (b) emissão obtidos
para filmes de PS/MEH-
PPV/Alq3 expostos à radiação durante 480 min.
......................................................................
64
FIGURA 5.16: Espectros de Absorção na região do infravermelho
obtidos a partir de soluções
de MEH-PPV expostas à radiação durante diferentes tempos e
depositadas em lâminas de
silício.
.......................................................................................................................................
66
FIGURA 5.17: Espectros de Absorção na região do infravermelho
obtidos a partir de filmes
de PS, PS/MEH-PPV, PS/Alq3, PS/MEH-PPV/Alq3.
..............................................................
67
FIGURA 5.18: Evolução da intensidade das bandas relacionadas às
carbonilas e ligações
vinílicas com te.
........................................................................................................................
69
FIGURA 5.19: Cromatograma representando a distribuição do
polímero sem exposição à
radiação.
...................................................................................................................................
70
FIGURA 5.20: Distribuição de massa molar para o MEH-PPV obtida
no intervalo de 104-10
7
g/mol.
........................................................................................................................................
71
FIGURA 5.21: Cromatograma de Exclusão por Tamanho apresentando a
distribuição da
massa molecular de polímeros expostos à radiação durante
diferentes tempos: (a)120 min; (b)
480 min; (c) 720 min; (d) 1440min.
.........................................................................................
72
FIGURA 5.22: Evolução de Mn e Mz obtidas para amostras de
MEH-PPV calculada para (a)
moléculas de polímeros (b) moléculas de oligômeros e polímeros.
........................................ 74
FIGURA 5.23: Espectros de RMN do MEH-PPV (a) antes e (b) após a
sua exposição à
radiação azul durante 336 horas.
..............................................................................................
75
FIGURA 5.24: Espectro de massas obtido para a fração do polímero
solúvel em metanol não
exposto à radiação (a) espectro de moléculas polarizadas
positivamente (b) espectros de
polarizadas negativamente.
......................................................................................................
77
FIGURA 5.25: Espectro de massas obtido para a fração do polímero
solúvel em metanol
exposto à radiação por 1440 min (a) espectro de moléculas
polarizadas positivamente (b)
espectros de polarizadas negativamente.
..................................................................................
77
FIGURA 6.1: Diagrama de cores obtido de fotografias das soluções
representado (a) Cores
refletidas; (b) cores emitidas em função do tempo de exposição à
radiação. As soluções foram
preparadas com 250 µg/ml de MEH-PPV em clorofórmio e variando-se
a massa de Alq3 ..... 81
FIGURA 6.2: Diagrama de cromaticidade representando as mudanças
na cor refletida ao
longo da exposição à radiação para soluções de MEH-PPV/Alq3 com
proporção em massa de
(a) 1/1; (b) 1/2; (c) 1/3; (d) 1/4 de MEH-PPV/Alq3. Os
resultados foram extraídos das
soluções apresentadas na Fig. 6.1.
............................................................................................
82
-
xii
FIGURA 6.3: Diagrama de cromaticidade representando as mudanças
na cor emitida ao longo
da exposição à radiação para soluções de MEH-PPV/Alq3 com
proporção em massa de (a)
1/1; (b) 1/2; (c) 1/3; (d) 1/4 de MEH-PPV/Alq3.
......................................................................
83
FIGURA 6.4: Foto e diagrama de cromaticidade mostrando a mudança
na coloração da
radiação emitida por filmes flexíveis à base de PS/MEH-PPV/Alq3
antes (emissão de luz
vermelha) e depois (emissão de luz verde) da exposição à
radiação azul. ............................... 84
FIGURA 6.5: Dosímetro sinalizador à base de PS/MEH-PPV/Alq3
colado na fralda de uma
boneca representando o neonato (a) antes e (b) depois da
exposição à radiação. .................... 85
-
xiii
LISTA DE TABELAS
Nenhuma entrada de índice de ilustrações foi encontrada.
TABELA V. 1: Bandas vibracionais observadas nos espectros de
FTIR e ligações aos quais
são atribuídas.
...........................................................................................................................
68
TABELA V. 2: Valores Mn, Mz e D obtidas para amostras de MEH-PPV
expostas à radiação
durante diferentes intervalos de tempo.
....................................................................................
73
-
xiv
LISTA DE ABREVIATURAS
ABS - Absorção.
Alq3 - Tris-8(hidroxiquinolinolato) de alumínio
FTIR - Espectroscopia na região do infravermelho com
transformada de Fourier / (Fourier
Transform Infrared).
HOMO - Orbital molecular de maior energia ocupado / (Highest
occupied molecular orbital).
IC – Conversão Interna / (Internal conversion).
ISC – Cruzamento intersistema / (Intersystem crossing)
LAPPEM - Laboratório de Polímeros e Propriedades Eletrônicas de
Materiais.
LUMO - Orbital molecular de maior energia ocupado / (Lowest
unoccupied
molecular orbital).
MEH-PPV -
Poli(2-metóxi,5-etil(2-hexiloxi)parafenilenovinileno).
MS - Espectroscopia de massas / (Mass spectrometry).
PS - Poliestireno.
PL - Fotoluminescência / (Photoluminescence).
PLED - Dispositivo polimérico emissor de luz / (Polymer
light-emitting diode).
PPV - Poli(p-fenilenovinileno).
RMN 13
C - Ressonância magnética de carbono 13 / (NMR13
C - 13
C nuclear magnetic
resonance spectroscopy).
RN - Recém nascido.
SEC - Cromatografia de exclusão por tamanho / (Size exclusion
chromatography).
SOC - Acoplamento spin-órbita / (Spin-orbit coupling).
UV-VIS - Ultravioleta -visível.
-
xv
LISTA DE SÍMBOLOS
λmax - Comprimento de onda de maior intensidade do espectro.
, - Orbitais moleculares ligantes.
*, * - Orbitais moleculares anti-ligantes.
-*, -* - Transições entre orbitais moleculares
- Deformação fora do plano,
- Estiramento da ligação,
a - Antissimétrica
s - Simétrica.
te - Tempo de exposição à radiação
I(λmax) - Intensidade em λmax.
-
xvi
RESUMO
Desde a descoberta das propriedades eletroluminescentes dos
cristais orgânicos em 1963 e
posteriormente dos polímeros conjugados em 1977, inúmeros grupos
de pesquisa focaram
seus estudos na preparação, na caracterização e no uso desses
materiais como elemento ativo
de dispositivos emissores de luz. Embora esforços tenham sido
realizados com o objetivo de
ampliar o tempo de vida desses dispositivos visando, sobretudo,
sua inserção comercial, os
efeitos de fotoxidação dos materiais orgânicos ainda é uma das
principais causas dessa
limitação e restrição. Se por um lado esse efeito é atualmente a
principal barreira para
inserção comercial dos dispositivos luminosos baseados em
cristais orgânicos ou polímeros,
por outro ele abre a possibilidade de concepção e
desenvolvimento de dosímetros de radiação.
Neste trabalho é apresentado a concepção, o design, a
caracterização e a fabricação de um
novo sensor de radiação de luz azul baseado nas mudanças das
propriedades ópticas de
soluções e filmes de tris(8-hydroxiquinolato) de alumínio - Alq3
e poli(2-metóxi,5-etil(2-
hexiloxi)parafenilenovinileno) – MEH-PPV. Os resultados obtidos
mostram que o sistema
MEH-PPV/Alq3 apresenta mudança gradativa de cor do laranja ao
amarelo claro, enquanto
seu pico de emissão máxima muda do vermelho-laranja (571 nm) ao
verde (540 nm) com o
tempo de exposição à radiação (foco 460 nm, 40 W/cm2/nm). As
taxas dessas mudanças são
alteradas facilmente de 2 h a 8 h por meio da manipulação de
alguns parâmetros como
abundancia de oxigênio umidade e possibilitando o
desenvolvimento de um sensor, tipo selo
inteligente, de fácil operação e leitura, de baixo custo (<
R$ 0,10) e de grande confiabilidade
para o monitoramento e controle individual da dose de radiação
azul incidente em neonatos
durante o tratamento fototerápico da hiperbilirrubinemia
neonatal. Finalmente, as mudanças
nas propriedades ópticas do MEH-PPV/Alq3 exposto à radiação
foram ainda acompanhadas
por cromatografia de permeação em gel e por espectroscopias de
absorção no infravermelho e
de RMN em estado sólido, bem como espectrometria de massas para
avaliar o papel da
radiação na alteração da estrutura química dos materiais.
-
xvii
ABSTRACT
Since the discovery of electroluminescence properties of organic
crystals and conjugated
polymers, a considerable number of studies have been done in
order to investigate the
semiconducting properties of this class of materials as well as
their related applications in
optoelectronic devices. Recently, efforts have focused on
improving the lifetimes of these
devices, but the photoxidation process of the organic materials
is still an obstacle for many of
their commercial applications. Nevertheless, this effect
reflects the possibility to design and
develop dosimeters where the influence of visible radiation on
the optical properties of
conjugated materials is more important then improving the
luminance and life-time of light-
emitting devices made from them. In present work, we have
designed, characterized and
developed a new blue-light dosimeter based on change in the
optical properties of tris(8-
hydroxyquinolato)aluminum (Alq3) and
poly[(2-methoxy-5-hexyloxy)-p-phenylenevinylene
(MEH-PPV) organic systems during photoxidation process. The
results show that the material
presents a gradation of color from orange to yellow ligth, while
its peak position emission
shifts from orange-red (571 nm) to green (540 nm) with blue
radiation exposure time (460 nm
focus, 40 W/cm2/nm). The rate of these changes can be altered by
manipulations of organic
materials and they are usually slow from 2 to 8 h, suggesting
these color and emission
changes can be used to design a low cost (US$ 0.05) and easy to
make smart device which is
also easy to read, easy to operate and accuracy in order to
represent easily the radiation
exposure time usually used in management of neonatal jaundice.
Finally, changes on the
optical properties of MEH-PPV/Alq3 systems were followed by gel
permeation
chromatography, as well as solid state NMR and IR spectroscopies
and mass spectrometry in
order to evaluate the role of the radiation on the chemical
structure of the organic materials.
-
2
CAPÍTULO I
INTRODUÇÃO
A partir da descoberta da eletroluminescência em cristais
orgânicos em 1963[1]
,
inúmeros grupos de pesquisa focaram seus estudos na preparação e
na caracterização de
moléculas orgânicas que apresentassem essa propriedade[2]
. Desde então, deu-se início a
busca por materiais orgânicos com características ópticas e
elétricas adequadas para a
fabricação de displays luminosos de alta durabilidade, alta
eficiência quântica e baixo custo[3]
.
Este desenvolvimento foi acelerado a partir de 1977, com a
descoberta das propriedades
condutoras dos polímeros conjugados[4]
. A partir de então, as moléculas orgânicas conjugadas
(polímeros ou cristais orgânicos) tornaram-se o foco de estudo
de inúmeros grupos de
pesquisa em todo mundo devido, principalmente, aos seus baixos
custos de preparação
atrelados as facilidades de processamento e de manufatura dos
seus dispositivos emissores de
luz[5]
. A título de ilustração, a Fig. 1 mostra imagens de dois
displays luminosos baseados em
polímeros eletroluminescentes. Um monocromático, Fig. 1.1(a), e
outro policromático,
flexível e de alta definição, Fig. 1.1(b).
FIGURA 1.1: (a) Aparelho de barbear com display
monocromático[3]
e (b) display policromático,
flexível e de alta definição produzido com polímeros conjugados
luminescentes[4]
.
O resultado direto dos avanços científicos e tecnológicos na
área de displays orgânicos
ao longo dos últimos anos, da qual os materiais orgânicos
eletroluminescentes fazem parte,
(a) (b)
-
3
pode ser medido a partir do número de empresas que vem
investindo nesse setor, como a
Royal Philips Electronics[5]
, a Merck[6]
, a DuPont/UNIAX[7]
, a EPSON[8]
, a NHK Science and
Technical Research Laboratories[9]
e a Intel Business Mach - IBM[10]
. Entretanto, a
degradação dos materiais orgânicos, sobretudo os poliméricos,
quando expostos à radiação
não ionizante, umidade e/ou oxigênio é atualmente um dos
principais obstáculos para inserção
comercial de seus dispositivos emissores de luz[11,12]
. De modo geral, a degradação dos
polímeros com a radiação implica na perda da eficiência luminosa
e na limitação da
durabilidade dos seus dispositivos luminosos, devido,
principalmente, a substituição dos
grupos vinílicos (C=C) por carbonilas (C=O) nas suas cadeias
principais[12-25]
. Todavia, se por
um lado o efeito da (foto)degradação constitui atualmente uma
barreira comercial para os
dispositivos emissores de luz orgânicos[11-25]
, por outro o controle desse efeito abre a
possibilidade de desenvolvimento de sensores de acúmulo de dose
de radiação [26-29]
, onde as
mudanças na cor e nos espectros de absorção e emissão de
polímeros luminescentes expostos
à radiação são mais importantes do que a minimização da
durabilidade dos seus dispositivos
eletroluminescentes. Já são conhecidos sensores desse tipo para
aplicações em cobaltoterapia
e fototerapia com luz azul, ambos baseados nas mudanças das
propriedades ópticas do poli(2-
metóxi,5-etil(2-hexilóxi)parafenilenovinileno) –
MEH-PPV[26-29]
com o tempo de exposição à
radiação e em desenvolvimento no Laboratório de Polímeros e
Propriedades Eletrônicas de
Materiais - LAPPEM do DEFIS/UFOP. Em particular, o interesse
pelo controle da radiação
azul administrada em neonatologia advém da simplicidade deste
tratamento no controle da
icterícia (ou hiperbilirrubinemia) em recém-nascidos, patologia
que atinge grande parte dos
neonatos atermos e pré-termos em todo mundo[30]
. Embora este tratamento seja bastante
simples e de alta eficiência, a literatura médica tem
alertado[31]
sobre uso de lâmpadas
inadequadas e sobre o mau posicionamento dos recém-nascidos ao
banho de luz[31,32]
. Esses
problemas reduzem consideravelmente a eficiência do tratamento
fototerápico e,
conseqüentemente, aumentam os casos de seqüelas, complicações
decorrentes da patologia,
kernicterus e mortes em recém-nascidos[33]
. Como exemplo, por ano no Brasil cerca de 200
mil crianças em estado grave de icterícia passam por tratamentos
fototerápicos, e desses cerca
de 2.500 apresentam danos neurológicos ou morte no final do
tratamento[34]
. Mais alarmante
ainda é que o desconhecimento do número de neonatos que poderiam
sobreviver ou não
apresentar seqüelas caso a conduta médico-hospitalar fosse
realizada corretamente. Ademais,
exceto pelo uso de radiômetros – que indicam a dose instantânea
de radiação incidente em
-
4
neonatos, não existe nenhum sensor de acúmulo de controle da
dose de radiação incidente nos
neonatos sob fototerapia. Isso aponta uma oportunidade não
apenas de cunho científico e
tecnológico, mas, sobretudo, de caráter social, uma vez que o
desenvolvimento de tal sensor
pode beneficiar cerca de 18 milhões de recém-nascidos ictéricos
por ano em todo mundo[35]
.
Nesse contexto, um sensor de acúmulo de dose de radiação à base
de MEH-PPV começou a
ser desenvolvido no LAPPEM em 2006 [28-29, 36-37]
e atualmente encontra-se em fase de
prototipagem, Fig.2. Esse sensor apresenta como principal
característica o acompanhamento
da dose de radiação azul incidente em recém-nascidos por meio da
comparação da mudança
de cor gradativa do vermelho ao incolor de soluções de MEH-PPV
com uma tabela de cores
pré-definida. Portanto, para aferir com segurança a dose de
radiação incidente em um neonato
é necessária apenas a comparação das cores de um conjunto de
soluções poliméricas com as
cores dispostas em uma tabela pré-definida[28-29]
. Contudo, o fato de se utilizar materiais
tóxicos, como clorofórmio, e vidro tornam o uso médico-hospital
desse dosímetro bastante
limitado. Baseado no princípio de funcionamento desse sensor e
visando o desenvolvimento
um sensor inteligente, de fácil leitura e principalmente seguro,
foi proposto neste trabalho a
concepção, o desenvolvimento, a caracterização e a fabricação de
filmes (selos) de materiais
orgânicos eletroluminescentes para uso como sensor de radiação
azul.
FIGURA 1.2: (a) Soluções de MEH-PPV expostas a radiação azul.
(b) Sensor de acúmulo de radiação
desenvolvimento no LAPPEM [36, 37]
.
1.1 – Objetivos e descrição do trabalho
Baseado na proposta de fabricação de um sensor de radiação azul
do tipo selo
inteligente que apresentasse segurança aos recém-nascidos e
mudança abrupta e irreversível
de cor como princípio básico de funcionamento, o objetivo
principal deste trabalho foi
-
5
preparar e caracterizar opticamente soluções e filmes
fotoluminescentes baseados em
polímeros e moléculas orgânicas pequenas para uso como elemento
ativo de sensores de
acúmulo de dose radiação com aplicações no controle e no
monitoramento de radiação azul
incidente em neonatos durante o tratamento da
hiperbilirrubinemia neonatal. Para atingir esse
objetivo, foram preparadas soluções e filmes de MEH-PPV e Alq3,
o primeiro um polímero
com emissão na região do vermelho (λ máx = 570 nm) e o segundo
um cristal orgânico com
emissão no verde (λ máx = 540 nm). Os sistemas, uma vez
preparados, foram expostos à
radiação (40μW/cm2, foco em 460 nm) e suas propriedades ópticas
investigadas por meio de
espectroscopia de absorção no UV-VIS, fotoemissão e diagramas de
cromaticidade (cor). Para
correlacionar as mudanças das cores refletidas e emitidas de
soluções e filmes com as
alterações nas estruturas químicas dos materiais, foram
realizadas medidas de cromatografia
de exclusão por tamanho, espectroscopias de absorção no
infravermelho e de ressonância
magnética nuclear em estado sólido bem como espectrometria de
massas. Neste contexto, essa
dissertação foi dividida em 8 partes. A revisão da literatura é
apresentada no Capítulo 2, que
aborda os conceitos principais envolvidos nos fenômenos de
fluorescência, de
fotodegradação, como também o atual estágio de desenvolvimento
de moléculas orgânicas
conjugadas e os detalhes do monitoramento da radiação azul
incidente em recém-nascidos
durante o tratamento da hiperbilirrubinemia neonatal. Em
seguida, no Capítulo 3, são
apresentadas as principais características do MEH-PPV e do Alq3,
além dos métodos de
preparação dos sistemas orgânicos utilizados nesse trabalho. No
Capítulo 4, por sua vez, são
descritos os equipamentos utilizados na caracterização dos
materiais. Os resultados obtidos
são, então, mostrados, analisados e discutidos no Capítulo 5,
enquanto as o desenvolvimento
dos dosímetros é apresentado no Capítulo 6 e a conclusão do
trabalho apresentada no
Capítulo 7. Finalmente, o Capítulo 8 apresenta os principais
resultados gerados durante o
desenvolvimento deste trabalho, com especial destaque ao
Primeiro lugar do Prêmio de
Incentivo à Ciência e Tecnologia aplicada ao SUS, além da
publicação do artigo G. R.
Ferreira, C. K. B. de Vasconcelos e R. F. Bianchi, Design and
characterization of a novel
indicator-dosimeter for blue-light radiation and its
applications in the treatment of neonatal
jaundice, Medical Physics 36, 2, 642-644 (2009).
-
6
CAPÍTULO II
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Neste capítulo é apresentada uma breve revisão sobre as
principais características dos
polímeros conjugados que aborda desde suas principais
características físico-químicas até as
vantagens de suas aplicações em sensores de acúmulo de radiação
não ionizante para
aplicações médico-hospitalares. Para tanto, foram discutidos os
principais mecanismos
envolvidos nos processos de fluorescência e de fotodegradação
dos polímeros luminescentes,
como também a importância do monitoramento da radiação azul
utilizada em fototerapia
neonatal.
2.1- Compostos orgânicos conjugados
Compostos orgânicos são moléculas cuja cadeia principal é
formada por ligações
covalentes entre átomos de carbonos. Os polímeros representam
uma classe destes compostos,
comumente chamados de plásticos, cuja estrutura é formada por
unidades químicas que se
repetem ao longo de suas cadeias poliméricas principais
conhecidas como meros[38]
. Na
indústria eletro-eletrônica estes materiais foram durante muito
tempo aplicados como
isolantes elétricos, porém com a descoberta da
eletroluminescência em cristais de antraceno[1]
em 1963, da alta condutividade elétrica do trans-poliacetileno
(t-PA)[4]
em 1977 e da
descoberta da eletroluminescência do poli(p-fenilenovinileno)
(PPV) em 1990[39]
, essa
classificação mudou drasticamente e, os polímeros começaram a
ser investigados não apenas
como isolantes elétricos mas também como semicondutores e
condutores de eletricidade.
Como resultado dessas descobertas e dos avanços nas pesquisas
científicas e tecnológicas
desses materiais, sobretudo na área de dispositivos eletrônicos,
deu-se início ao
desenvolvimento de uma nova área da eletrônica, a chamada
eletrônica orgânica. Nos
próximos itens é apresentado como a descoberta e compreensão das
propriedades físico-
químicas das moléculas orgânicas conjugadas contribuiu para o
desenvolvimento dessa área.
-
7
2.1.1 – A hibridização sp2 do carbono sua relação com as
propriedades de
moléculas orgânicas conjugadas
As propriedades eletrônicas dos semicondutores orgânicos podem
ser compreendidas
observando os orbitais moleculares dos átomos de carbono que
compõem sua cadeia
principal. Os polímeros ou moléculas pequenas que se comportam
como semicondutores
orgânicos apresentam cadeia principal constituída de átomos de
carbono hibridizados em sp2,
ou seja, átomos de carbono nos quais um orbital s se funde com
dois orbitais p, formando três
orbitais híbridos sp2, como mostrado na Fig. 2.1 na qual são
ilustrados os orbitais s e p
presentes no átomo de carbono ainda não hibridizado, Fig.
2.1(a), bem como o orbital p-puro
e os orbitais híbridos sp apresentados pelo átomo depois da
hibridização vistos de diferentes
ângulo, Fig. 2.1(b).
.
FIGURA 2. 1: Esquema representativo da hibridização do tipo sp2
em átomos de carbono. (a) orbital s
e dois dos orbitais p antes da hibridização; (b), (c) e (d)
orbitais híbridos sp2 mostrados de diferentes
ângulos[40]
.
Na Fig. 2.1 observa-se que os orbitais híbridos se distribuem em
um mesmo plano, ao
redor do núcleo do átomo, a uma distancia de 120° entre si, o
orbital não hibridizado
remanescente (p-puro) se localiza, então, perpendicularmente ao
plano destes orbitais. A
sobreposição de dois orbitais sp forma uma ligação , enquanto a
sobreposição de dois
orbitais p-puros forma uma ligação do tipo π. A título de
ilustração na Fig. 2.2 estão
-
8
mostrados os orbitais envolvidos na ligação entre dois átomos de
carbono sp2 no eteno,
mostrando, portanto, as ligações e π já citadas[40].
FIGURA 2.2: Esquema representativo dos orbitais envolvidos na
ligação entre dois C sp2: (a)
Início da sobreposição frontal entre orbitais sp de dois átomos
de carbono (b) Visão superior
da sobreposição entre orbitais sp2 e formação da ligação (c)
Visão lateral da sobreposição
entre orbitais sp2 e formação da ligação (d) Início da
sobreposição entre os orbitais p-puros
(e) Sobreposição entre os orbitais p-puros e formação da ligação
π (f) molécula do eteno,
formando por ligações /π entre átomos de C e ligação com átomos
de hidrogênio[40]
.
Na Fig. 2.2 é possível observar que a superposição dos orbitais
p é menos efetivo do
que a superposição entre dois orbitais sp2, portanto ligações
são mais estáveis que ligações
π. Os átomos de carbono ligados entre si por ligações
π-conjugadas apresentam, ainda,
encurtamento das distâncias interatômicas, fazendo com que estas
tenham um comprimento
de 1, 2 Å, enquanto as distancias interatômicas entre carbonos
sp3 apresentam comprimento
de 1,4 Å[40]. A combinação destes dois comportamentos confere
aos materiais cujas moléculas
possuem ligações π-conjugadas um comportamento eletrônico de
caráter semicondutor ou até
mesmo metálico[41]
. Energeticamente, os orbitais e π ligantes e anti-ligantes,
respectivamente , π, * e π*, e são distintos, conforme mostrado
na Fig. 2.3[41].
FIGURA 2. 3: Diagrama de níveis de energia da formação de
orbitais moleculares entre dois átomos de
carbono sp2[41]
.
ENER
GIA
-
9
Na Fig. 2.3 observa-se a diferença de energia entre os orbitais
, *, π e π*. É possível
notar que o orbital π é o de maior energia dentre os orbitais
ligantes (HOMO -
highest occupied molecular orbital) e o orbital π* (LUMO -
Lowest Unoccupied
Molecular Orbital) o de menor energia dentre os anti-ligantes.
Dessa forma a diferença
energética entre o HOMO e o LUMO (GAP) nessas moléculas é dada
pela diferença entre as
energias dos orbitais π e π*. Quando o GAP se encontra entre 1,4
e 3,3 eV, correspondendo a
comprimentos de onda compreendidos entre 890 e 370 nm, ou seja
dentro do espectro
eletromagnético visível, a molécula é capaz de emitir radiação
quando seus elétrons são
excitados por meio de luz (fotoluminescência) ou corrente
elétrica (eletroluminescência) cuja
diferença está na forma com que o estado eletrônico excitado é
gerado[42]
.
2.1.2 – Processos de absorção, emissão e transferência de
energia
Quando uma molécula absorve luz, a energia absorvida resulta na
promoção de um
elétron de um orbital molecular de menor energia para um de
maior energia, através de várias
combinações de energia cinética e potencial regidas pelo
princípio de Franck-Condon, o qual
postula que a transição mais provável é aquela na qual não há
alteração na posição ou no
momentum nuclear. Segundo este princípio configurações nucleares
do estado excitado devem
ser idênticas àquelas do estado fundamental[43]
. As transições eletrônicas entre os diferentes
orbitais moleculares ocorrem com diferentes intensidades de
energia, seguindo regras pré-
estabelecidas (regras de seleção de dipolo elétrico) segundo as
quais para haver uma interação
entre a molécula e o campo elétrico do fóton, é necessário que
exista um estado no qual os
estados fundamental e excitado, com diferentes simetrias, formem
um dipolo. Quanto maior a
intensidade desse dipolo, mais provável a ocorrência de uma
transição de dipolo elétrico[44,45]
há uma relação entre a variação no spin do elétron e sua
interação com o campo elétrico do
fóton. Em uma transição permitida, não há mudança na orientação
no spin do elétron, uma
vez que os fótons não têm spin e não poderiam induzir tais
mudanças. Sendo assim, a
transição de um elétron de um estado singleto (S), no qual os
spins estão emparelhados, para
um estado tripleto (T), onde os spins não estão emparelhados,
não é permitida, pois envolve
alteração no momento angular, violando a lei de conservação do
momento, além disso, quanto
mais provável for a transição, menor o tempo de vida da molécula
no estado eletrônico
excitado[45]
. Outra consideração a ser feita relacionada à absorção de luz é
que em moléculas
-
10
complexas, como polímeros conjugados, é que o fenômeno de
absorção resulta em transições
entre níveis rotacionais muito próximos e, por conseqüência,
todas as transições são
representadas por uma banda de absorção larga[44]
. Os estados excitados formados têm tempos
de vida curtos devido ao grande número de processos que podem
contribuir com sua
desativação de volta ao estado fundamental. O modo de dissipação
dessa energia dos estados
excitados é dado pelo diagrama de Jablonski, mostrado na Fig.
2.3. Nesse diagrama, somente
os estados de energia mais baixos estão mostrados, S1, S2, T1 e
T2[44-46-47]
.
FIGURA 2. 4: Diagrama de níveis de energia idealizado por
Jablonski mostrando as formas de
desativação de um cromóforo orgânico [47]
.
Na Fig. 2.4 é possível observar os diferentes modos pelos quais
estados excitados
podem relaxar. Do nível de menor energia S1, a molécula é
excitada e pode retornar a
qualquer um dos níveis vibracionais / rotacionais do estado
fundamental de mesma
multiplicidade, emitindo fluorescência. Esse fenômeno pode ser
resultante de processos uni
ou bimoleculares. Nos processos unimoleculares, o fenômeno é
resultante do decaimento
radiativo do cromóforo isolado, enquanto que, nos bimoleculares,
ocorre o decaimento de
espécies emissoras agregadas formadas no estado excitado, como
os excímeros e os
exciplexos, cuja formação é dependente da concentração,
viscosidade e temperatura [44]
.
Excímeros são dímeros no estado excitado, formados pela colisão
de uma molécula
excitada com uma molécula idêntica, não excitada M* + M ↔ [MM]*,
sendo que a notação
[MM]* significa que a energia de excitação está deslocalizada
entre as moléculas. Exciplexos,
por sua vez, são complexos no estado excitado, formados pela
colisão de uma molécula
-
11
excitada, doadora ou receptadora de elétrons, com uma molécula
diferente não excitada,
receptora ou doadora de elétrons R* + D ↔ [RD] *[48]
.
É possível ainda haver a formação de agregados no estado
fundamental, os quais são
espécies também associadas, igualmente dependentes da
concentração. Neste caso, tanto o
espectro de absorção quanto o espectro de fluorescência são
alterados, sendo que, o último
será deslocado para regiões de comprimentos de onda maiores. A
formação de excímeros e
agregados requer basicamente as mesmas condições e seus
decaimentos podem seguir o
mesmo caminho, mas são provenientes de diferentes mecanismos,
como mostrado na Fig. 2.5,
a qual ilustra as possibilidades de decaimento de excímeros e
agregados[49]
.
Para que ocorra a formação de excímero, a distância entre as
unidades paralelas deve
ser pequena o suficiente para permitir a sobreposição dos
orbitais, enquanto que, na formação
do agregado, a interação entre as unidades paralelas deve ser
suficientemente forte a ponto de
formar novas espécies no estado fundamental, sendo possível,
inclusive, a interação de mais
de um par de moléculas, as quais podem se dissociar ou não
durante o decaimento. Para o
excímero não existe correspondência entre o estado excitado e o
estado fundamental, pois
sempre ocorre dissociação[49]
.
FIGURA 2. 5: Possibilidades de decaimento radiativo e
não-radiativo de um excímero ou agregado.
Na Fig. 2.5 observam-se as possibilidades de decaimento de
excímeros e agregados: (i)
decaimento radiativo dissociativo; (ii) decaimento não radiativo
dissociativo; (iii) decaimento
não dissociativo e não radiativo e (iv) decaimento não
dissociativo radiativo, os decaimentos
não dissociativos acontecem exclusivamente a partir de
agregados[50]
.
Da mesma forma que a absorção, um espectro de fluorescência
poderá ou não ter uma
progressão vibracional que corresponde às transições do estado
vibracional de menor energia
do primeiro estado eletrônico excitado para os vários níveis
vibracionais do estado eletrônico
-
12
fundamental. Na Fig. 2.6 são representados os prováveis
espectros de absorção e de emissão a
partir da transição de níveis de energia.
FIGURA 2. 6: Esquema hipotético de níveis de energia mostrando
os processos de absorção
e de fluorescência e os correspondentes espectros.
Na Fig. 2.6 é possível notar que uma das transições apresentadas
está presente tanto na
absorção quanto na emissão de radiação, esta transição está
relacionada à sobreposição dos
espectros eletrônicos de absorção e de emissão e é conhecida
como transição 0-0. Visto que a
absorção ocorre sempre em transições a partir do mais baixo
nível vibracional do estado
fundamental (”) enquanto a emissão ocorre, exclusivamente, a
partir do mais baixo nível
vibracional do primeiro estado excitado (’), a transição de
energia que envolve os níveis
energético mais baixo, tanto do estado fundamental e do estado
excitado, está presente em
ambos os espectros e caracteriza a transição 0-0[44]
.
Como o fenômeno de absorção requer maior quantidade de energia
que as demais
transições, o espectro de emissão situa-se imediatamente na
direção de maiores comprimentos
de onda do espectro de absorção, definindo a lei de Stokes, a
qual postula que o comprimento
de onda da fluorescência será sempre maior que o da luz
utilizada na excitação[44]
. Se um
cromóforo é excitado a um estado eletrônico mais alto, por
exemplo, S2, ocorre um processo
-
13
extremamente rápido (conversão interna) o qual converte um
estado eletrônico excitado de
maior energia para o estado eletrônico excitado de mais baixa
energia como conseqüência de
transições próximas da superfície do potencial do estado
excitado acima do estado excitado de
mais baixa energia (S1). De maneira geral, conversões
eletrônicas entre estados de
multiplicidade idêntica de spin são conhecidas como conversões
internas (IC – “internal
convertion”) e, aquelas que ocorrem entre estados de diferentes
multiplicidades são
isoenergéticas, conhecidas como cruzamento intersistema (ISC –
“intersystem crossing”).
Esses processos são similares porque ambos envolvem a conversão
de energia eletrônica em
energia vibracional, seguida de rápida relaxação para o nível
vibracional menos energético do
estado excitado menos energético, sem emissão de fóton luz,
sendo, portanto, conhecidos
como fenômenos não-radiativos de dissipação de energia[42]
.
O cruzamento intersistema é um processo proibido, entretanto, é
facilitado por
acoplamento spin-órbita (SOC – “spin-orbit coupling”), originado
de interações magnéticas
entre o momento orbital do elétron e o momento magnético de
spin, resultando em uma
combinação de dois ou mais estados de diferentes
multiplicidades, relaxando as regras de
seleção de spin e permitindo o cruzamento intersistema
efetivo[42,43]
. O fenômeno associado
ao decaimento radiativo dos estados de diferentes
multiplicidades, usualmente T1 e S0, para
moléculas orgânicas, é chamado fosforescência. Uma vez que a
excitação direta de uma
molécula a um estado excitado tripleto, T1, é proibida pelas
regras de seleção, este estado é
populado somente por cruzamento intersistema do primeiro estado
excitado singleto, S1. Se
houver cruzamento intersistema do primeiro estado excitado
tripleto, T1, de volta para o
primeiro estado excitado singleto, S1, possível somente quando o
GAP de energia entre eles é
pequeno suficiente para permitir a repopulação térmica do estado
excitado singleto, ocorre o
fenômeno da fluorescência atrasada e seu tempo de vida será
correspondente a emissão dos
estados tripleto.
O decaimento pode ocorrer, ainda, com ausência de emissão de
radiação devido à
conversão de excitação eletrônica em movimentos rotacionais e
vibracionais da molécula,
fenômeno que consiste da conversão intramolecular da excitação
eletrônica em energia
vibracional e transferência dessa energia vibracional para o
meio[43]
. Esse processo pode ser
considerado como uma falha da aproximação de Born-Oppenheimer, a
qual considera que, em
uma molécula, os núcleos e os elétrons possuem cargas elétricas
e momento da mesma ordem
de magnitude e, por isso, numa escala de tempo relativa ao
movimento dos núcleos, muito
-
14
mais pesados, os elétrons, no estado excitado, relaxam
instantânea e rapidamente à sua
configuração do estado fundamental, portanto, sempre de maneira
radiativa[51]
.
A transferência de energia é definida como a doação de energia
de excitação de uma
molécula para outra ou de um cromóforo para outro. Enquanto a
transferência de energia
rotacional e vibracional entre moléculas pode ser entendida com
certa clareza em termos de
momento quantizado, teorias adicionais são requeridas para
explicar o fenômeno da
transferência eletrônica de energia. Uma das formas mais gerais
desse tipo de transferência
pode ser representada por: D* + R → D + R*, em que D representa
uma molécula doadora, R
representa uma molécula receptora e * denota a excitação
eletrônica. Essa representação
considera que, em um tempo inicial, a excitação pode ser
associada com D e, após algum
tempo, associada a R. O processo de transferência de energia
pode ocorrer de duas formas:
com o envolvimento de um fóton (nesse caso, transferência
radiativa de energia), ou por meio
de um processo não-radiativo, pela interação direta do doador
excitado com o receptor. Nem
todos os processos de transferência ocorrem segundo o esquema
representado anteriormente,
uma vez que alguns destes processos não resultam em excitação
eletrônica do receptor. Tais
processos podem ser descritos como: D* + R → DV + R
V. Nesse caso, a excitação eletrônica é
convertida em calor, isto é, em rotações e vibrações de ambos,
doador e receptor. A
transferência radiativa ou trivial de energia envolve a
reabsorção da emissão do doador pelo
receptor, num processo que pode ser representado por: D* → D +
hv, seguido de imediato
processo: hv + R → R*. Esse tipo de transferência de energia
pode ocorrer quando D e R são
moléculas similares, devido à sobreposição dos espectros de
emissão e de absorção. De forma
diferente, a transferência eletrônica de energia com ausência de
radiação envolve a simultânea
perda de excitação do doador e de excitação do receptor, a qual
requer uma interação direta
entre D e R e uma baixa energia de transição entre eles,
diferentes mecanismos têm sido
sugeridos para explicar esse fenômeno como: (i) Transferência
por Ressonância que ocorre
quando a separação do doador e do receptor é diversas vezes
maior que a soma dos seus raios
de Van der Waals (~100 Å), sendo importantes somente as forças
de interação coulômbicas e
negligenciáveis os efeitos de troca eletrônica; (ii)
Transferência por Troca na qual a
transferência de energia ocorre com perda de radiação e envolve
a troca de excitação
eletrônica entre doador e receptor quando estes estão próximos o
suficiente para que haja uma
sobreposição de nuvens eletrônicas, na qual os elétrons são
indistinguíveis. (iii) Transferência
Não Clássica mecanismo no qual é proposta a formação de um
exciplexo, entre a molécula
-
15
excitada do doador e do receptor, o qual, subseqüentemente,
sofre um rápido processo de
desativação[48]
.
2.1.3 – Aplicações de moléculas orgânicas conjugadas: eletrônica
orgânica
O caráter luminescente dos materiais orgânicos conjugados aliado
às suas variadas
vantagens como flexibilidade, baixo custo, facilidade de
processamento e manufatura atraiu o
interesse não só de grupos de pesquisa como de diversas empresas
ao redor do mundo nos
últimos anos. Hoje em dia, dezenas são os equipamentos
eletrônicos que utilizam tais
materiais[5-10]
. Destaca-se que em março de 2003, a Kodak lançou o primeiro
visor
policromático orgânico[52]
mostrado na Fig. 2.6. Com 2,2” de diâmetro, e sem necessidade
de
luz de fundo (backlight), este produto foi lançado em uma câmera
fotográfica digital com o
objetivo de impulsionar o mercado dos displays luminosos
orgânicos de pequenas áreas.
FIGURA 2.7: Display de alta definição policromático
confeccionado com material orgânico
não polimérico[52]
.
O uso de substâncias orgânicas conjugadas em dispositivos
eletroluminescentes
apresenta vantagens como facilidade de processamento,
flexibilidade, baixas tensões de
operação (menor de 10 V), simplicidade de composição estrutural
(óxido
condutor/polímero/metal) e, principalmente, possibilidade de
construção de painéis planos
com grande área etc. Atualmente, inúmeros polímeros
luminescentes são conhecidos e já
existem materiais com emissão nas cores amarela, laranja,
vermelha, verde, azul e violeta,
abrangendo praticamente toda a região visível do espectro
eletromagnético com grande
eficiência, brilho e uniformidade e permitindo, ainda, a
composição de cores necessária para a
obtenção de luz branca[53]
. Como já dito, a cor da emissão depende da diferença de
energia
entre os estados eletrônicos π-π* do polímero conjugado, e
decorre de vários fatores,
-
16
incluindo-se a estrutura química, o comprimento da conjugação, a
morfologia do material no
caso de sólidos ou, a concentração da solução. A estrutura
química do material tem forte
influência sobre a região espectral da emissão, justamente
porque a partir dela se definem os
níveis de energia, o potencial de ionização e a afinidade
eletrônica. Ademais, prevê-se
inúmeras aplicações em um futuro breve[41]
. No setor energético, polímeros poderão ser
usados como materiais ativos na área de iluminação de baixo
custo e baixo consumo de
energia bem como na produção de células fotovoltaicas[22]
. No setor optoeletrônico,
protótipos de telas de monitores planos e displays de telefones
portáteis, de DVD’s com
amplo ângulo de visão (165°) já são uma realidade, indicando uma
forte tendência de
mercado além de embalagens, roupas, tintas e papéis
inteligentes, estes são alguns poucos
exemplos do potencial tecnológico e comercial dos polímeros, ou
plásticos como são
popularmente conhecidos[5-9]
.
Mesmo com o estágio atual de desenvolvimento já citado, os
fenômenos responsáveis
pela eficiência luminosa e pelo tempo de vida destes
dispositivos ainda não são totalmente
compreendidos[12-25]
. Assim, enquanto promessas de novos dispositivos crescem a cada
dia, o
fraco desempenho destes sistemas e a mudança de suas
propriedades em função do tempo tem
inviabilizado várias destas aplicações comerciais[22]
. Muitos autores tem estudado este tema,
propondo que a otimização da eficiência luminosa e do tempo de
vida só será possível quando
os mecanismos ligados à sua degradação forem entendidos e
minimizados[19-22]
. Dentre estes
mecanismos destaca-se a fotooxidação da camada
polimérica[15]
. Devido à presença de luz e
oxigênio, a cadeia polimérica é oxidada com formação de
compostos carbonílicos[12-25]
diminuindo a extensão da conjugação da cadeia, o que modifica as
propriedades eletrônicas
dos polímeros e influencia o desempenho de seus dispositivos
luminosos[12,15-19-22]
. Apesar de
muito estudados os mecanismos e os produtos finais da
fotooxidação ainda não são
completamente estabelecidos ainda havendo controvérsias na
literatura. A Fig. 2.8 mostra o
que diferentes autores como Scott[12]
, Cumpston[15]
, Schurlot[16]
, Zyung[14]
, Hale[18]
, Atreya[19]
,
Ghosh[21]
, Arnautov[22]
e Chambon[23 - 25]
concluíram a respeito da fotooxidação de polímeros
derivados do PPV ao longo dos últimos vinte anos.
-
17
FIGURA 2. 8: Esquema representativo a respeito das conclusões
relacionadas à fotooxidação por
diferentes autores nos últimas décadas[12-25]
.
Na Fig. 2.8 observa-se que aspectos relacionados à estabilidade
do MEH-PPV e outros
derivados do PPV tem sido amplamente estudados nas últimas
décadas. É possível notar,
também, as inúmeras controvérsias existentes na literatura em
relação à fotooxidação do
destes polímeros havendo ainda hoje discrepâncias em relação ao
produto final formado na
degradação e não há, ainda, consenso quanto aos mecanismos de
reação envolvidos. Pode-se
destacar, por exemplo, que Cumpton et al.[15]
encontram, como produtos da degradação,
ésteres e aldeídos. A formação de ésteres também é proposta por
Shutherland et al.,[16]
enquanto Zyung[14]
et al e Hale et al [18]
relatam a formação de ácidos carboxílicos. A cisão de
ligações não é citada por nenhum destes autores (apesar de
subentendida na formação de
aldeídos. No entanto Atreya[19]
et al propõem que ocorre quebra na cadeia principal
polimérica ou perda dos grupos laterais devido ao aumento de
grupamentos CH3, observado
por FTIR. Outro fator divergente relaciona-se à estabilidade dos
derivados ramificados em
relação ao PPV. Acredita-se que o PPV seja mais estável quando
exposto à radiação do que
seus derivados alcóxi[17,20]
, fato explicado pelo aumento da susceptibilidade à oxidação
ocasionado pela adição de grupos laterais doadores de elétrons.
Por fim, Scott et al.[12]
discutem a possibilidade de a oxidação ocorrer principalmente
devido ao oxigênio liberado
pelo cátodo durante o funcionamento dos dispositivos, enquanto
Chambon et al. [22-25]
mostram que a cadeia polimérica reage principalmente com o
oxigênio atmosférico e propõe
um novo mecanismo de reação para a oxidação dos derivados do PPV
diferente do
-
18
anteriormente proposto por Cumpton et al[15]
. Ademais, recentemente diversas tentativas de
melhorar a estabilidade desta classe de polímero vêm sendo
relatadas com a adição de
antioxidantes, aceptores de elétrons, desenvolvimento de blendas
com polímeros com baixa
permeabilidade a gases e adição de camada protetora entre o
eletrodo (ITO) e a camada
eletroluminescente (PPVs)[12-25]
. Em resumo, o estudo da degradação do MEH-PPV e de
outros polímeros derivados do PPV ainda é um tema de grande
interesse científico e
tecnológico não apenas pelas questões que ainda se encontram em
aberto na literatura, como
mostrado anteriormente, como também pelo fato de que sem o
completo entendimento do
processo de fotooxidação desta classe de materiais, a utilização
destes polímeros, nas diversas
possíveis aplicações tem sido limitada, pois a compreensão de
sua degradação é crucial para
possibilitar predizer e melhorar o tempo de vida e a
durabilidade do polímero e seus produtos
comerciais, sendo a elucidação dos mecanismos químicos e físicos
um passo importante para
atingir este objetivo[19]
.
2.1.4 – Aplicação dos compostos orgânicos conjugados como
sensores de
radiação
Se do ponto de vista da tecnologia de displays a degradação tem
limitado a
comercialização dos dispositivos, este fenômeno surge como uma
importante característica
para o desenvolvimento de novos dispositivos eletrônicos nos
quais a variação de suas
propriedades ópticas e elétricas sob exposição à luz torna-se
aspecto de grande interesse
científico e tecnológico[26-29,36-37]
. Em particular o crescente número de estudos na área de
radiação encontra justificativa tanto nos malefícios causados às
pessoas por exposição a este
tipo de radiação, como a ocorrência de câncer de pele, bem como,
nos benefícios, por
exemplo, em tratamentos da hiperbilirrubinemia neonatal,
freqüentemente usado na prática
rotineira em neonatologia[32-34]
. O fato dos espectros de absorção e fotoluminescência de
materiais orgânicos luminescentes, como o
poli(2-metóxi,5-etil(2-
hexilóxi)parafenilenovinileno) e o tris-(8-hidroxiquinolinolato)
de alumínio (III), sofrerem
alterações quando expostos à radiação não ionizante[11-12]
abre possibilidades para a confecção
de sensores de radiação ou dosímetros com grande potencial de
aplicação na área médica, não
apenas no controle da exposição à radiação por pacientes
neonatais[32-35]
, como também das
taxas de exposição excessivas com propósito de bronzeamento
artificial, ou ainda, no setor de
-
19
segurança do trabalho, no controle das taxas de exposição de
trabalhadores civis e rurais à
radiação ultra-violeta[28]
.
Aplicações de materiais orgânicos como sensores para fototerapia
neonatal
O desenvolvimento da área de dosimetria é cada vez mais
consistente com a
introdução de novos dispositivos que, colocados em um meio onde
exista um campo de
radiação, são capazes de indicar sua presença [26-29]
. O dosímetro ideal deve ser capaz de
medir a dose emitida por uma fonte de radiação e também
apresentar exatidão, precisão,
limite de detecção, faixa de medida, dependência de energia,
resolução espacial e facilidade
de operação. Contudo, essas e outras exigências não são
plenamente satisfeitas por nenhum
dosímetro conhecido atualmente. Isso torna o desenvolvimento de
sistemas de
monitoramento, controle e/ou identificação de radiação cada vez
mais estimulante e bastante
oportuno. Como resultado há nas áreas médicas, hospitalares e
afins, grande interesse no
desenvolvimento de dispositivos que possam inferir não somente a
dose de radiação absorvida
por um dado indivíduo ou meio material, mas que seja eficiente
para uma dada especificação
(ex: controle de dose, identificação de faixa de radiação etc.),
de baixo custo e/ou fácil
processamento. Nesse contexto, os compostos conjugados têm
recebido grande destaque na
literatura, pois podem apresentar mudanças acentuadas nas suas
propriedades ópticas e/ou
elétricas quando expostos a diferentes fontes e doses de
radiação[26-29,53-54]
. Os poli(p-
fenilenovinilenos) – PPVs e o Alq3 são bons exemplos desses
materiais pelo fato de suas
propriedades de absorção e emissão óptica, na região do visível,
serem drasticamente
alteradas quando o polímeros é submetido, por exemplo, a
radiação não-ionizante[17,18,21,26-29]
.
Por outro lado, também se abre perspectivas para o uso dos
compostos luminescentes como
elemento ativo de dosímetros para radiação não-ionizante. Isso
se deve a necessidade das
áreas medidas em se monitorar tratamentos de doenças neonatais
via fototerapia, por
exemplo, a hiperbilirrubinemia, onde resultados da literatura
mostram que os PPVs são
bastante sensíveis a essa radiação[26-29]
. No LAPPEM, laboratório onde este dosímetro é
desenvolvido, foi patenteado e realizado um trabalho sobre um
dosímetro de radiação azul
com aplicação em fototerapia neonatal. Esse dispositivo
apresenta como princípio de
funcionamento a mudança de tonalidade da coloração da solução de
MEH-PPV, bem como da
intensidade de fotoluminescência. Tal dosímetro apresenta
vantagens como fácil leitura e
-
20
baixo custo, além de ser o primeiro tipo apresentado na
literatura. Por essa razão o trabalho
foi laureado com a segunda colocação no Prêmio de Ciência e
Tecnologia da Sociedade
Mineira de Engenheiros, em Nov/2007[36]
e primeira colocação no 3º Prêmio Werner von
Siemens de Inovação Tecnológica [37]
.
2.2.1 - Hiperbilirrubinemia neonatal e fototerapia com luz
azul
A hiperbilirrubinemia neonatal é a patologia mais comum
encontrado na prática
clínica diária em neonatologia, pois 80% dos recém-nascidos (RN)
podem apresentar algum
grau de icterícia já nos primeiros dias de vida[34]
. É encontrada praticamente em todos os
neonatos pré-termo de muito baixo peso e pode apresentar-se
clinicamente como icterícia,
coloração amarelada da pele, escleróticas e membranas mucosas
conseqüente à deposição do
pigmento biliar nesses locais. Por sua vez, ela está intimamente
relacionada à boa maturidade
funcional hepática[55-58]
. Por ausência desta maturidade a capacidade de excretar
metabólitos
endogenamente formados como a bilirrubina é alterada[55-58]
. Os pigmentos biliares
(bilirrubina) são constituídos por uma cadeia de quatro anéis
pirrólicos ligados por três pontes
de carbono. A bilirrubina deriva principalmente da desintegração
da hemoglobina e apresenta
extensa porção de cadeias carbônicas bem como sítios polares ao
longo da cadeia, carbonilas,
carboxilas e grupos amino, mas mesmo assim é hidrofóbica devido
ao posicionamento destes
sítios polares. A Fig. 2.9 mostra a estrutura química do
pigmento.
FIGURA 2. 9: Fórmula estrutural da molécula de bilirrubina.
Na Fig. 2.9 observa-se a estrutura química da molécula de
bilirrubina, em sua forma
insolúvel em água conhecida como bilirrubina não conjugada. A
bilirrubina não conjugada ou
indireta liga-se reversivelmente à albumina, forma pela qual é
transportada no plasma
sangüíneo. No fígado, os hepatócitos conjugam esta molécula ao
ácido glicurônico tornando-a
hidrossolúvel, em condições normais a molécula é rapidamente
captada e metabolizada pelo
-
21
fígado que a prepara para ser eliminada pois após a conjugação
pode ser eliminada para a bile.
Após a conjugação, a bilirrubina vai para os canalículos
biliares mediante mecanismo ativo ao
atravessar a membrana dos hepatócitos chegando ao intestino
delgado, onde será reduzida a
estercobilina pela presença de bactérias da flora local e uma
pequena quantidade será
hidrolisada para bilirrubina indireta (pela enzima beta
glicuronidase) e reabsorvida pela
circulação entero-hepática. Contudo, no recém nascido, a flora
intestinal está ausente até em
torno da primeira semana de vida e a beta glicuronidase está
presente de forma ativa,
aumentando a quantidade de bilirrubina indireta que será
reabsorvida.
O metabolismo fetal da bilirrubina é diferente do adulto devido
à, além da falta de
flora intestinal já citada, imaturidade do fígado e é mais grave
quando há prematuridade e
baixo peso, indicando menor capacidade de metabolismo da
bilirrubina no período neonatal e
gerando aumento na concentração sérica de bilirrubina não
conjugada ou indireta que pode ser
simplesmente fisiológico ou patológico[54]
. Os neonatos podem apresentar, também, aumento
da bilirrubina conjugada (ou direta) no sangue que embora não
aconteça com freqüência
merece atenção, pois é sempre patológico. Esse aumento pode ser
explicado, por exemplo,
por alteração no transporte intracelular de bilirrubina
conjugada até a membrana do
hepatócito.
A grande maioria dos recém–nascidos apresenta valores elevados
de bilirrubina sem
uma etiologia específica. Quando presente em valores elevados, o
pigmento pode ultrapassar
a barreira hematoencefálica e impregnar-se no sistema nervoso
central desencadeando uma
síndrome neurológica chamada Kernicterus, extremamente grave,
que deixa seqüelas
neurológicas irreversíveis e com alta mortalidade[54]
. Adicionalmente a estes altos níveis
podem apresentar fatores associação facilitadores da impregnação
bilirrubínica em nível
cerebral. O pH sanguíneo interfere na solubilidade da
bilirrubina no plasma, determinando o
equilíbrio entre as formas ácida, monoânica e diânica. Em pH
igual a 7,4 a molécula é
estabilizada por pontes de hidrogênio que saturam os grupos
hidrofílicos tornando-a pouco
solúvel em água. Em meio alcalino, as pontes de hidrogênio se
abrem formando um anion
mono ou bivalente, com exposição de grupos hidrofílicos e maior
solubilidade. Na presença
de acidose os íons de hidrogênio saturam os grupos hidrofílicos,
diminuindo a solubilidade da
bilirrubina e favorecendo a formação de agregados que se
depositam nas células nervosas e
gerando o quadro de encefalopatia bilirrubínica[32]
. Tais condições são devastadoras e causam
lesões neurológicas irreversíveis, até mesmo o óbito do
neonato.
-
22
Afortunadamente, foi desenvolvida uma técnica terapêutica capaz
de utilizar a energia
luminosa na transformação da bilirrubina indireta em produtos
mais hidrossolúveis para
serem excretados, denominada Fototerapia. Desde 1958 quando
Cremer e Perryman[55]
observaram que a exposição de recém nascidos ictéricos a luz
fluorescente levava a uma
queda nos níveis sanguíneos de bilirrubina, a fototerapia vem
sendo extensivamente usada
como modalidade terapêutica para o tratamento da
Hiperbilirrubinemia Neonatal e tem se
apresentado capaz de controlar os níveis de bilirrubina em quase
todos os pacientes com raras
exceções em casos de eritroblastose fetal[56]
. Esta terapia consiste na aplicação de luz de alta
intensidade que, absorvida pela molécula de bilirrubina, promove
transformação fotoquímica
da molécula, que sofre alteração em sua estrutura formando
fotoprodutos capazes de serem
eliminados pelos rins ou pelo fígado sem sofrerem modificações
metabólicas. Nesse caso,
podem ocorrer três reações químicas: a foto-oxidação e as
isomerizações configuracional e
estrutural. Dentre estas reações se destaca a fotoisomerização
estrutural formando a
lumirrubina, principal fotoproduto e altamente solúvel em água
eliminando-se rapidamente na
urina. A formação deste isômero estrutural é atualmente
considerada o principal mecanismo
pelo qual a fototerapia diminui os níveis séricos da
bilirrubina[57]
. A título de ilustração a Fig.
2.10 mostra as transformações na molécula promovida pela energia
luminosa.
FIGURA 2.10: Esquema ilustrativo do mecanismo de transformação
da bilirrubina promovido pela
radiação[57]
.
Da Fig. 2.10 observa-se que com a incidência de radiação a
molécula é excitada sendo
que estes estados excitados reagem com o oxigênio formando
produtos de menor peso
-
23
molecular. Os estados excitados podem, ainda, se rearranjarem
formando isômeros estruturais
ou configuracioanais, sendo que o isômero estrutural lumirrubina
é o principal produto
formado no organismo humano exposto à fototerapia. Os
fotoisômeros formados são muito
menos lipofílicos que a molécula de bilirrubina e podem ser
excretados pela urina.
FIGURA 2.11: Espectro de absorção da bilirrubina
Na Fig. 2.11 observa-se que a molécula de bilirrubina absorve
energia luminosa
emitida no comprimento de onda entre 400-490 nm. Não resta
dúvida, portanto, de que a luz
azul (440-490 nm) é a mais eficaz para promover sua
fotoisomerização. A radiação emitida
nesta faixa penetra na epiderme e atinge o tecido subcutâneo.
Entretanto somente a bilirrubina
que estiver próxima da superfície da pele será afetada
diretamente pela luz e a eficácia da
fototerapia dependerá da quantidade de energia luminosa liberada
e a qualidade do espectro
luminoso também exerce influencia na formação do
fotoproduto.
Dessa forma, a eficácia terapêutica dos aparelhos de fototerapia
depende da
concentração sérica inicial da bilirrubina antes do tratamento,
superfície corporal exposta à
luz, distância entre a fonte luminosa e o paciente, dose e
irradiância emitida e tipo de luz
utilizada, além de características intrínsecas do recém nascido
como peso, nutrição em uso e
patologias associadas como mostrados na Fig. 2.12.
-
24
FIGURA 2. 12: Esquema representativo dos fatores que interferem
na eficácia da fototerapia no
tratamento da Hiperbilirrubinemia neonatal[57]
.
Na Fig. 2.12 observa-se que além de alguns fatores relacionados
ao recém-nascido,
como causa e tipo de hiperbilirrubinemia, peso, prematuridade e
nível de bilirrubina no
sangue, alguns fatores operacionais influenciam na eficácia da
terapêutica como, por
exemplo, tipo de radiação utilizada, distância entre fonte de
radiação e neonato e radiância
emitida pela fonte. A título de ilustração, a Fig. 2.13 mostra
um neonato exposto ao
tratamento fototerápico em uma unidade neonatal brasileira.
FIGURA 2. 13: Recém-nascido ictérico recebendo tratamento de
fototerapia. Foto: R.F.Bianchi
(2005).
radiação
-
25
Na Fig. 2.13 é possível observar a presença de alguns fatores
que interferem na
eficácia do tratamento fototerápico, como a grande distância
entre o neonato e a fonte de
radiação, existência de uma placa de acrílico, de uma toalha e
de um equipamento entre o
neonato e a fonte de radiação e balão de oxigênio em torno da
cabeça do neonato, além do
fato da lâmpada utilizada não ser a azul especial que oferece
maior eficiência a este
procedimento terapêutico. Vale ressaltar que a influência destes
fatores é desconhecida e
ignorada por muitos profissionais de saúde[33]
. Trabalhos recentes mostram que muitos
profissionais não seguem um padrão para realizar este
tratamento, usando diferentes tipos de
equipamentos e lâmpadas. Por exemplo, luz fluorescente branca,
combinação de lâmpadas
brancas e azuis e ou apenas lâmpadas azuis[33]
. Neste mesmo estudo foram entrevistados 89
profissionais de saúde, sendo 50 médicos (13 chefes de serviço,
3 médicos residentes e 34
médicos neonatologistas plantonistas) e 39 profissionais de
enfermagem (30 enfermeiras e 9
técnicos de enfermagem). Porém apenas três desses profissionais
de saúde em entrevista
relataram que as lâmpadas são trocadas regularmente, outros que
nunca são trocadas e alguns
sequer sabiam informar a respeito dessa necessidade. O mais
surpreendente é que as
informações variam inclusive dentro da mesma unidade de
tratamento. Quanto à verificação
da radiância, 50 % dos entrevistados afirmaram que existia uma
rotina no serviço para tal fim,
44 % afirmaram que não existia e 6 % não souberam informar nada
a esse respeito. Dos 45
profissionais que afirmaram existir uma rotina de verificação da
irradiância, 21 não souberam
informar a freqüência em que isso ocorria e os demais relataram
desde avaliação “diária” até
“a cada 60 dias”. Quando indagados a respeito da troca de
lâmpadas, 34 % dos profissionais
entrevistados declararam que as lâmpadas fluorescentes eram
trocadas regularmente, 37 %
afirmaram que as lâmpadas nunca eram trocadas e 29 % não
souberam responder nada sobre
esse assunto. Dos 30 profissionais que afirmaram que as lâmpadas
eram trocadas
regularmente, 26 não souberam precisar a freqüência dessas
trocas. Dos quatro restantes, um
relatou troca a cada quatro dias, um a cada 7 dias e dois a cada
90 dias. Quando questionados
a respeito de uma distância padronizada entre o recém-nascido
ictérico e a fonte luminosa,
96% dos profissionais afirmaram que ela existia em seu serviço,
porém, as respostas variaram
significativamente (de 20 cm até 70 cm)[33]
.
Outro ponto que merece especial atenção é que muitas das
unidades de fototerapia
brasileira possuem apenas equipamentos que não emitem a dose
mínima de radiação para a
eficiência do tratamento[30]
. Sabe-se que a dose terapêutica mínima de irradiância
corresponde
-
26
a 4 mw/cm2/nm
[30], sendo porém o ideal que a irradiância seja superior a 16
mw/cm
2/nm, já
que quanto maior a dose de irradiância liberada, mais eficaz
será a fototerapia [30]
. Entretanto,
vários trabalhos publicados demonstraram que a irradiância média
dos aparelhos de
fototerapia encontram-se abaixo da recomendada na literatura,
como mostrado na Fig. 2.14[57]
.
Alguns insucessos nessa terapia podem ser causados