Una nanopartícula de cobre es una partícula a base de cobre de un tamaño de entre 1 y 100 nm. [1] Al igual que muchas otras formas de nanopartículas , una nanopartícula de cobre se puede preparar mediante procesos naturales o mediante síntesis química. [2] Estas nanopartículas son de particular interés debido a su aplicación histórica como agentes colorantes y biomédicos, así como antimicrobianos . [3]
Uno de los primeros usos de las nanopartículas de cobre fue para dar color al vidrio y la cerámica durante el siglo IX en Mesopotamia . [1] Esto se hizo creando un esmalte con sales de cobre y plata y aplicándolo a la cerámica de arcilla. Cuando la cerámica se horneó a altas temperaturas en condiciones reductoras, los iones metálicos migraron a la parte exterior del esmalte y se redujeron a metales. [1] El resultado fue una doble capa de nanopartículas metálicas con una pequeña cantidad de esmalte entre ellas. Cuando la cerámica terminada se expuso a la luz, la luz penetraría y se reflejaría en la primera capa. La luz que penetra en la primera capa se reflejaría en la segunda capa de nanopartículas y causaría efectos de interferencia con la luz que se refleja en la primera capa, creando un efecto de brillo que resulta de la interferencia tanto constructiva como destructiva. [2]
Se han descrito varios métodos para sintetizar químicamente nanopartículas de cobre. Un método más antiguo implica la reducción de carboxilato de hidrazina de cobre en una solución acuosa mediante reflujo o calentando a través de ultrasonidos bajo una atmósfera inerte de argón. [4] Esto da como resultado una combinación de óxido de cobre y grupos de nanopartículas de cobre puro, según el método utilizado. Una síntesis más moderna utiliza cloruro de cobre (II) en una reacción a temperatura ambiente con citrato de sodio o ácido mirístico en una solución acuosa que contiene formaldehído sulfoxilato de sodio para obtener un polvo de nanopartículas de cobre puro. [5] Si bien estas síntesis generan nanopartículas de cobre bastante consistentes, también se ha informado de la posibilidad de controlar los tamaños y formas de las nanopartículas de cobre. La reducción de acetilacetonato de cobre (II) en disolvente orgánico con oleil amina y ácido oleico provoca la formación de nanopartículas en forma de varilla y cubo, mientras que las variaciones en la temperatura de reacción afectan el tamaño de las partículas sintetizadas. [6]
Otro método de síntesis implica el uso de la sal de carboxilato de cobre (II) hidracina con ultrasonidos o calor en agua para generar una reacción radical, como se muestra en la figura de la derecha. Las nanopartículas de cobre también se pueden sintetizar utilizando química verde para reducir el impacto ambiental de la reacción. El cloruro de cobre se puede reducir utilizando únicamente ácido L-ascórbico en una solución acuosa calentada para producir nanopartículas de cobre estables. [7]
Las nanopartículas de cobre presentan características únicas, incluidas actividades catalíticas y antifúngicas/antibacterianas que no se observan en el cobre comercial. En primer lugar, las nanopartículas de cobre demuestran una actividad catalítica muy fuerte, una propiedad que se puede atribuir a su gran área de superficie catalítica. Con el tamaño pequeño y la gran porosidad, las nanopartículas pueden lograr un mayor rendimiento de reacción y un tiempo de reacción más corto cuando se utilizan como reactivos en síntesis orgánica y organometálica. [8] De hecho, las nanopartículas de cobre que se utilizan en una reacción de condensación de yodobenceno alcanzaron aproximadamente un 88% de conversión a bifenilo, mientras que el cobre comercial exhibió solo una conversión del 43%. [8]
Las nanopartículas de cobre, que son extremadamente pequeñas y tienen una alta relación superficie-volumen, también pueden servir como agentes antifúngicos/antibacterianos. [9] La actividad antimicrobiana es inducida por su estrecha interacción con las membranas microbianas y sus iones metálicos liberados en soluciones. [9] A medida que las nanopartículas se oxidan lentamente en soluciones, liberan iones cúpricos de ellas y pueden crear radicales libres de hidroxilo tóxicos cuando la membrana lipídica está cerca. Luego, los radicales libres desmontan los lípidos en las membranas celulares a través de la oxidación para degenerar las membranas. Como resultado, las sustancias intracelulares se filtran fuera de las células a través de las membranas destruidas; las células ya no pueden sostener procesos bioquímicos fundamentales. [10] Al final, todas estas alteraciones dentro de la célula causadas por los radicales libres conducen a la muerte celular. [10]
Las nanopartículas de cobre con gran actividad catalítica se pueden aplicar a biosensores y sensores electroquímicos. Las reacciones redox utilizadas en esos sensores son generalmente irreversibles y también requieren altos sobrepotenciales (más energía) para funcionar. De hecho, las nanopartículas tienen la capacidad de hacer que las reacciones redox sean reversibles y de reducir los sobrepotenciales cuando se aplican a los sensores. [11]
Uno de los ejemplos es un sensor de glucosa. Con el uso de nanopartículas de cobre, el sensor no requiere ninguna enzima y, por lo tanto, no tiene necesidad de lidiar con la degradación y desnaturalización de las enzimas. [13] Como se describe en la Figura 3, dependiendo del nivel de glucosa, las nanopartículas en el sensor difractan la luz incidente en un ángulo diferente. En consecuencia, la luz difractada resultante da un color diferente según el nivel de glucosa. [12] De hecho, las nanopartículas permiten que el sensor sea más estable a altas temperaturas y pH variable, y más resistente a productos químicos tóxicos. Además, utilizando nanopartículas, se pueden detectar aminoácidos nativos. [13] Un electrodo de carbono serigrafiado revestido con nanopartículas de cobre funciona como un sistema de detección estable y eficaz para la detección de los 20 aminoácidos. [14] Un método in situ, ecológico y rápido puede sintetizar óxido de cobre/óxido de zinc en tela de algodón utilizando ácido fólico para aumentar las propiedades de protección UV de la tela. [15]
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