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nanopartícula de plata

Micrografía electrónica de nanopartículas de plata. Las nanopartículas de plata son nanopartículas de plata con un tamaño comprendido entre 1 nm y 100 nm. [ 1 ] Si bien se las...

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Micrografía electrónica de nanopartículas de plata.

Las nanopartículas de plata son nanopartículas de plata con un tamaño comprendido entre 1  nm y 100 nm. [ 1 ] Si bien se las suele describir como «plata», algunas están compuestas por un alto porcentaje de óxido de plata debido a su elevada proporción de átomos de plata en la superficie con respecto a los átomos en el interior. Se pueden construir numerosas formas de nanopartículas según la aplicación. Las nanopartículas de plata más utilizadas son esféricas, pero también son comunes las de forma de diamante, octogonal y las láminas delgadas. Se utiliza típicamente como coloide , de ahí el nombre de plata coloidal . [ 1 ] 

Su superficie extremadamente grande permite la coordinación de una gran cantidad de ligandos . Las propiedades de las nanopartículas de plata aplicables a tratamientos humanos se están investigando en estudios de laboratorio y en animales, evaluando su eficacia potencial, bioseguridad y biodistribución . [ 2 ]

Métodos de síntesis

Química húmeda

Los métodos más comunes para la síntesis de nanopartículas se engloban en la categoría de química húmeda , o la nucleación de partículas dentro de una solución. Esta nucleación se produce cuando un complejo de iones de plata, generalmente AgNO₃ o AgClO₄ , se reduce a Ag coloidal en presencia de un agente reductor . Cuando la concentración aumenta lo suficiente, los iones de plata metálica disueltos se unen para formar una superficie estable. La superficie es energéticamente desfavorable cuando el cúmulo es pequeño, porque la energía ganada al disminuir la concentración de partículas disueltas no es tan alta como la energía perdida al crear una nueva superficie. [ 3 ] Cuando el cúmulo alcanza un cierto tamaño, conocido como radio crítico , se vuelve energéticamente favorable y, por lo tanto, lo suficientemente estable como para seguir creciendo. Este núcleo permanece entonces en el sistema y crece a medida que más átomos de plata se difunden a través de la solución y se adhieren a la superficie. [ 4 ] Cuando la concentración disuelta de plata atómica disminuye lo suficiente, ya no es posible que suficientes átomos se unan para formar un núcleo estable. En este umbral de nucleación, se detiene la formación de nuevas nanopartículas y la plata disuelta restante es absorbida por difusión hacia las nanopartículas en crecimiento en la solución.

A medida que las partículas crecen, otras moléculas de la solución se difunden y se adhieren a la superficie. Este proceso estabiliza la energía superficial de la partícula e impide que nuevos iones de plata alcancen la superficie. La adhesión de estos agentes de recubrimiento/estabilización ralentiza y, finalmente, detiene el crecimiento de la partícula. [ 5 ] Los ligandos de recubrimiento más comunes son el citrato trisódico y la polivinilpirrolidona (PVP), pero también se utilizan muchos otros en diversas condiciones para sintetizar partículas con tamaños, formas y propiedades superficiales particulares. [ 6 ]

Existen muchos métodos diferentes de síntesis húmeda, incluyendo el uso de azúcares reductores, reducción con citrato, reducción mediante borohidruro de sodio , [ 7 ] la reacción del espejo de plata, [ 8 ] el proceso de poliol, [ 9 ] crecimiento mediado por semillas, [ 10 ] y crecimiento mediado por luz. [ 11 ] Cada uno de estos métodos, o una combinación de ellos, ofrecerá diferentes grados de control sobre la distribución de tamaño, así como sobre las distribuciones de las disposiciones geométricas de la nanopartícula. [ 12 ]

Elsupikhe et al. (2015) descubrieron una nueva y muy prometedora técnica química húmeda. [ 13 ] Desarrollaron una síntesis ecológica asistida por ultrasonidos. Mediante tratamiento ultrasónico , se sintetizan nanopartículas de plata (AgNP) con κ-carragenano como estabilizador natural. La reacción se lleva a cabo a temperatura ambiente y produce nanopartículas de plata con estructura cristalina fcc sin impurezas. La concentración de κ-carragenano se utiliza para influir en la distribución del tamaño de partícula de las AgNP. [ 14 ]

Reducción de monosacáridos

Hay muchas maneras de sintetizar nanopartículas de plata; un método es a través de monosacáridos . Esto incluye glucosa , fructosa , maltosa , maltodextrina , etc., pero no sacarosa . También es un método simple para reducir los iones de plata a nanopartículas de plata, ya que generalmente implica un proceso de un solo paso. [ 15 ] Hay métodos que han indicado que estos azúcares reductores son esenciales para la formación de nanopartículas de plata. Muchos estudios indicaron que este método de síntesis verde, específicamente usando extracto de Cacumen platycladi, permitió la reducción de plata. Adicionalmente, el tamaño de la nanopartícula pudo controlarse dependiendo de la concentración del extracto. Los estudios indican que las concentraciones más altas se correlacionaron con un mayor número de nanopartículas. [ 15 ] Se formaron nanopartículas más pequeñas a niveles de pH altos debido a la concentración de los monosacáridos.

Otro método de síntesis de nanopartículas de plata incluye el uso de azúcares reductores con almidón alcalino y nitrato de plata . Los azúcares reductores tienen grupos aldehído y cetona libres , lo que les permite oxidarse a gluconato . [ 16 ] El monosacárido debe tener un grupo cetona libre porque para actuar como agente reductor primero sufre tautomerización . Además, si los aldehídos están unidos, se quedará en forma cíclica y no podrá actuar como agente reductor. Por ejemplo, la glucosa tiene un grupo funcional aldehído que puede reducir los cationes de plata a átomos de plata y luego se oxida a ácido glucónico . [ 17 ] La reacción para que los azúcares se oxiden ocurre en soluciones acuosas. El agente de recubrimiento tampoco está presente cuando se calienta.

Reducción de citrato

Un método temprano y muy común para sintetizar nanopartículas de plata es la reducción con citrato. Este método fue registrado por primera vez por MC Lea, quien produjo con éxito un coloide de plata estabilizado con citrato en 1889. [ 18 ] La reducción con citrato implica la reducción de una partícula fuente de plata, generalmente AgNO 3 o AgClO 4 , a plata coloidal utilizando citrato trisódico , Na 3 C 6 H 5 O 7 . [ 19 ] La síntesis generalmente se realiza a una temperatura elevada (~100  °C) para maximizar la monodispersidad (uniformidad tanto en tamaño como en forma) de la partícula. En este método, el ion citrato actúa tradicionalmente como agente reductor y ligando de recubrimiento, [ 19 ] lo que lo convierte en un proceso útil para la producción de AgNP debido a su relativa facilidad y corto tiempo de reacción. Sin embargo, las partículas de plata formadas pueden exhibir amplias distribuciones de tamaño y formar varias geometrías de partículas diferentes simultáneamente. [ 18 ] La adición de agentes reductores más fuertes a la reacción se utiliza a menudo para sintetizar partículas de tamaño y forma más uniformes. [ 19 ]

Reducción mediante borohidruro de sodio

La síntesis de nanopartículas de plata por reducción con borohidruro de sodio (NaBH 4 ) se produce mediante la siguiente reacción: [ 20 ]

Ag + + BH 4 − + 3 H 2 O → Ag 0 +B(OH) 3 +3,5 H 2

Los átomos metálicos reducidos formarán núcleos de nanopartículas. En general, este proceso es similar al método de reducción anterior con citrato. La ventaja de usar borohidruro de sodio radica en la mayor monodispersión de la población final de partículas. Esto se debe a que el NaBH₄ es un agente reductor más potente que el citrato. El impacto de la potencia del agente reductor se puede observar en un diagrama de LaMer, que describe la nucleación y el crecimiento de las nanopartículas. [ 21 ]

Cuando el nitrato de plata (AgNO₃ ) se reduce con un agente reductor débil como el citrato, la velocidad de reducción es menor, lo que significa que se forman nuevos núcleos y crecen los antiguos simultáneamente. Por esta razón, la reacción con citrato presenta una baja monodispersión. Dado que el NaBH₄ es un agente reductor mucho más fuerte, la concentración de nitrato de plata se reduce rápidamente, lo que acorta el tiempo durante el cual se forman y crecen nuevos núcleos simultáneamente, dando como resultado una población monodispersa de nanopartículas de plata.

Las partículas formadas por reducción deben tener sus superficies estabilizadas para evitar la aglomeración indeseable de partículas (cuando múltiples partículas se unen), el crecimiento o el engrosamiento. La fuerza impulsora de estos fenómenos es la minimización de la energía superficial (las nanopartículas tienen una gran relación superficie-volumen). Esta tendencia a reducir la energía superficial en el sistema puede contrarrestarse añadiendo especies que se adsorban a la superficie de las nanopartículas y disminuyan la actividad de la superficie de la partícula, evitando así la aglomeración de partículas según la teoría DLVO y evitando el crecimiento al ocupar sitios de unión para átomos metálicos. Las especies químicas que se adsorben a la superficie de las nanopartículas se denominan ligandos. Algunas de estas especies estabilizadoras de superficie son: NaBH₄ en grandes cantidades, [ 20 ] poli(vinilpirrolidona) (PVP), [ 22 ] dodecilsulfato de sodio (SDS), [ 20 ] [ 22 ] y/o dodecanotiol. [ 23 ]

Una vez formadas las partículas en solución, deben separarse y recolectarse. Existen varios métodos generales para eliminar las nanopartículas de una solución, como la evaporación de la fase solvente [ 23 ] o la adición de sustancias químicas a la solución que disminuyen la solubilidad de las nanopartículas [ 24 ] . Ambos métodos provocan la precipitación de las nanopartículas.

Proceso de poliol

El proceso de poliol es un método particularmente útil porque proporciona un alto grado de control sobre el tamaño y la geometría de las nanopartículas resultantes. En general, la síntesis de poliol comienza con el calentamiento de un compuesto de poliol como el etilenglicol , el 1,5-pentanodiol o el 1,2-propilenglicol7. Se añaden especies de Ag + y un agente de recubrimiento (aunque el propio poliol también suele ser el agente de recubrimiento). Las especies de Ag + se reducen entonces por el poliol a nanopartículas coloidales. [ 25 ] El proceso de poliol es altamente sensible a las condiciones de reacción, como la temperatura, el entorno químico y la concentración de sustratos. [ 26 ] [ 27 ] Por lo tanto, al cambiar estas variables, se pueden seleccionar varios tamaños y geometrías, como cuasi-esferas , pirámides, esferas y alambres. [ 12 ] Estudios posteriores han examinado con mayor detalle el mecanismo de este proceso, así como las geometrías resultantes bajo diversas condiciones de reacción. [ 9 ] [ 28 ]

Crecimiento mediado por semillas

El crecimiento mediado por semillas es un método sintético en el que pequeños núcleos estables crecen en un entorno químico separado hasta alcanzar el tamaño y la forma deseados. Los métodos de crecimiento mediado por semillas constan de dos etapas: nucleación y crecimiento. La variación de ciertos factores en la síntesis (por ejemplo, ligando, tiempo de nucleación, agente reductor, etc.) [ 28 ] permite controlar el tamaño y la forma finales de las nanopartículas, lo que convierte al crecimiento mediado por semillas en un método sintético popular para controlar la morfología de las nanopartículas.

La etapa de nucleación del crecimiento mediado por semillas consiste en la reducción de iones metálicos en un precursor a átomos metálicos. Para controlar la distribución de tamaño de las semillas, el período de nucleación debe ser corto para lograr la monodispersidad. El modelo de LaMer ilustra este concepto. [ 29 ] Las semillas suelen consistir en pequeñas nanopartículas, estabilizadas por un ligando . Los ligandos son pequeñas moléculas, generalmente orgánicas, que se unen a la superficie de las partículas, impidiendo que las semillas sigan creciendo. Los ligandos son necesarios ya que aumentan la barrera de energía de la coagulación, evitando la aglomeración. El equilibrio entre las fuerzas atractivas y repulsivas dentro de las soluciones coloidales puede modelarse mediante la teoría DLVO . [ 30 ] La afinidad de unión y la selectividad del ligando pueden utilizarse para controlar la forma y el crecimiento. Para la síntesis de semillas, debe elegirse un ligando con una afinidad de unión media a baja para permitir el intercambio durante la fase de crecimiento.

El crecimiento de nanosemillas implica colocar las semillas en una solución de crecimiento. Esta solución requiere una baja concentración de un precursor metálico, ligandos que se intercambien fácilmente con los ligandos preexistentes de las semillas y una concentración débil o muy baja de agente reductor. El agente reductor no debe ser lo suficientemente fuerte como para reducir el precursor metálico en la solución de crecimiento en ausencia de semillas. De lo contrario, la solución de crecimiento formará nuevos sitios de nucleación en lugar de crecer sobre los preexistentes (semillas). [ 31 ] El crecimiento es el resultado de la competencia entre la energía superficial (que aumenta desfavorablemente con el crecimiento) y la energía volumétrica (que disminuye favorablemente con el crecimiento). El equilibrio entre la energética del crecimiento y la disolución es la razón del crecimiento uniforme solo sobre semillas preexistentes (y la ausencia de nueva nucleación). [ 32 ] El crecimiento se produce por la adición de átomos metálicos de la solución de crecimiento a las semillas y el intercambio de ligandos entre los ligandos de crecimiento (que tienen una mayor afinidad de enlace) y los ligandos de las semillas. [ 33 ]

El rango y la dirección del crecimiento se pueden controlar mediante nanosemillas, la concentración del precursor metálico, el ligando y las condiciones de reacción (calor, presión, etc.). [ 34 ] El control de las condiciones estequiométricas de la solución de crecimiento controla el tamaño final de la partícula. Por ejemplo, una baja concentración de semillas metálicas con respecto al precursor metálico en la solución de crecimiento producirá partículas más grandes. Se ha demostrado que el agente de recubrimiento controla la dirección del crecimiento y, por lo tanto, la forma. Los ligandos pueden tener diferentes afinidades de unión a través de una partícula. La unión diferencial dentro de una partícula puede resultar en un crecimiento disímil a través de la partícula. Esto produce partículas anisotrópicas con formas no esféricas, incluyendo prismas , cubos y varillas. [ 35 ] [ 36 ]

Crecimiento mediado por la luz

También se han explorado síntesis mediadas por luz, donde la luz puede promover la formación de diversas morfologías de nanopartículas de plata. [ 11 ] [ 37 ] [ 38 ]

Reacción de espejo de plata

La reacción del espejo de plata implica la conversión de nitrato de plata en Ag(NH₃ ) OH. Posteriormente, el Ag(NH₃ ) OH se reduce a plata coloidal utilizando una molécula que contiene aldehído, como un azúcar. La reacción del espejo de plata es la siguiente:

2(Ag(NH 3 ) 2 ) + + RCHO + 2OH − → RCOOH + 2Ag + 4NH 3 . [ 39 ]

El tamaño y la forma de las nanopartículas producidas son difíciles de controlar y suelen presentar amplias distribuciones. [ 12 ] Sin embargo, este método se utiliza a menudo para aplicar recubrimientos delgados de partículas de plata sobre superficies, y se están realizando estudios adicionales para producir nanopartículas de tamaño más uniforme. [ 12 ]

implantación iónica

La implantación iónica se ha utilizado para crear nanopartículas de plata incrustadas en vidrio , poliuretano , silicona , polietileno y poli(metacrilato de metilo) . Las partículas se incrustan en el sustrato mediante bombardeo a altos voltajes de aceleración. A una densidad de corriente fija del haz iónico hasta cierto valor, se ha observado que el tamaño de las nanopartículas de plata incrustadas es monodisperso dentro de la población, [ 40 ] después de lo cual solo se observa un aumento en la concentración de iones. Se ha observado que un aumento adicional en la dosis del haz iónico reduce tanto el tamaño como la densidad de las nanopartículas en el sustrato objetivo, mientras que un haz iónico que opera a un alto voltaje de aceleración con una densidad de corriente que aumenta gradualmente produce un aumento gradual en el tamaño de las nanopartículas. Existen algunos mecanismos competitivos que pueden resultar en la disminución del tamaño de las nanopartículas: destrucción de las NP por colisión , pulverización catódica de la superficie de la muestra, fusión de partículas por calentamiento y disociación. [ 40 ]

La formación de nanopartículas embebidas es compleja, y aún no se han investigado todos los parámetros y factores que la controlan. La simulación por computadora sigue siendo difícil, ya que implica procesos de difusión y agrupamiento; sin embargo, puede dividirse en algunos subprocesos diferentes, como implantación, difusión y crecimiento. Tras la implantación, los iones de plata alcanzarán diferentes profundidades dentro del sustrato, lo que se aproxima a una distribución gaussiana con la media centrada en la profundidad X. Las condiciones de alta temperatura durante las etapas iniciales de la implantación aumentarán la difusión de impurezas en el sustrato y, como resultado, limitarán la saturación de iones incidentes, que es necesaria para la nucleación de nanopartículas. [ 41 ] Tanto la temperatura de implantación como la densidad de corriente del haz de iones son cruciales para controlar con el fin de obtener una distribución monodispersa del tamaño y la profundidad de las nanopartículas. Se puede utilizar una baja densidad de corriente para contrarrestar la agitación térmica del haz de iones y la acumulación de carga superficial . Después de la implantación en la superficie, las corrientes del haz pueden aumentarse a medida que aumenta la conductividad superficial. [ 41 ] La velocidad a la que se difunden las impurezas disminuye rápidamente después de la formación de las nanopartículas, que actúan como una trampa de iones móvil. Esto sugiere que el inicio del proceso de implantación es crítico para controlar el espaciado y la profundidad de las nanopartículas resultantes, así como el control de la temperatura del sustrato y la densidad del haz de iones. La presencia y naturaleza de estas partículas se pueden analizar utilizando numerosos instrumentos de espectroscopia y microscopía. [ 41 ] Las nanopartículas sintetizadas en el sustrato exhiben resonancias de plasmones superficiales como lo demuestran las bandas de absorción características; estas características experimentan desplazamientos espectrales dependiendo del tamaño de la nanopartícula y las asperezas superficiales, [ 40 ] sin embargo, las propiedades ópticas también dependen fuertemente del material del sustrato del compuesto.

Síntesis biológica

La síntesis biológica de nanopartículas ha proporcionado un medio para técnicas mejoradas en comparación con los métodos tradicionales que requieren el uso de agentes reductores dañinos como el borohidruro de sodio . Muchos de estos métodos podrían mejorar su huella ambiental al reemplazar estos agentes reductores relativamente fuertes. Los métodos biológicos comúnmente utilizados utilizan extractos de plantas o frutas, hongos e incluso partes de animales como el extracto de alas de insectos. [ 42 ] [ 43 ] [ 44 ] Los problemas con la producción química de nanopartículas de plata generalmente implican un alto costo y la longevidad de las partículas es corta debido a la agregación. La agresividad de los métodos químicos estándar ha impulsado el uso de organismos biológicos para reducir los iones de plata en solución a nanopartículas coloidales. [ 45 ] [ 46 ]

Además, el control preciso de la forma y el tamaño es vital durante la síntesis de nanopartículas, ya que las propiedades terapéuticas de las NP dependen íntimamente de estos factores. [ 47 ] Por lo tanto, el enfoque principal de la investigación en síntesis biogénica es desarrollar métodos que reproduzcan de manera consistente NP con propiedades precisas. [ 48 ] [ 49 ]

Hongos y bacterias

La síntesis bacteriana y fúngica de nanopartículas es práctica porque las bacterias y los hongos son fáciles de manipular y se pueden modificar genéticamente con facilidad. Esto proporciona un medio para desarrollar biomoléculas que pueden sintetizar AgNP de diversas formas y tamaños con alto rendimiento, lo que se encuentra a la vanguardia de los desafíos actuales en la síntesis de nanopartículas. Cepas fúngicas como Verticillium y cepas bacterianas como Klebsiella pneumoniae pueden usarse en la síntesis de nanopartículas de plata. [ 50 ] Cuando el hongo/bacteria se agrega a la solución, se libera biomasa proteica en la solución. [ 50 ] Los residuos donadores de electrones como el triptófano y la tirosina reducen los iones de plata en la solución aportados por el nitrato de plata. [ 50 ] Se ha encontrado que estos métodos crean eficazmente nanopartículas monodispersas estables sin el uso de agentes reductores dañinos.

Se ha descubierto un método para reducir iones de plata mediante la introducción del hongo Fusarium oxysporum . Las nanopartículas formadas por este método tienen un tamaño de entre 5 y 15  nm y están compuestas de hidrosol de plata . Se cree que la reducción de las nanopartículas de plata se produce mediante un proceso enzimático, y las nanopartículas resultantes son extremadamente estables debido a las interacciones con proteínas secretadas por el hongo.

La bacteria Pseudomonas stutzeri AG259, hallada en minas de plata , fue capaz de construir partículas de plata con forma de triángulos y hexágonos. El tamaño de estas nanopartículas variaba considerablemente, alcanzando algunas dimensiones superiores a la nanoescala habitual, con un tamaño de hasta 200  nm. Las nanopartículas de plata se encontraron en la matriz orgánica de la bacteria. [ 51 ]

Se han utilizado bacterias productoras de ácido láctico para producir nanopartículas de plata. Se ha descubierto que las bacterias Lactobacillus spp., Pediococcus pentosaceus, Enterococcus faecium y Lactococcus garvieae son capaces de reducir iones de plata a nanopartículas de plata. La producción de las nanopartículas tiene lugar en la célula a partir de las interacciones entre los iones de plata y los compuestos orgánicos de la célula. Se encontró que la bacteria Lactobacillus fermentum producía las nanopartículas de plata más pequeñas, con un tamaño promedio de 11,2  nm. También se encontró que esta bacteria producía las nanopartículas con la distribución de tamaño más pequeña y que las nanopartículas se encontraban principalmente en la superficie de las células. Asimismo, se observó que un aumento del pH incrementaba la velocidad de producción de las nanopartículas y la cantidad de partículas producidas. [ 52 ]

Plantas

También se ha logrado la reducción de iones de plata a nanopartículas de plata utilizando hojas de geranio . Se ha descubierto que añadir extracto de hoja de geranio a soluciones de nitrato de plata provoca una rápida reducción de sus iones de plata y que las nanopartículas producidas son particularmente estables. Las nanopartículas de plata producidas en solución tenían un tamaño comprendido entre 16 y 40  nm. [ 51 ]

En otro estudio, se utilizaron diferentes extractos de hojas de plantas para reducir iones de plata. Se encontró que, entre Camellia sinensis (té verde), pino , caqui , ginkgo , magnolia y plátano , el extracto de hoja de magnolia fue el mejor para crear nanopartículas de plata. Este método generó partículas con un rango de tamaño disperso de 15 a 500  nm, pero también se observó que el tamaño de las partículas podía controlarse variando la temperatura de reacción. La velocidad a la que el extracto de hoja de magnolia redujo los iones fue comparable a la de los métodos químicos. [ 45 ] [ 53 ]

El uso de plantas, microbios y hongos en la producción de nanopartículas de plata está abriendo el camino hacia una producción de nanopartículas de plata más respetuosa con el medio ambiente. [ 46 ]

Existe un método ecológico para sintetizar nanopartículas de plata utilizando extracto de hojas de Amaranthus gangeticus Linn. [ 54 ]

Productos y funcionalidad

En tamaños pequeños, las nanopartículas de plata suelen contener maclas, ya sean icosaédricas o decaédricas. [ 55 ] Los protocolos sintéticos para la producción de nanopartículas de plata pueden modificarse para producir nanopartículas con geometrías no esféricas y también para funcionalizarlas con diferentes materiales, como la sílice. La creación de nanopartículas de plata con diferentes formas y recubrimientos superficiales permite un mayor control sobre sus propiedades específicas de tamaño.

Estructuras anisotrópicas

Las nanopartículas de plata se pueden sintetizar en una variedad de formas no esféricas (anisotrópicas). Debido a que la plata, al igual que otros metales nobles, exhibe un efecto óptico dependiente del tamaño y la forma conocido como resonancia de plasmón de superficie localizada (LSPR) a nanoescala, la capacidad de sintetizar nanopartículas de Ag en diferentes formas aumenta enormemente la capacidad de ajustar su comportamiento óptico. Por ejemplo, la longitud de onda a la que ocurre la LSPR para una nanopartícula de una morfología (por ejemplo, una esfera) será diferente si esa esfera se cambia a una forma diferente. Esta dependencia de la forma permite que una nanopartícula de plata experimente una mejora óptica en un rango de diferentes longitudes de onda, incluso manteniendo el tamaño relativamente constante, simplemente cambiando su forma. Este aspecto se puede aprovechar en la síntesis para promover el cambio de forma de las nanopartículas a través de la interacción con la luz. [ 38 ] Las aplicaciones de esta expansión del comportamiento óptico aprovechada por la forma van desde el desarrollo de biosensores más sensibles hasta el aumento de la longevidad de los textiles. [ 56 ] [ 57 ]

nanoprismas triangulares

Las nanopartículas de forma triangular son un tipo canónico de morfología anisotrópica estudiada tanto para el oro como para la plata. [ 58 ]

Aunque existen muchas técnicas diferentes para la síntesis de nanoprismas de plata, varios métodos emplean un enfoque mediado por semillas, que implica primero la síntesis de  nanopartículas de plata pequeñas (de 3 a 5 nm de diámetro) que ofrecen una plantilla para el crecimiento dirigido de la forma en nanoestructuras triangulares. [ 7 ]

Las semillas de plata se sintetizan mezclando nitrato de plata y citrato de sodio en solución acuosa y añadiendo rápidamente borohidruro de sodio. Se añade nitrato de plata adicional a la solución de semillas a baja temperatura, y los prismas crecen reduciendo lentamente el exceso de nitrato de plata con ácido ascórbico. [ 7 ]

Con el método de síntesis de nanoprismas de plata mediado por semillas, la selectividad de una forma sobre otra puede controlarse parcialmente mediante el ligando de recubrimiento. Utilizando esencialmente el mismo procedimiento anterior, pero cambiando el citrato por poli(vinilpirrolidona) (PVP), se obtienen nanoestructuras cúbicas y en forma de varilla en lugar de nanoprismas triangulares. [ 59 ]

Además de la técnica mediada por semillas, los nanoprismas de plata también pueden sintetizarse mediante un método fotomediado, en el que las nanopartículas esféricas de plata preexistentes se transforman en nanoprismas triangulares simplemente exponiendo la mezcla de reacción a altas intensidades de luz. [ 60 ] [ 61 ] [ 38 ]

Nanocubos

Los nanocubos de plata se pueden sintetizar utilizando etilenglicol como agente reductor y PVP como agente estabilizador, en una reacción de síntesis de polioles (véase más arriba). Una síntesis típica con estos reactivos consiste en añadir nitrato de plata fresco y PVP a una solución de etilenglicol calentada a 140  °C. [ 62 ]

Este procedimiento puede modificarse para producir otra nanoestructura de plata anisotrópica, nanocables, simplemente dejando envejecer la solución de nitrato de plata antes de usarla en la síntesis. Al permitir que la solución de nitrato de plata envejezca, la nanoestructura inicial formada durante la síntesis es ligeramente diferente a la obtenida con nitrato de plata fresco, lo que influye en el proceso de crecimiento y, por lo tanto, en la morfología del producto final. [ 62 ]

Nanobarras, nanobarras y nanocables

Las nanobarras de plata (también clasificadas como nanobarras o nanocables según su relación de aspecto) son una clase de nanopartículas anisotrópicas ampliamente estudiadas por sus propiedades eléctricas y ópticas ajustables. Su morfología se controla típicamente mediante agentes de recubrimiento selectivos durante la síntesis. Por ejemplo, la polivinilpirrolidona (PVP) puede unirse fuertemente a las facetas {100} de las semillas de plata, mientras que interactúa más débilmente con las facetas {111}. Esta adsorción preferencial restringe el crecimiento en las superficies {100} y promueve la elongación en la dirección <110>, lo que finalmente resulta en la formación de estructuras en forma de varilla. [ 63 ]

Recubrimiento con sílice

Micrografía electrónica de nanopartículas de núcleo-corteza, compuestas por núcleos de plata oscura y capas de sílice clara.

En este método, la polivinilpirrolidona (PVP) se disuelve en agua mediante sonicación y se mezcla con partículas de coloides de plata . [ 1 ] La agitación activa asegura que la PVP se haya adsorbido a la superficie de la nanopartícula. [ 1 ] La centrifugación separa las nanopartículas recubiertas de PVP, que luego se transfieren a una solución de etanol para ser centrifugadas nuevamente y colocadas en una solución de amoníaco , etanol y Si(OEt 4 ) (TES). [ 1 ] La agitación durante doce horas da como resultado la formación de la capa de sílice que consiste en una capa circundante de óxido de silicio con un enlace éter disponible para agregar funcionalidad. [ 1 ] Variar la cantidad de TES permite diferentes espesores de las capas formadas. [ 1 ] Esta técnica es popular debido a la capacidad de agregar una variedad de funcionalidad a la superficie de sílice expuesta.

Metrología

Se dispone de varios materiales de referencia para nanopartículas de plata. [ 64 ] NIST RM 8017 contiene  nanopartículas de plata de 75 nm incrustadas en una torta del polímero polivinilpirrolidona para estabilizarlas contra la oxidación y prolongar su vida útil . Tienen valores de referencia para el tamaño medio de partícula utilizando dispersión dinámica de luz , dispersión de rayos X de ángulo ultrapequeño , microscopía de fuerza atómica y microscopía electrónica de transmisión ; y valores de referencia de distribución de tamaño para los dos últimos métodos. [ 65 ] [ 66 ] El material de referencia certificado BAM -N001 contiene nanopartículas de plata con una distribución de tamaño específica con un tamaño mediano ponderado por número de 12,6  nm medido por dispersión de rayos X de ángulo pequeño y microscopía electrónica de transmisión. [ 67 ]

Usar

Catálisis

El uso de nanopartículas de plata en catálisis ha cobrado gran relevancia en los últimos años. Si bien sus aplicaciones más comunes son medicinales o antibacterianas, se ha demostrado que las nanopartículas de plata presentan propiedades redox catalíticas para colorantes, benceno y monóxido de carbono. Otros compuestos aún no estudiados podrían beneficiarse de las nanopartículas de plata en catálisis, pero este campo aún no se ha explorado por completo.

NOTA: Este párrafo es una descripción general de las propiedades de las nanopartículas para la catálisis; no se limita a las nanopartículas de plata. El tamaño de una nanopartícula determina en gran medida las propiedades que exhibe debido a diversos efectos cuánticos. Además, el entorno químico de la nanopartícula juega un papel importante en las propiedades catalíticas. Teniendo esto en cuenta, es importante señalar que la catálisis heterogénea se produce por adsorción de las especies reactivas al sustrato catalítico. Cuando se utilizan polímeros , ligandos complejos o tensioactivos para evitar la coalescencia de las nanopartículas, la capacidad catalítica se ve frecuentemente obstaculizada debido a la reducción de la capacidad de adsorción. [ 68 ] Sin embargo, estos compuestos también pueden utilizarse de tal manera que el entorno químico mejore la capacidad catalítica.

Sostenido sobre esferas de sílice – reducción de colorantes

Se sintetizaron nanopartículas de plata sobre un soporte de esferas de sílice inertes. [ 68 ] El soporte prácticamente no influye en la actividad catalítica y sirve para prevenir la coalescencia de las nanopartículas de plata en solución coloidal . De esta manera, las nanopartículas de plata se estabilizaron y fue posible demostrar su capacidad para actuar como transportadores de electrones en la reducción de colorantes con borohidruro de sodio . [ 68 ] Sin el catalizador de nanopartículas de plata, prácticamente no se produce reacción entre el borohidruro de sodio y los distintos colorantes: azul de metileno , eosina y rosa de bengala .

Aerogel mesoporoso: oxidación selectiva del benceno

Las nanopartículas de plata soportadas en aerogel son ventajosas debido al mayor número de sitios activos . [ 69 ] La mayor selectividad para la oxidación de benceno a fenol se observó con un bajo porcentaje en peso de plata en la matriz de aerogel (1% Ag). Se cree que esta mejor selectividad es resultado de la mayor monodispersión dentro de la matriz de aerogel de la muestra de 1% Ag. Cada solución de porcentaje en peso formó partículas de diferentes tamaños con un rango de tamaño distinto. [ 69 ]

Aleación de plata: oxidación sinérgica del monóxido de carbono

Se ha demostrado que las nanopartículas de aleación Au-Ag tienen un efecto sinérgico en la oxidación del monóxido de carbono (CO). [ 70 ] Por sí sola, cada nanopartícula de metal puro muestra una actividad catalítica muy baja para la oxidación de CO ; juntas, las propiedades catalíticas se mejoran enormemente. Se propone que el oro actúa como un agente de unión fuerte para el átomo de oxígeno y la plata sirve como un catalizador oxidante fuerte, aunque el mecanismo exacto aún no se comprende completamente. Cuando se sintetizaron en una relación Au/Ag de 3:1 a 10:1, las nanopartículas de aleación mostraron una conversión completa cuando se alimentó 1% de CO en aire a temperatura ambiente. [ 70 ] El tamaño de las partículas de aleación no jugó un papel importante en la capacidad catalítica. Es bien sabido que las nanopartículas de oro solo muestran propiedades catalíticas para el CO cuando tienen  un tamaño de ~3 nm, pero las partículas aleadas de hasta 30  nm demostraron una excelente actividad catalítica, una actividad catalítica mejor que la de las nanopartículas de oro sobre un soporte activo como TiO 2 , Fe 2 O 3 , etc. [ 70 ]

Iluminación mejorada

Los efectos plasmónicos se han estudiado ampliamente. Hasta hace poco, no había estudios que investigaran la mejora catalítica oxidativa de una nanoestructura mediante la excitación de su resonancia de plasmón superficial . La característica definitoria para mejorar la capacidad catalítica oxidativa se ha identificado como la capacidad de convertir un haz de luz en forma de electrones energéticos que pueden transferirse a moléculas adsorbidas. [ 71 ] La implicación de dicha característica es que las reacciones fotoquímicas pueden ser impulsadas por luz continua de baja intensidad acoplada con energía térmica .

Se ha realizado el acoplamiento de luz continua de baja intensidad y energía térmica con nanocubos de plata. La característica importante de las nanoestructuras de plata que permite la fotocatálisis es su capacidad para crear plasmones de superficie resonantes a partir de luz en el rango visible. [ 71 ]

La adición de mejora de la luz permitió que las partículas se desempeñaran al mismo nivel que las partículas calentadas hasta 40 K más. [ 71 ] Este es un hallazgo significativo si se observa que una reducción de la temperatura de 25 K puede aumentar la vida útil del catalizador casi diez veces, al comparar el proceso fototérmico y el térmico . [ 71 ]  

Investigación biológica

Los investigadores han explorado el uso de nanopartículas de plata como portadores para administrar diversas sustancias, como pequeñas moléculas de fármacos o grandes biomoléculas, a objetivos específicos. Una vez que la nanopartícula de plata ha tenido tiempo suficiente para alcanzar su objetivo, la liberación de la sustancia podría activarse mediante un estímulo interno o externo. La focalización y acumulación de nanopartículas puede proporcionar altas concentraciones de la sustancia en sitios específicos y minimizar los efectos secundarios. [ 72 ]

Quimioterapia

Se espera que la introducción de la nanotecnología en la medicina impulse el diagnóstico por imagen del cáncer y los estándares para el diseño de fármacos terapéuticos. [ 73 ] La nanotecnología puede revelar información sobre la estructura, la función y el nivel organizativo del biosistema a nanoescala. [ 74 ]

Las nanopartículas de plata pueden someterse a técnicas de recubrimiento que ofrecen una superficie funcionalizada uniforme a la que se pueden añadir sustratos . Cuando la nanopartícula se recubre, por ejemplo, con sílice, la superficie existe como ácido silícico. De este modo, los sustratos pueden añadirse a través de enlaces éter y éster estables que no se degradan inmediatamente por las enzimas metabólicas naturales . [ 75 ] [ 76 ] Aplicaciones quimioterapéuticas recientes han diseñado fármacos anticancerígenos con un enlazador fotocindible, [ 77 ] como un puente orto-nitrobenzilo, uniéndolo al sustrato en la superficie de la nanopartícula. [ 75 ] El complejo de nanopartículas de baja toxicidad puede permanecer viable bajo ataque metabólico durante el tiempo necesario para distribuirse por los sistemas del cuerpo. [ 75 ] Si se está tratando un tumor canceroso, se puede introducir luz ultravioleta sobre la región del tumor. [ 75 ] La energía electromagnética de la luz hace que el enlazador fotorreactivo se rompa entre el fármaco y el sustrato de la nanopartícula. [ 75 ] El fármaco ahora se escinde y se libera en una forma activa inalterada para actuar sobre las células tumorales cancerosas. [ 75 ] Las ventajas previstas para este método son que el fármaco se transporta sin compuestos altamente tóxicos, se libera sin radiación dañina ni depende de que se produzca una reacción química específica y se puede liberar selectivamente en un tejido objetivo. [ 75 ] [ 76 ]

Un segundo enfoque consiste en unir un fármaco quimioterapéutico directamente a la superficie funcionalizada de la nanopartícula de plata, combinada con una especie nucleofílica para que experimente una reacción de desplazamiento. Por ejemplo, una vez que el complejo fármaco-nanopartícula entra o se encuentra cerca del tejido o las células diana, se puede administrar un monoéster de glutatión en el sitio. [ 78 ] [ 79 ] El oxígeno del éster nucleofílico se unirá a la superficie funcionalizada de la nanopartícula mediante un nuevo enlace éster, mientras que el fármaco se libera a su entorno. [ 78 ] [ 79 ] El fármaco ahora está activo y puede ejercer su función biológica en las células inmediatamente adyacentes a su entorno, limitando las interacciones no deseadas con otros tejidos. [ 78 ] [ 79 ]

resistencia a múltiples fármacos

Una de las principales causas de la ineficacia de los tratamientos de quimioterapia actuales es la resistencia a múltiples fármacos , que puede surgir de varios mecanismos. [ 80 ]

Las nanopartículas pueden proporcionar un medio para superar la MDR. [ 81 ] En general, cuando se utiliza un agente de focalización para administrar nanotransportadores a células cancerosas, es imperativo que el agente se una con alta selectividad a moléculas que se expresan de forma única en la superficie celular. Por lo tanto, las NP se pueden diseñar con proteínas que detectan específicamente células resistentes a fármacos con proteínas transportadoras sobreexpresadas en su superficie. [ 82 ] Un inconveniente de los sistemas de administración de nanofármacos comúnmente utilizados es que los fármacos libres que se liberan de los nanotransportadores al citosol se exponen nuevamente a los transportadores MDR y se exportan. Para resolver esto, las  nanopartículas de plata cristalina de 8 nm se modificaron mediante la adición del activador transcripcional transactivador (TAT), derivado del virus VIH-1 , que actúa como un péptido penetrante celular (CPP). [ 83 ] Generalmente, la eficacia de las AgNP es limitada debido a la falta de una captación celular eficiente; sin embargo, la modificación con CPP se ha convertido en uno de los métodos más eficientes para mejorar la administración intracelular de nanopartículas. Una vez ingeridas, la exportación de las nanopartículas de plata (AgNP) se ve impedida por un mecanismo de exclusión por tamaño. El concepto es sencillo: las nanopartículas son demasiado grandes para ser expulsadas por los transportadores MDR, ya que la función de eflujo está estrictamente limitada al tamaño de sus sustratos, que generalmente oscila entre 300 y 2000 Da. De este modo, las nanopartículas permanecen inmunes al eflujo, lo que les permite acumularse en altas concentraciones.

Otros mecanismos mediante los cuales las nanopartículas de plata evaden la MDR incluyen la interferencia con la replicación viral, la prevención de la fusión viral con la membrana de la célula huésped, la unión directa a los viriones y la lisis de los viriones. [ 84 ]

Antimicrobiano

La introducción de plata en las células bacterianas induce un alto grado de cambios estructurales y morfológicos, que pueden provocar la muerte celular. Al entrar en contacto con las bacterias, las nanopartículas de plata se adhieren a la pared celular y a la membrana celular. [ 85 ] Una vez unidas, parte de la plata pasa al interior e interactúa con compuestos que contienen fosfato, como el ADN y el ARN , mientras que otra parte se adhiere a las proteínas que contienen azufre en la membrana. [ 85 ] Las interacciones plata-azufre en la membrana provocan cambios estructurales en la pared celular, como la formación de fosas y poros. [ 86 ] A través de estos poros, los componentes celulares se liberan al fluido extracelular, simplemente debido a la diferencia osmótica . Dentro de la célula, la integración de la plata crea una región de bajo peso molecular donde el ADN se condensa. [ 86 ] El ADN en estado condensado inhibe el contacto de las proteínas de replicación celular con el ADN. Por lo tanto, la introducción de nanopartículas de plata inhibe la replicación y es suficiente para causar la muerte celular. Para aumentar aún más su efecto, cuando la plata entra en contacto con fluidos, tiende a ionizarse, lo que incrementa la actividad bactericida de las nanopartículas. [ 86 ] Esto se ha correlacionado con la supresión de enzimas y la inhibición de la expresión de proteínas relacionadas con la capacidad de la célula para producir ATP. [ 87 ]

Aunque varía para cada tipo de célula propuesta, ya que la composición de su membrana celular varía considerablemente, se ha observado que, en general, las nanopartículas de plata con un tamaño promedio de 10  nm o menos presentan efectos electrónicos que aumentan notablemente su actividad bactericida. [ 88 ] Esto también podría deberse en parte a que, a medida que disminuye el tamaño de las partículas, aumenta la reactividad debido al incremento de la relación superficie-volumen.

Se ha demostrado que las nanopartículas de plata tienen una actividad antibacteriana sinérgica con antibióticos de uso común como la penicilina G , la ampicilina , la eritromicina , la clindamicina y la vancomicina contra E. coli y S. aureus . [ 89 ] Además, se ha informado de una actividad antibacteriana sinérgica entre las nanopartículas de plata y el peróxido de hidrógeno, lo que provoca que esta combinación ejerza un efecto bactericida significativamente mejorado contra bacterias tanto Gram negativas como Gram positivas. [ 90 ] Esta sinergia antibacteriana entre las nanopartículas de plata y el peróxido de hidrógeno puede atribuirse posiblemente a una reacción tipo Fenton que genera especies reactivas de oxígeno altamente reactivas, como los radicales hidroxilo. [ 90 ] [ 91 ] [ 92 ]

Las nanopartículas de plata pueden prevenir el crecimiento bacteriano o la adhesión a la superficie. Esto puede ser especialmente útil en entornos quirúrgicos donde todas las superficies en contacto con el paciente deben ser estériles. Las nanopartículas de plata se pueden incorporar en muchos tipos de superficies, incluyendo metales, plástico y vidrio. [ 93 ] En equipos médicos, se ha demostrado que las nanopartículas de plata reducen el recuento bacteriano en los dispositivos utilizados en comparación con las técnicas antiguas. Sin embargo, el problema surge cuando el procedimiento termina y se debe realizar uno nuevo. En el proceso de lavado de los instrumentos, una gran parte de las nanopartículas de plata se vuelven menos efectivas debido a la pérdida de iones de plata . Se utilizan más comúnmente en injertos de piel para víctimas de quemaduras, ya que las nanopartículas de plata incrustadas en el injerto proporcionan una mejor actividad antimicrobiana y dan como resultado una cicatrización significativamente menor en la víctima. Estas nuevas aplicaciones son descendientes directos de prácticas antiguas que usaban nitrato de plata para tratar afecciones como úlceras cutáneas. Ahora, las nanopartículas de plata se usan en vendajes y parches para ayudar a curar ciertas quemaduras y heridas. [ 94 ] Un enfoque alternativo es utilizar AgNP para esterilizar apósitos biológicos (por ejemplo, piel de pez tilapia ) para el tratamiento de quemaduras y heridas. [ 95 ]

También muestran una aplicación prometedora como método de tratamiento de agua para obtener agua potable limpia. [ 96 ] Esto no parece gran cosa, pero el agua contiene numerosas enfermedades y algunas partes del mundo no tienen el lujo de agua limpia, o ninguna en absoluto. No era nuevo usar plata para eliminar microbios, pero este experimento usó el carbonato en el agua para hacer que los microbios fueran aún más vulnerables a la plata. [ 97 ] Primero, los científicos del experimento usaron las nanopartículas para eliminar ciertos pesticidas del agua, algunos que resultan fatales para las personas si se ingieren. Varias otras pruebas han demostrado que las nanopartículas de plata también eran capaces de eliminar ciertos iones en el agua, como hierro, plomo y arsénico. Pero esa no es la única razón por la que las nanopartículas de plata son tan atractivas: no requieren ninguna fuerza externa (ni electricidad ni hidráulica) para que ocurra la reacción. [ 98 ] Por el contrario, las nanopartículas de plata posconsumo en aguas residuales pueden afectar negativamente a los agentes biológicos utilizados en el tratamiento de aguas residuales. [ 99 ]

Medicina alternativa

Desde aproximadamente 1990, ha habido un resurgimiento de la promoción de la plata coloidal como suplemento dietético o para uso interno, [ 100 ] comercializada con afirmaciones de que es un suplemento mineral esencial, o que puede prevenir o tratar numerosas enfermedades, como cáncer , diabetes , artritis , VIH / SIDA , herpes , [ 101 ] y tuberculosis . [ 100 ] [ 102 ] [ 103 ] No hay evidencia médica que respalde la efectividad de la plata coloidal para ninguna de estas indicaciones alegadas . [ 100 ] [ 104 ] [ 105 ] La plata no es un mineral esencial en los humanos; no hay requerimiento dietético de plata y, por lo tanto, no existe tal cosa como una "deficiencia" de plata. [ 100 ] No hay evidencia de que la plata coloidal trate o prevenga ninguna afección médica, y puede causar efectos secundarios graves y potencialmente irreversibles, como argiria . [ 100 ]

Bienes de consumo

Lavadoras

Existen casos en los que se utilizan nanopartículas de plata y plata coloidal en bienes de consumo. Samsung, por ejemplo, afirmó que el uso de nanopartículas de plata en lavadoras ayudaría a esterilizar la ropa y el agua durante las funciones de lavado y enjuague, y permitiría limpiar la ropa sin necesidad de agua caliente. [ 106 ] Las nanopartículas en estos electrodomésticos se sintetizan mediante electrólisis . A través de la electrólisis, la plata se extrae de placas metálicas y luego se convierte en nanopartículas de plata mediante un agente reductor. [ 107 ] Este método evita los procesos de secado, limpieza y redispersión, que generalmente se requieren con métodos alternativos de síntesis coloidal. [ 107 ] Es importante destacar que la estrategia de electrólisis también disminuye el costo de producción de las nanopartículas de Ag, lo que hace que estas lavadoras sean más asequibles de fabricar. [ 108 ] Samsung ha descrito el sistema:

Un dispositivo del tamaño de un pomelo, situado junto a la tina de la lavadora, utiliza corrientes eléctricas para reducir a nanoescala dos placas de plata del tamaño de grandes chicles. Como resultado, se inyectan átomos de plata con carga positiva (iones de plata [Ag + ]) en la tina durante el ciclo de lavado. [ 108 ]

La descripción que hace Samsung del proceso de generación de nanopartículas de Ag parece contradecir su publicidad de nanopartículas de plata. En cambio, la declaración indica que los ciclos de lavado. [ 107 ] [ 108 ] Cuando la ropa pasa por el ciclo, el modo de acción previsto es que las bacterias contenidas en el agua se esterilizan al interactuar con la plata presente en la tina de lavado. [ 106 ] [ 108 ] Como resultado, estas lavadoras pueden proporcionar beneficios antibacterianos y de esterilización además de los métodos de lavado convencionales. Samsung ha comentado sobre la vida útil de estas lavadoras que contienen plata. La electrólisis de la plata genera más de 400 mil millones de iones de plata durante cada ciclo de lavado. Dado el tamaño de la fuente de plata (dos placas de Ag del tamaño de una goma de mascar), Samsung estima que estas placas pueden durar hasta 3000 ciclos de lavado. [ 108 ]

Estos planes de Samsung no pasaron desapercibidos para las agencias reguladoras. Las agencias que investigan el uso de nanopartículas incluyen, entre otras: la FDA de EE. UU. , la EPA de EE. UU ., la SIAA de Japón y el Instituto de Pruebas e Investigación para la Industria Química de Corea y el Instituto de Pruebas e Investigación FITI. [ 106 ] Estas diversas agencias planean regular las nanopartículas de plata en los electrodomésticos. [ 106 ] Estas lavadoras son algunos de los primeros casos en los que la EPA ha buscado regular las nanopartículas en bienes de consumo. Samsung declaró que la plata se elimina en el alcantarillado y las agencias reguladoras están preocupadas por lo que eso significa para los flujos de tratamiento de aguas residuales . [ 108 ] Actualmente, la EPA clasifica las nanopartículas de plata como pesticidas debido a su uso como agentes antimicrobianos en la purificación de aguas residuales. [ 106 ] Las lavadoras que está desarrollando Samsung contienen un pesticida y deben registrarse y probarse para garantizar su seguridad según la ley, en particular la Ley Federal de Insecticidas, Fungicidas y Rodenticidas de EE. UU . [ 106 ] Sin embargo, la dificultad de regular la nanotecnología de esta manera radica en que no existe una forma precisa de medir la toxicidad. [ 106 ]

Lecho

La plata se estudia ampliamente por sus propiedades antimicrobianas , en particular por su capacidad para inhibir el crecimiento microbiano y reducir la formación de olores en los textiles . [ 109 ] [ 110 ] También se utiliza en algunas aplicaciones textiles por su conductividad térmica . [ 111 ] [ 112 ] Las sábanas, almohadas , edredones y otros productos de ropa de cama impregnados con iones se comercializan por sus aditivos antimicrobianos y antifúngicos . [ 113 ]

Colorantes y pigmentos

Además de los usos descritos anteriormente, el Observatorio de Nanomateriales de la Unión Europea (EUON) ha destacado que las nanopartículas de plata se utilizan en colorantes cosméticos, así como en pigmentos. [ 114 ] [ 115 ] Un estudio publicado recientemente por el EUON ha ilustrado la existencia de lagunas de conocimiento con respecto a la seguridad de las nanopartículas en los pigmentos. [ 116 ]

Salud y seguridad

El Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional de EE. UU. estableció un límite de exposición recomendado (REL) para nanomateriales de plata (con  un tamaño de partícula primaria <100 nm) de 0,9 μg/m³ como concentración promedio ponderada en el tiempo (TWA) de 8 horas en partículas respirables en el aire. Esto se compara con su REL de 10 μg/m³ como TWA de 8 horas para la plata total (incluidos polvo metálico, humos y compuestos solubles). [ 117 ] Se descubrió que el catión de plata no unido es el tóxico final, y que los iones formados extracelularmente impulsan la toxicidad después de la exposición a nanopartículas de Ag. [ 118 ]

Aunque las nanopartículas de plata se utilizan ampliamente en una variedad de productos comerciales, solo recientemente se ha realizado un esfuerzo importante para estudiar sus efectos en la salud humana. Se han realizado varios estudios que describen la toxicidad in vitro de las nanopartículas de plata en una variedad de diferentes órganos, incluidos el pulmón, el hígado, la piel, el cerebro y los órganos reproductores. [ 119 ] El mecanismo de la toxicidad de las nanopartículas de plata en las células humanas parece derivarse del estrés oxidativo y la inflamación que es causado por la generación de especies reactivas de oxígeno (ROS) estimuladas por las Ag NPs, los iones Ag o ambos. [ 120 ] [ 121 ] [ 122 ] [ 123 ] [ 124 ] Por ejemplo, Park et al. mostraron que la exposición de una línea celular de macrófagos peritoneales de ratón (RAW267.7) a nanopartículas de plata disminuyó la viabilidad celular de manera dependiente de la concentración y el tiempo. [ 123 ] Además, demostraron que el glutatión reducido intracelular (GSH), que es un eliminador de ROS, disminuyó al 81,4% del grupo de control de nanopartículas de plata a 1,6 ppm. [ 123 ]

Modos de toxicidad

Dado que las nanopartículas de plata se disuelven liberando iones de plata, [ 125 ] lo cual está bien documentado que tiene efectos tóxicos, [ 124 ] [ 125 ] [ 126 ] se han realizado varios estudios para determinar si la toxicidad de las nanopartículas de plata se deriva de la liberación de iones de plata o de la nanopartícula misma. Varios estudios sugieren que la toxicidad de las nanopartículas de plata se atribuye a su liberación de iones de plata en las células, ya que se ha informado que tanto las nanopartículas de plata como los iones de plata tienen una citotoxicidad similar. [ 122 ] [ 123 ] [ 127 ] [ 128 ] Por ejemplo, en algunos casos se informa que las nanopartículas de plata facilitan la liberación de iones de plata libres tóxicos en las células a través de un "mecanismo tipo caballo de Troya", donde la partícula entra en las células y luego se ioniza dentro de la célula. [ 123 ] Sin embargo, ha habido informes que sugieren que una combinación de nanopartículas de plata e iones es responsable del efecto tóxico de las nanopartículas de plata. Navarro et al. utilizando ligandos de cisteína como herramienta para medir la concentración de plata libre en solución, determinaron que, aunque inicialmente los iones de plata tenían 18 veces más probabilidades de inhibir la fotosíntesis de un alga, Chlamydomanas reinhardtii , pero después de 2 horas de incubación se reveló que las algas que contenían nanopartículas de plata eran más tóxicas que solo los iones de plata. [ 129 ] Además, hay estudios que sugieren que las nanopartículas de plata inducen toxicidad independientemente de los iones de plata libres. [ 124 ] [ 130 ] [ 131 ] Por ejemplo, Asharani et al. Se compararon los defectos fenotípicos observados en peces cebra tratados con nanopartículas de plata e iones de plata y se determinó que los defectos fenotípicos observados con el tratamiento con nanopartículas de plata no se observaron en los embriones tratados con iones de plata, lo que sugiere que la toxicidad de las nanopartículas de plata es independiente de la de los iones de plata. [ 131 ]

Los canales proteicos y los poros de la membrana nuclear suelen tener un tamaño de entre 9  nm y 10  nm de diámetro. [ 124 ] Las nanopartículas de plata de este tamaño tienen la capacidad no solo de atravesar la membrana para interactuar con estructuras internas, sino también de alojarse en ella. [ 124 ] Los depósitos de nanopartículas de plata en la membrana pueden afectar la regulación de solutos, el intercambio de proteínas y el reconocimiento celular. [ 124 ] La exposición a nanopartículas de plata se ha asociado con "consecuencias inflamatorias, oxidativas, genotóxicas y citotóxicas"; las partículas de plata se acumulan principalmente en el hígado. [ 132 ] pero también se ha demostrado que son tóxicas en otros órganos, incluido el cerebro. [ 119 ] La nanoplata aplicada a células humanas cultivadas en tejido conduce a la formación de radicales libres, lo que genera preocupación por los posibles riesgos para la salud. [ 133 ]

  • Reacción alérgica: Se han realizado varios estudios que muestran precedentes de alergenicidad de las nanopartículas de plata. [ 134 ] [ 135 ]
  • Argiria y tinción: La ingestión de plata o compuestos de plata, incluida la plata coloidal , puede causar una afección llamada argiria , una decoloración de la piel y los órganos. En 2006, hubo un estudio de caso de un hombre de 17 años que sufrió quemaduras en el 30% de su cuerpo y experimentó un tono gris azulado temporal después de varios días de tratamiento con Acticoat, una marca de apósito para heridas que contiene nanopartículas de plata. [ 136 ] La argiria es el depósito de plata en los tejidos profundos, una afección que no puede ocurrir de forma temporal, lo que plantea la cuestión de si la causa de la decoloración del hombre fue la argiria o incluso un resultado del tratamiento con plata. [ 137 ] Se sabe que los apósitos de plata causan una "decoloración transitoria" que se disipa en 2 a 14 días, pero no una decoloración permanente. [ 138 ]
  • Válvula cardíaca Silzone: St. Jude Medical lanzó una válvula cardíaca mecánica con un manguito de sutura recubierto de plata (recubierto mediante deposición asistida por haz de iones) en 1997. [ 139 ] La válvula fue diseñada para reducir los casos de endocarditis . La válvula fue aprobada para su venta en Canadá, Europa, Estados Unidos y la mayoría de los demás mercados del mundo. En un estudio posterior a la comercialización, los investigadores demostraron que la válvula prevenía el crecimiento de tejido, causaba fugas paravalvulares, aflojamiento de la válvula y, en los peores casos, la explantación. Después de 3 años en el mercado y 36 000 implantes, St. Jude suspendió y retiró voluntariamente la válvula.

Véase también

Referencias

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