Nanopartícula de plata
Partículas ultrafinas de plata de entre 1 nm y 100 nm de tamaño.
Micrografía electrónica de nanopartículas de plata.
Parte de una serie de artículos sobre
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Fullerenos
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Materiales nanoestructurados

Las nanopartículas de plata son nanopartículas de plata de entre 1 nm y 100 nm de tamaño. [1] Aunque a menudo se las describe como "plata", algunas están compuestas por un gran porcentaje de óxido de plata debido a su gran proporción de átomos de plata en superficie respecto de su volumen. Se pueden construir numerosas formas de nanopartículas según la aplicación en cuestión. Las nanopartículas de plata que se utilizan habitualmente son esféricas, pero también son comunes las de diamante, octogonales y en láminas delgadas. [1]

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

Métodos de síntesis

Química húmeda

Los métodos más comunes para la síntesis de nanopartículas caen dentro de la categoría de química húmeda, o la nucleación de partículas dentro de una solución. Esta nucleación ocurre cuando un complejo de iones de plata, usualmente AgNO 3 o AgClO 4 , se reduce a Ag coloidal en presencia de un agente reductor . Cuando la concentración aumenta lo suficiente, los iones de plata metálicos disueltos se unen para formar una superficie estable. La superficie es energéticamente desfavorable cuando el grupo 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 grupo alcanza un cierto tamaño, conocido como radio crítico , se vuelve energéticamente favorable y, por lo tanto, lo suficientemente estable para continuar creciendo. Este núcleo luego permanece 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, dejan de formarse nuevas nanopartículas y la plata disuelta restante se absorbe por difusión en 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 y evita que nuevos iones de plata lleguen a 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, incluido el uso de azúcares reductores, la reducción de citrato, la reducción mediante borohidruro de sodio , [7] la reacción del espejo de plata, [8] el proceso de poliol, [9] el crecimiento mediado por semillas, [10] y el crecimiento mediado por luz. [11] Cada uno de estos métodos, o una combinación de métodos, ofrecerá diferentes grados de control sobre la distribución del tamaño, así como las distribuciones de los arreglos geométricos de la nanopartícula. [12]

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

Reducción de monosacáridos

Hay muchas formas 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] Ha habido métodos que indicaron que estos azúcares reductores son esenciales para la formación de nanopartículas de plata. Muchos estudios indicaron que este método de síntesis verde, específicamente utilizando extracto de Cacumen platycladi, permitió la reducción de plata. Además, el tamaño de la nanopartícula podría 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 en 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, quedará atascado en forma cíclica y no puede 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 de 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 de citrato implica la reducción de una partícula de fuente de plata, generalmente AgNO 3 o AgClO 4 , a plata coloidal usando 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 monodispersión (uniformidad tanto en tamaño como en forma) de la partícula. En este método, el ion citrato tradicionalmente actúa 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 distribuciones de tamaño amplias 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 un tamaño y una forma más uniformes. [19]

Reducción mediante borohidruro de sodio

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

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

Los átomos de metal reducidos formarán núcleos de nanopartículas. En general, este proceso es similar al método de reducción anterior con citrato. El beneficio de utilizar borohidruro de sodio es una mayor monodispersidad de la población de partículas finales. La razón de la mayor monodispersidad cuando se utiliza NaBH4 es que es un agente reductor más fuerte que el citrato. El impacto de la fuerza del agente reductor se puede ver inspeccionando un diagrama de LaMer que describe la nucleación y el crecimiento de las nanopartículas. [21]

Cuando el nitrato de plata (AgNO 3 ) se reduce con un agente reductor débil como el citrato, la tasa de reducción es menor, lo que significa que se forman nuevos núcleos y crecen los viejos al mismo tiempo. Esta es la razón por la que la reacción del citrato tiene una baja monodispersidad. Debido a que el NaBH 4 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 nuevos núcleos y crecen al mismo tiempo, lo que produce 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 varias partículas se unen entre sí), 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 se puede contrarrestar añadiendo especies que se adsorberán a la superficie de las nanopartículas y reducirán 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 la superficie son: NaBH 4 en grandes cantidades, [20] poli(vinilpirrolidona) (PVP), [22] dodecilsulfato de sodio (SDS), [20] [22] y/o dodecanotiol. [23]

Una vez que las partículas se han formado en solución, deben separarse y recolectarse. Existen varios métodos generales para eliminar las nanopartículas de la solución, incluida la evaporación de la fase solvente [23] o la adición de productos químicos a la solución que reducen la solubilidad de las nanopartículas en la solución. [24] Ambos métodos fuerzan la precipitación de las nanopartículas.

Proceso de poliol

El proceso de poliol es un método particularmente útil porque produce un alto grado de control tanto sobre el tamaño como sobre la geometría de las nanopartículas resultantes. En general, la síntesis de poliol comienza con el calentamiento de un compuesto de poliol como etilenglicol , 1,5-pentanodiol o 1,2-propilenglicol7. Se añaden una especie de Ag + y un agente de recubrimiento (aunque el propio poliol también suele ser el agente de recubrimiento). A continuación, el poliol reduce la especie de Ag + a nanopartículas coloidales. [25] El proceso de poliol es muy 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 cuasiesferas, pirámides, esferas y alambres. [12] Estudios posteriores han examinado el mecanismo de este proceso, así como las geometrías resultantes en diversas condiciones de reacción con mayor detalle. [9] [28]

Crecimiento mediado por semillas

El crecimiento mediado por semillas es un método sintético en el que se cultivan núcleos pequeños y estables en un entorno químico separado hasta obtener el tamaño y la forma deseados. Los métodos mediados por semillas constan de dos etapas diferentes: nucleación y crecimiento. La variación de ciertos factores en la síntesis (por ejemplo, ligando, tiempo de nucleación, agente reductor, etc.) [28] puede controlar el tamaño y la forma finales de las nanopartículas, lo que hace que el crecimiento mediado por semillas sea un enfoque 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 del tamaño de las semillas, el período de nucleación debe acortarse para la monodispersión. El modelo LaMer ilustra este concepto. [29] Las semillas suelen consistir en pequeñas nanopartículas, estabilizadas por un ligando . Los ligandos son moléculas pequeñas, normalmente 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 energética de la coagulación, impidiendo la aglomeración. El equilibrio entre las fuerzas atractivas y repulsivas dentro de las soluciones coloidales se puede modelar mediante la teoría DLVO . [30] La afinidad de unión del ligando y la selectividad se pueden utilizar para controlar la forma y el crecimiento. Para la síntesis de semillas, se debe elegir 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. La solución de crecimiento requiere una baja concentración de un precursor metálico, ligandos que se intercambien fácilmente con ligandos de semillas preexistentes 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 en 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 en masa (que disminuye favorablemente con el crecimiento). El equilibrio entre la energía del crecimiento y la disolución es la razón del crecimiento uniforme solo en semillas preexistentes (y no hay nueva nucleación). [32] El crecimiento se produce por la adición de átomos de metal 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 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 distintas afinidades para unirse a través de una partícula. La unión diferencial dentro de una partícula puede dar como resultado un crecimiento diferente a través de la partícula. Esto produce partículas anisotrópicas con formas no esféricas, incluidos prismas , cubos y varillas. [35] [36]

Crecimiento mediado por 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 del espejo plateado

La reacción del espejo de plata implica la conversión de nitrato de plata en Ag(NH3)OH. Posteriormente, 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 a menudo tienen distribuciones amplias. [12] Sin embargo, este método se utiliza a menudo para aplicar capas delgadas de partículas de plata sobre superficies y se están realizando estudios adicionales para producir nanopartículas de tamaño más uniforme. [12]

Implantación de iones

La implantación de iones se ha utilizado para crear nanopartículas de plata incrustadas en vidrio , poliuretano , silicona , polietileno y poli(metilmetacrilato) . Las partículas se incrustan en el sustrato mediante bombardeo a altos voltajes de aceleración. A una densidad de corriente fija del haz de iones hasta un cierto valor, se ha descubierto 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 descubierto que un aumento adicional en la dosis del haz de iones reduce tanto el tamaño de las nanopartículas como la densidad en el sustrato objetivo, mientras que se ha descubierto que un haz de iones que opera a un alto voltaje de aceleración con una densidad de corriente que aumenta gradualmente da como resultado un aumento gradual en el tamaño de las nanopartículas. Hay algunos mecanismos en competencia que pueden dar como resultado la disminución del tamaño de las nanopartículas; destrucción de las nanopartículas por colisión , pulverización catódica de la superficie de la muestra, fusión de partículas por calentamiento y disociación. [40]

La formación de nanopartículas incrustadas es compleja y aún no se han investigado todos los parámetros y factores de control. La simulación por computadora aún es difícil ya que involucra procesos de difusión y agrupamiento, sin embargo, se puede dividir en algunos subprocesos diferentes, como implantación, difusión y crecimiento. Tras la implantación, los iones de plata alcanzarán diferentes profundidades dentro del sustrato que se aproximan 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 de profundidad y tamaño de nanopartículas monodispersas. Se puede utilizar una densidad de corriente baja para contrarrestar la agitación térmica del haz de iones y una acumulación de carga superficial. Después de la implantación en la superficie, las corrientes del haz pueden aumentar a medida que aumenta la conductividad de la superficie. [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 comienzo del proceso de implantación es crítico para el control del espaciado y la profundidad de las nanopartículas resultantes, así como para el control de la temperatura del sustrato y la densidad del haz de iones. La presencia y la naturaleza de estas partículas se pueden analizar utilizando numerosos instrumentos de espectroscopia y microscopía. [41] Las nanopartículas sintetizadas en el sustrato exhiben resonancias de plasmón superficial como lo evidencian las bandas de absorción características; estas características experimentan cambios espectrales dependiendo del tamaño de la nanopartícula y las asperezas de la superficie, [40] sin embargo, las propiedades ópticas también dependen en gran medida del material del sustrato del compuesto.

Síntesis biológica

La síntesis biológica de nanopartículas ha proporcionado un medio para mejorar las técnicas en comparación con los métodos tradicionales que requieren el uso de agentes reductores nocivos 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 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 de corta duración debido a la agregación. La dureza de los métodos químicos estándar ha provocado el uso de organismos biológicos para reducir los iones de plata en solución en nanopartículas coloidales. [45] [46]

Además, el control preciso sobre la forma y el tamaño es vital durante la síntesis de nanopartículas, ya que las propiedades terapéuticas de las nanopartículas dependen íntimamente de dichos factores. [47] Por lo tanto, el enfoque principal de la investigación en síntesis biogénica es desarrollar métodos que reproduzcan consistentemente nanopartículas 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 nanopartículas de plata de diversas formas y tamaños con un alto rendimiento, lo que está a la vanguardia de los desafíos actuales en la síntesis de nanopartículas. Las cepas fúngicas como Verticillium y las cepas bacterianas como Klebsiella pneumoniae se pueden utilizar en la síntesis de nanopartículas de plata. [50] Cuando el hongo o la bacteria se agrega a la solución, la biomasa proteica se libera 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 descubierto que estos métodos crean de manera eficaz nanopartículas monodispersas estables sin el uso de agentes reductores dañinos.

Se ha descubierto un método para reducir los iones de plata mediante la introducción del hongo Fusarium oxysporum . Las nanopartículas formadas con este método tienen un rango de tamaño entre 5 y 15 nm y están compuestas de hidrosol de plata . Se cree que la reducción de las nanopartículas de plata proviene de un proceso enzimático y las nanopartículas de plata producidas son extremadamente estables debido a las interacciones con las proteínas que son excretadas por los hongos.

La bacteria Pseudomonas stutzeri AG259, encontrada en las minas de plata , fue capaz de construir partículas de plata en forma de triángulos y hexágonos. El tamaño de estas nanopartículas tenía un amplio rango de tamaño y algunas de ellas alcanzaron tamaños más grandes que la nanoescala habitual, con un tamaño de 200 nm. Las nanopartículas de plata se encontraron en la matriz orgánica de la bacteria. [51]

Las bacterias productoras de ácido láctico se han utilizado para producir nanopartículas de plata. Se ha descubierto que las bacterias Lactobacillus spp., Pediococcus pentosaceus, Enteroccus faeciumI y Lactococcus garvieae pueden reducir los iones de plata en 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 descubrió que la bacteria Lactobacillus fermentum creó las nanopartículas de plata más pequeñas con un tamaño promedio de 11,2 nm. También se descubrió que esta bacteria produjo las nanopartículas con la distribución de tamaño más pequeña y las nanopartículas se encontraron principalmente en el exterior de las células. También se descubrió que hubo un aumento en el pH aumentó la velocidad a la que se produjeron las nanopartículas y la cantidad de partículas producidas. [52]

Plantas

También se ha logrado la reducción de iones de plata en nanopartículas de plata utilizando hojas de geranio . Se ha descubierto que la adición de extracto de hojas de geranio a soluciones de nitrato de plata hace que sus iones de plata se reduzcan rápidamente y que las nanopartículas producidas sean particularmente estables. Las nanopartículas de plata producidas en solución tenían un rango de tamaño entre 16 y 40 nm. [51]

En otro estudio se utilizaron diferentes extractos de hojas de plantas para reducir los iones de plata. Se descubrió que, de Camellia sinensis (té verde), pino , caqui , ginkgo , magnolia y platanus , el extracto de hoja de magnolia era el mejor para crear nanopartículas de plata. Este método creó partículas con un rango de tamaño disperso de 15 a 500 nm, pero también se descubrió que el tamaño de partícula se podía controlar variando la temperatura de reacción. La velocidad a la que los iones se reducían mediante el extracto de hoja de magnolia era comparable a la del uso de productos químicos para reducir. [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 disponible para sintetizar nanopartículas de plata utilizando extracto de hojas de Amaranthus gangeticus Linn. [54]

Productos y funcionalización

En tamaños pequeños, las nanopartículas de plata suelen contener maclas, ya sea icosaédricas o decaédricas. [55] Los protocolos sintéticos para la producción de nanopartículas de plata se pueden modificar para producir nanopartículas de plata con geometrías no esféricas y también para funcionalizar nanopartículas con diferentes materiales, como sílice. La creación de nanopartículas de plata de 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 (anisótropas). Debido a que la plata, al igual que otros metales nobles, exhibe un efecto óptico dependiente del tamaño y la forma conocido como resonancia plasmónica superficial localizada (LSPR) a escala nanométrica, 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 en la que se produce la LSPR para una nanopartícula de una morfología (por ejemplo, una esfera) será diferente si esa esfera cambia a una forma diferente. Esta dependencia de la forma permite que una nanopartícula de plata experimente una mejora óptica en un rango de longitudes de onda diferentes, incluso manteniendo el tamaño relativamente constante, simplemente cambiando su forma. Este aspecto se puede explotar en la síntesis para promover el cambio en la forma de las nanopartículas a través de la interacción con la luz. [38] Las aplicaciones de esta expansión del comportamiento óptico explotada 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 sintetizar primero nanopartículas de plata pequeñas (de 3 a 5 nm de diámetro) que ofrecen una plantilla para el crecimiento dirigido por la forma en nanoestructuras triangulares. [7]

Las semillas de plata se sintetizan mezclando nitrato de plata y citrato de sodio en una solución acuosa y luego agregando rápidamente borohidruro de sodio. Se agrega nitrato de plata adicional a la solución de semillas a baja temperatura y los prismas se cultivan reduciendo lentamente el exceso de nitrato de plata usando ácido ascórbico. [7]

Con el método de síntesis de nanoprismas de plata mediado por semillas, la selectividad de una forma sobre otra puede ser controlada en parte por el ligando de recubrimiento. Si se utiliza esencialmente el mismo procedimiento anterior, pero cambiando el citrato por poli(vinilpirrolidona) (PVP), se obtienen nanoestructuras con forma de cubo y de varilla en lugar de nanoprismas triangulares. [59]

Además de la técnica mediada por semillas, los nanoprismas de plata también se pueden sintetizar utilizando un enfoque fotomediado, en el que las nanopartículas de plata esféricas 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 de recubrimiento, en una reacción de síntesis de poliol (véase más arriba). Una síntesis típica que utiliza estos reactivos implica agregar 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, los nanocables, simplemente dejando que la solución de nitrato de plata envejezca antes de usarla en la síntesis. Al dejar 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]

Recubrimiento con sílice

Micrografía electrónica de nanopartículas de núcleo-capa, que comprenden núcleos de plata oscura y capas de sílice claras.

En este método, la polivinilpirrolidona (PVP) se disuelve en agua mediante sonicación y se mezcla con partículas coloidales de plata . [1] La agitación activa garantiza 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 centrifugarlas más y colocarlas 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 capas formadas. [1] Esta técnica es popular debido a la capacidad de agregar una variedad de funcionalidad a la superficie de sílice expuesta.

Metrología

Hay varios materiales de referencia disponibles para nanopartículas de plata. [63] NIST RM 8017 contiene nanopartículas de plata de 75 nm incrustadas en una torta del polímero polivinilpirrolidona para estabilizarlas contra la oxidación para una larga vida útil . Tienen valores de referencia para el tamaño medio de partícula utilizando dispersión de luz dinámica , dispersión de rayos X de ángulo ultra pequeño , microscopía de fuerza atómica y microscopía electrónica de transmisión ; y valores de referencia de distribución de tamaño para los dos últimos métodos. [64] [65] El material de referencia certificado BAM -N001 contiene nanopartículas de plata con una distribución de tamaño especificada con un tamaño medio ponderado por número de 12,6 nm medido por dispersión de rayos X de ángulo pequeño y microscopía electrónica de transmisión. [66]

Usar

Catálisis

En los últimos años, el uso de nanopartículas de plata para catálisis ha ido ganando atención. Aunque las aplicaciones más comunes son con fines medicinales o antibacterianos, se ha demostrado que las nanopartículas de plata tienen propiedades catalíticas redox para colorantes, benceno y monóxido de carbono. Otros compuestos no probados pueden utilizar nanopartículas de plata para catálisis, pero el campo no está completamente explorado.

NOTA: Este párrafo es una descripción general de las propiedades de las nanopartículas para catálisis; no es exclusivo de las nanopartículas de plata. El tamaño de una nanopartícula determina en gran medida las propiedades que exhibe debido a varios efectos cuánticos. Además, el entorno químico de la nanopartícula juega un papel importante en las propiedades catalíticas. Con esto en mente, es importante señalar que la catálisis heterogénea tiene lugar por adsorción de las especies reactivas al sustrato catalítico. Cuando se utilizan polímeros , ligandos complejos o surfactantes para evitar la coalescencia de las nanopartículas, la capacidad catalítica se ve frecuentemente obstaculizada debido a la capacidad de adsorción reducida. [67] Sin embargo, estos compuestos también se pueden utilizar de tal manera que el entorno químico mejore la capacidad catalítica.

Apoyado sobre esferas de sílice – reducción de colorantes

Las nanopartículas de plata se han sintetizado sobre un soporte de esferas de sílice inerte . [67] El soporte prácticamente no desempeña ningún papel en la capacidad catalítica y sirve como método para evitar la coalescencia de las nanopartículas de plata en solución coloidal . De este modo, las nanopartículas de plata se estabilizaron y fue posible demostrar la capacidad de las mismas para servir como relé electrónico para la reducción de colorantes por borohidruro de sodio . [67] Sin el catalizador de nanopartículas de plata, prácticamente no se produce ninguna reacción entre el borohidruro de sodio y los diversos 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 . [68] La mayor selectividad para la oxidación de benceno a fenol se observó con un bajo porcentaje de peso de plata en la matriz de aerogel (1% Ag). Se cree que esta mejor selectividad es el resultado de la mayor monodispersidad dentro de la matriz de aerogel de la muestra de 1% Ag. Cada solución de porcentaje de peso formó partículas de diferentes tamaños con un ancho diferente de rango de tamaño. [68]

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). [69] Por sí sola, cada nanopartícula de metal puro muestra una actividad catalítica muy pobre para la oxidación de CO ; juntas, las propiedades catalíticas mejoran enormemente. Se propone que el oro actúa como un fuerte agente de unión para el átomo de oxígeno y la plata sirve como un fuerte catalizador oxidante, aunque el mecanismo exacto aún no se entiende completamente. Cuando se sintetizaron en una proporción Au/Ag de 3:1 a 10:1, las nanopartículas aleadas mostraron una conversión completa cuando se alimentó 1% de CO en aire a temperatura ambiente. [69] El tamaño de las partículas aleadas 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. [69]

Mejorado por la luz

Los efectos plasmónicos se han estudiado bastante extensamente. Hasta hace poco, no había estudios que investigaran la mejora catalítica oxidativa de una nanoestructura a través de la excitación de su resonancia plasmónica 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. [70] La implicación de tal 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 permiten la fotocatálisis es su naturaleza para crear plasmones superficiales resonantes a partir de la luz en el rango visible. [70]

La adición de luz mejorada permitió que las partículas tuvieran el mismo rendimiento que las partículas que se calentaron hasta 40  K más. [70] Este es un hallazgo importante al observar que una reducción de temperatura de 25 K puede aumentar la vida útil del catalizador casi diez veces, al comparar el proceso fototérmico y térmico . [70]

Investigación biológica

Los investigadores han explorado el uso de nanopartículas de plata como portadores para entregar diversas cargas útiles, 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 carga útil podría ser desencadenada por un estímulo interno o externo. La focalización y acumulación de nanopartículas puede proporcionar altas concentraciones de carga útil en sitios objetivo específicos y podría minimizar los efectos secundarios. [71]

Quimioterapia

Se espera que la introducción de la nanotecnología en la medicina haga avanzar la imagenología diagnóstica del cáncer y los estándares para el diseño de fármacos terapéuticos. [72] La nanotecnología puede revelar información sobre la estructura, la función y el nivel organizativo del biosistema a escala nanométrica. [73]

Las nanopartículas de plata pueden someterse a técnicas de recubrimiento que ofrecen una superficie funcionalizada uniforme a la que se pueden agregar sustratos . Cuando la nanopartícula está recubierta, por ejemplo, en sílice , la superficie existe como ácido silícico. De este modo, se pueden agregar sustratos a través de enlaces éter y éster estables que no se degradan inmediatamente por las enzimas metabólicas naturales . [74] [75] Las aplicaciones quimioterapéuticas recientes han diseñado medicamentos contra el cáncer con un enlace fotoescindible, [76] como un puente orto-nitrobencilo, que lo une al sustrato en la superficie de la nanopartícula. [74] El complejo de nanopartículas de baja toxicidad puede permanecer viable bajo ataque metabólico durante el tiempo necesario para distribuirse por todos los sistemas del cuerpo. [74] Si se apunta a un tumor canceroso para el tratamiento, se puede introducir luz ultravioleta sobre la región del tumor. [74] La energía electromagnética de la luz hace que el enlace fotosensible se rompa entre el fármaco y el sustrato de la nanopartícula. [74] El fármaco se escinde y se libera en una forma activa inalterada para actuar sobre las células tumorales cancerosas. [74] Las ventajas previstas para este método son que el fármaco se transporta sin compuestos altamente tóxicos, se libera sin radiación dañina o sin depender de que se produzca una reacción química específica y se puede liberar de forma selectiva en un tejido objetivo. [74] [75]

Un segundo enfoque consiste en unir un fármaco quimioterapéutico directamente a la superficie funcionalizada de la nanopartícula de plata combinada con una especie nucleófila para que experimente una reacción de desplazamiento. Por ejemplo, una vez que el complejo fármaco-nanopartícula entra o se encuentra en las proximidades del tejido o las células diana, se puede administrar un monoéster de glutatión en el sitio. [77] [78] El oxígeno del éster nucleófilo se unirá a la superficie funcionalizada de la nanopartícula a través de un nuevo enlace éster mientras el fármaco se libera a su entorno. [77] [78] El fármaco ahora está activo y puede ejercer su función biológica en las células inmediatas a su entorno, lo que limita las interacciones no deseadas con otros tejidos. [77] [78]

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. [79]

Las nanopartículas pueden proporcionar un medio para superar la MDR. [80] En general, cuando se utiliza un agente de focalización para entregar nanotransportadores a las células cancerosas, es imperativo que el agente se una con alta selectividad a las 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 los fármacos con proteínas transportadoras sobreexpresadas en su superficie. [81] Una trampa de los sistemas de administración de nanofármacos comúnmente utilizados es que los fármacos libres que se liberan de los nanotransportadores al citosol quedan expuestos a los transportadores de MDR una vez más y se exportan. Para resolver esto, se modificaron partículas de plata nanocristalinas de 8 nm mediante la adición de un activador transcripcional transactivador (TAT), derivado del virus VIH-1 , que actúa como un péptido penetrante celular (CPP). [82] Generalmente, la efectividad de AgNP es limitada debido a la falta de captación celular eficiente; sin embargo, la modificación de 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 AgNP se evita gracias a una exclusión de tamaño. El concepto es simple: las nanopartículas son demasiado grandes para ser expulsadas por los transportadores MDR, porque la función de expulsión está estrictamente sujeta al tamaño de sus sustratos, que generalmente está limitado a un rango de 300-2000 Da. De este modo, las nanopartículas permanecen insensibles a la expulsión, lo que les permite acumularse en altas concentraciones. [ cita requerida ]

Antimicrobiano

La introducción de plata en las células bacterianas induce un alto grado de cambios estructurales y morfológicos, que pueden conducir a la muerte celular. A medida que las nanopartículas de plata entran en contacto con las bacterias, se adhieren a la pared celular y la membrana celular. [83] Una vez unida, 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. [83] Las interacciones plata-azufre en la membrana hacen que la pared celular experimente cambios estructurales, como la formación de hoyos y poros. [84] A través de estos poros, los componentes celulares se liberan en el líquido extracelular, simplemente debido a la diferencia osmótica . Dentro de la célula, la integración de plata crea una región de bajo peso molecular donde luego se condensa el ADN. [84] Tener ADN en un estado condensado inhibe el contacto de las proteínas de replicación de la célula con el ADN. Por lo tanto, la introducción de nanopartículas de plata inhibe la replicación y es suficiente para causar la muerte de la célula. Aumentando aún más su efecto, cuando la plata entra en contacto con fluidos, tiende a ionizarse , lo que aumenta la actividad bactericida de las nanopartículas. [84] Esto se ha correlacionado con la supresión de enzimas y la expresión inhibida de proteínas relacionadas con la capacidad de la célula para producir ATP. [85]

Aunque varía para cada tipo de célula propuesta, ya que la composición de su membrana celular varía mucho, se ha visto que en general, las nanopartículas de plata con un tamaño promedio de 10 nm o menos muestran efectos electrónicos que aumentan en gran medida su actividad bactericida. [86] Esto también podría deberse en parte al hecho de que a medida que disminuye el tamaño de partícula, la reactividad aumenta debido al aumento de la relación área superficial a volumen. [ cita requerida ]

Se ha demostrado que las nanopartículas de plata tienen una actividad antibacteriana sinérgica con antibióticos de uso común como; penicilina G , ampicilina , eritromicina , clindamicina y vancomicina contra E. coli y S. aureus . [87] Además, se ha informado de una actividad antibacteriana sinérgica entre las nanopartículas de plata y el peróxido de hidrógeno, lo que hace que esta combinación ejerza un efecto bactericida significativamente mejorado contra las bacterias Gram negativas y Gram positivas. [88] Esta sinergia antibacteriana entre las nanopartículas de plata y el peróxido de hidrógeno puede atribuirse posiblemente a una reacción similar a Fenton que genera especies de oxígeno altamente reactivas como los radicales hidroxilo. [88] [89] [90]

Las nanopartículas de plata pueden evitar que las bacterias crezcan o se adhieran 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, incluidos metales, plástico y vidrio. [91] En los 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 de la víctima. Estas nuevas aplicaciones son descendientes directos de prácticas más antiguas que usaban nitrato de plata para tratar afecciones como úlceras de la piel. Ahora, las nanopartículas de plata se utilizan en vendajes y parches para ayudar a curar ciertas quemaduras y heridas. [92] Un enfoque alternativo es utilizar AgNP para esterilizar apósitos biológicos (por ejemplo, piel de pez tilapia ) para el tratamiento de quemaduras y heridas. [93]

También muestran una aplicación prometedora como método de tratamiento de agua para formar agua potable limpia. [94] Esto no parece mucho, pero el agua contiene numerosas enfermedades y algunas partes del mundo no tienen el lujo de tener agua limpia, o ninguna en absoluto. No era nuevo usar plata para eliminar microbios, pero este experimento utilizó el carbonato en el agua para hacer que los microbios sean aún más vulnerables a la plata. [95] Primero, los científicos del experimento usan las nanopartículas para eliminar ciertos pesticidas del agua, los cuales resultan fatales para las personas si se ingieren. Varias otras pruebas han demostrado que las nanopartículas de plata también fueron 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 hidrólicos) para que se produzca la reacción. [96] Por el contrario, las nanopartículas de plata post-consumo en aguas residuales pueden afectar negativamente a los agentes biológicos utilizados en el tratamiento de aguas residuales. [97]

Bienes de consumo

Aplicaciones domésticas

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. [98] Las nanopartículas en estos electrodomésticos se sintetizan mediante electrólisis . A través de la electrólisis, la plata se extrae de las placas de metal y luego se convierte en nanopartículas de plata mediante un agente reductor. [99] Este método evita los procesos de secado, limpieza y redispersión, que generalmente se requieren con métodos alternativos de síntesis coloidal. [99] Es importante destacar que la estrategia de electrólisis también reduce el costo de producción de las nanopartículas de Ag, lo que hace que estas lavadoras sean más asequibles de fabricar. [100] Samsung ha descrito el sistema:

Un dispositivo del tamaño de una toronja situado junto a la tina de la lavadora utiliza corrientes eléctricas para nanoafeitar 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. [100]

La descripción que hace Samsung del proceso de generación de nanopartículas de plata parece contradecir su publicidad de nanopartículas de plata. En cambio, la declaración indica que se trata de ciclos de lavado. [99] [100] Cuando la ropa pasa por el ciclo, el modo de acción previsto es que las bacterias contenidas en el agua se esterilicen al interactuar con la plata presente en la tina de lavado. [98] [100] 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 un chicle), Samsung estima que estas placas pueden durar hasta 3000 ciclos de lavado. [100]

Estos planes de Samsung no fueron pasados ​​por alto por 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. [98] Estas diversas agencias planean regular las nanopartículas de plata en los electrodomésticos. [98] Estas lavadoras son algunos de los primeros casos en los que la EPA ha buscado regular las nanopartículas en los bienes de consumo. Samsung afirmó que la plata se lava en el alcantarillado y las agencias reguladoras se preocupan por lo que eso significa para los flujos de tratamiento de aguas residuales . [100] Actualmente, la EPA clasifica las nanopartículas de plata como pesticidas debido a su uso como agentes antimicrobianos en la purificación de aguas residuales. [98] 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 . [98] Sin embargo, la dificultad detrás de regular la nanotecnología de esta manera es que no hay una forma clara de medir la toxicidad. [98]

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 en cosméticos, así como en pigmentos. [101] [102] Un estudio publicado recientemente por el EUON ha ilustrado la existencia de lagunas de conocimiento respecto a la seguridad de las nanopartículas en pigmentos. [103]

Salud y seguridad

El Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional de los Estados Unidos derivó un límite de exposición recomendado (REL) para nanomateriales de plata (con un tamaño de partícula primaria de <100 nm) de 0,9 μg/m 3 como concentración promedio ponderada en el tiempo (TWA) de 8 horas respirable en el aire. Esto se compara con su REL de 10 μg/m 3 como TWA de 8 horas para la plata total (incluido el polvo metálico, los humos y los compuestos solubles). [104] Se descubrió que el catión de plata no unido es el tóxico final, y los iones formados extracelularmente impulsan la toxicidad después de la exposición a nanopartículas de Ag. [105]

Aunque las nanopartículas de plata se utilizan ampliamente en una variedad de productos comerciales, solo recientemente se ha realizado un gran esfuerzo para estudiar sus efectos sobre la salud humana. Se han realizado varios estudios que describen la toxicidad in vitro de las nanopartículas de plata en una variedad de órganos diferentes, incluidos los pulmones, el hígado, la piel, el cerebro y los órganos reproductivos. [106] El mecanismo de la toxicidad de las nanopartículas de plata para las células humanas parece derivarse del estrés oxidativo y la inflamación que es causada por la generación de especies reactivas de oxígeno (ROS) estimuladas por las nanopartículas de Ag, los iones de Ag o ambos. [107] [108] [109] [110] [111] Por ejemplo, Park et al. demostraron 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. [110] Además, demostraron que el glutatión reducido intracelular (GSH), que es un eliminador de ROS, disminuyó al 81,4% en el grupo de control de nanopartículas de plata a 1,6 ppm. [110]

Modos de toxicidad

Dado que las nanopartículas de plata se disuelven liberando iones de plata, [112] lo que está bien documentado que tiene efectos tóxicos, [111] [112] [113] 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 propia nanopartícula. 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. [109] [110] [114] [115] 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 de tipo caballo de Troya", donde la partícula ingresa a las células y luego se ioniza dentro de la célula. [110] 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 solos. [116] Además, hay estudios que sugieren que las nanopartículas de plata inducen toxicidad independiente de los iones de plata libres. [111] [117] [118] Por ejemplo, Asharani et al. compararon los defectos fenotípicos observados en peces cebra tratados con nanopartículas de plata e iones de plata y determinaron que los defectos fenotípicos observados con el tratamiento con nanopartículas de plata no se observaron con embriones tratados con iones de plata, lo que sugiere que la toxicidad de las nanopartículas de plata es independiente de los iones de plata. [118]

Los canales proteicos y los poros de la membrana nuclear pueden tener a menudo un diámetro de entre 9 nm y 10 nm. [111] Las nanopartículas de plata pequeñas construidas con este tamaño tienen la capacidad no solo de atravesar la membrana para interactuar con las estructuras internas, sino también de alojarse dentro de la membrana. [111] Las deposiciones de nanopartículas de plata en la membrana pueden afectar la regulación de los solutos, el intercambio de proteínas y el reconocimiento celular. [111] La exposición a las nanopartículas de plata se ha asociado con "consecuencias inflamatorias, oxidativas, genotóxicas y citotóxicas"; las partículas de plata se acumulan principalmente en el hígado. [119] pero también se ha demostrado que son tóxicas en otros órganos, incluido el cerebro. [106] La nanoplata aplicada a células humanas cultivadas en tejidos conduce a la formación de radicales libres, lo que genera preocupaciones sobre posibles riesgos para la salud. [120]

  • Reacción alérgica: Se han realizado varios estudios que muestran un precedente de alergenicidad de las nanopartículas de plata. [121] [122]
  • Argiria y tinción: La plata ingerida o compuestos de plata, incluyendo plata coloidal , pueden causar una condición 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. [123] La argiria es la deposición de plata en tejidos profundos, una condición que no puede ocurrir de forma temporal, lo que plantea la pregunta de si la causa de la decoloración del hombre fue la argiria o incluso un resultado del tratamiento con plata. [124] Se sabe que los apósitos de plata causan una "decoloración transitoria" que se disipa en 2 a 14 días, pero no una decoloración permanente. [125]
  • Válvula cardíaca Silzone: St. Jude Medical lanzó una válvula cardíaca mecánica con un manguito de costura recubierto de plata (recubierto mediante deposición asistida por haz de iones) en 1997. [126] 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 impedía el crecimiento de tejido, creaba fugas paravalvulares, aflojamiento de la válvula y, en los peores casos, explantación. Después de 3 años en el mercado y 36.000 implantes, St. Jude suspendió y retiró voluntariamente la válvula.

Véase también

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Bibliografía

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