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Disolución oxidativa de nanopartículas de plata

Las nanopartículas de plata (AgNP) actúan principalmente a través de un proceso conocido como disolución oxidativa , en el que los iones Ag+ se liberan a través de un mecanismo oxidativo . Las AgNP tienen aplicaciones potencialmente amplias en los campos de la medicina, la ciencia y las industrias alimentaria y farmacéutica debido a sus propiedades antimicrobianas, baja citotoxicidad en humanos y bajo costo.

Mecanismo

La disolución oxidativa de las AgNP se ve atenuada en los sistemas biológicos por componentes que se encuentran en el citosol, como la cisteína y la glucosa.

La plata es estable en agua y necesita un elemento oxidante para lograr la disolución oxidativa. Cuando están presentes agentes oxidantes como peróxido de hidrógeno u oxígeno, disuelven las AgNP para liberar Ag + . La liberación de Ag + conduce a la creación de especies reactivas de oxígeno ( ROS ) dentro de las células, que pueden disolver aún más las nanopartículas . Algunas nanopartículas de plata desarrollan grupos superficiales protectores Ag 3 OH [1] y se cree que la disolución elimina estos grupos y forma radicales de oxígeno, que atenúan la reactividad de las AgNP al ingresar a la red para formar una estructura octaédrica Ag 6 O altamente estable . [1] Se ha pensado que la eficacia de las AgNP se puede atribuir principalmente a la forma, ya que los nanoprismas y los naorods han demostrado ser más activos que las nanoesferas porque poseen facetas más expuestas , lo que conduce a una liberación más rápida de iones Ag + .

Factores ambientales

Factores ambientales que influyen en la disolución de partículas:

Síntesis

Un método de generación de AgNP es la reducción de la materia prima, nitrato de plata, a plata elemental utilizando un agente reductor como el citrato trisódico.

Las AgNP se sintetizan utilizando irradiación de microondas , [4] irradiación gamma [6] activación UV , [7] o calentamiento convencional [8] del precursor nitrato de plata, AgNO 3 utilizando una solución de alginato como agente estabilizador y reductor . [4] [9] Los grupos carboxilo o hidroxilo en el reactivo de alginato forman complejos durante la síntesis de las AgNP que estabilizan la reacción. [4] El tamaño y la forma de las nanopartículas se pueden especificar cambiando la relación de alginato a nitrato de plata utilizado y/o el pH . [4] Se puede agregar un recubrimiento como PVP a las nanopartículas calentando y enfriando lentamente posteriormente . [3]

Cinética

La espectrometría de flujo detenido se ha utilizado para caracterizar el mecanismo químico y la cinética de las nanopartículas de plata. Se ha demostrado que la disolución oxidativa de las nanopartículas de plata es una reacción de primer orden con respecto a la plata y al peróxido de hidrógeno y es independiente del tamaño de las partículas. [5]

Actividad antimicrobiana

La disolución oxidativa de las nanopartículas de plata genera condiciones antimicrobianas. La Ag+ destruye varios mecanismos metabólicos de las bacterias, ya que: se une a bases del ADN, impidiendo la replicación celular, desnaturaliza los ribosomas, impidiendo así la síntesis de proteínas, lisa la membrana celular bacteriana y destruye las paredes de peptidoglicano bacteriano.

Se han investigado propiedades antibacterianas , [10] [11] antivirales [12] y antifúngicas [13] en respuesta a la disolución de AgNP . Las actividades antibacterianas de las AgNP son mucho más fuertes en condiciones oxigenadas que en condiciones anóxicas. [10] [14] [15] [16] [17] A través de su disolución oxidativa en sistemas biológicos, las AgNP pueden dirigirse a biomoléculas importantes como " ADN , péptidos y cofactores ", así como absorberse en fracciones no específicas y alterar simultáneamente varias vías metabólicas . [10] Se sabe que actúan como un agente puente entre tioles , que tienen afinidad por las aminas orgánicas y los fosfatos . [10] La combinación de la reacción de los iones de plata con biomoléculas con estrés oxidativo , en última instancia conduce a la toxicidad en el entorno biológico. [18]

Inhibición de la nitrificación

La disolución oxidativa de las AgNP, que da lugar a Ag + , inhibe potencialmente la nitrificación dentro de las bacterias oxidantes de amoníaco . Un paso clave en la nitrificación es la oxidación del amoníaco a hidroxilamina ( NH2OH ) catalizada por la enzima amoníaco monooxiganasa (AMO). [19] La actividad enzimática de la AMO es muy vulnerable a las interferencias debido a su ubicación intracitoplasmática y su abundancia de cobre . Se especula que los iones Ag + de las AgNP interfieren con los enlaces de cobre de la AMO al reemplazar el cobre con Ag +, lo que provoca una disminución de la actividad enzimática y, por lo tanto, de la nitrificación. [20]

Referencias

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  2. ^ Ho, Ching-Ming, Sammi King Woo Yau, Chun-Nam Lok, Man-Ho So y Chi-Ming Che. "Disolución oxidativa de nanopartículas de plata por oxidantes biológicamente relevantes: un estudio cinético y mecanicista". Chemistry: An Asian Journal, 8 de enero de 2010. Web. 22 de febrero de 2016.
  3. ^ abc Loza, K., J. Diendorf, C. Sengstock, L. Ruiz-Gonzalez, JM Gonzalez-Calbet, M. Vallet-Regi, M. Koller y M. Epple. "Disolución y efectos biológicos de nanopartículas de plata en medios biológicos". Royal Society of Chemistry, 2014.
  4. ^ abcde Foliatini, F., Yoki Yulizar y Mas Ayu Hafizah. "La síntesis de nanopartículas de plata recubiertas de alginato bajo irradiación con microondas". . Revista de Ciencias Matemáticas y Fundamentales. Volumen 47, nº 1 (2015)
  5. ^ ab Ho, Chi-Ming, Sammi King-Woon Yau, Chun-Nam Lok, Man-Ho So y Chi-Ming Che. "Disolución oxidativa de nanopartículas de plata por oxidantes biológicamente relevantes: un estudio cinético y mecanicista". Chem. Asian J. Chemistry - An Asian Journal 5.2 (2010): 285-93. Web.
  6. ^ Liu, Y., Chen, S., Zhong, L. y Wu, G., Preparación de una dispersión de nanopartículas de plata de alta estabilidad mediante el uso de alginato de sodio como estabilizador bajo radiación gamma, Radiat. Phys. Chem., 78(4), págs. 251-255, 2009.
  7. ^ Saha, S., Pal, A., Kundu, S., Basu, S. y Pal, T., Síntesis fotoquímica verde de nanopartículas de Ag y Au estabilizadas con alginato de calcio y su aplicación catalítica para la reducción de 4-nitrofenol, Langmuir, 26(4), págs. 2885-2893, 2010.
  8. ^ Chen, P., Zhang, X., Miao, Z., Han, B., An, G. y Liu, Z., Síntesis in situ de nanopartículas de metales nobles en solución de alginato y su aplicación en catálisis, J. Nanosci. Nanotechnol., 9(4), págs. 2628-2633, 2009.
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  20. ^ Thurman, RB; Gerba, CP; Bitton, G. Mecanismos moleculares de la desinfección de bacterias y virus con iones de cobre y plata Crit. Rev. Environ. Control 1989, 18 (4) 295– 315