Nanopartícula de plata

Partículas ultrafinas de plata de entre 1 nm y 100 nm de tamaño.

Micrografía electrónica de nanopartículas de plata.

Las nanopartículas de plata son nanopartículas de plata de tamaño comprendido entre 1 nm y 100 nm. ^[1] Si bien se describen con frecuencia como "plata", algunos están compuestos de un gran porcentaje de óxido de plata debido a su gran proporción entre la superficie y los átomos de plata en masa. Se pueden construir numerosas formas de nanopartículas según la aplicación en cuestión. Las nanopartículas de plata más utilizadas son esféricas, pero también son comunes las láminas de diamante, octogonales y delgadas. ^[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 están bajo investigación en estudios de laboratorio y en animales, evaluando su potencial eficacia, bioseguridad y biodistribución . ^[2]

Métodos de síntesis

química húmeda

Los métodos más comunes para la síntesis de nanopartículas se incluyen en la categoría de química húmeda o nucleación de partículas dentro de una solución. Esta nucleación ocurre cuando un complejo de iones de plata, generalmente 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 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 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 una estructura estable. núcleo. 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 bloquea la llegada de nuevos iones de plata a la superficie. La unión de estos agentes de protección/estabilización ralentiza y eventualmente detiene el crecimiento de la partícula. ^[5] Los ligandos de protección más comunes son el citrato trisódico y la polivinilpirrolidona (PVP), pero muchos otros también se utilizan 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, 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 la luz. ^[11] Cada uno de estos métodos, o una combinación de métodos, ofrecerá diferentes grados de control sobre la distribución de tamaño, así como las distribuciones de disposiciones geométricas de la nanopartícula. ^[12]

Elsupikhe et al. encontraron una técnica química húmeda nueva y muy prometedora. (2015). ^[13] Han desarrollado una síntesis verde asistida por ultrasonidos. Bajo tratamiento con ultrasonido , se sintetizan nanopartículas de plata (AgNP) con κ-carragenano 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-carragenano se utiliza para influir en la distribución del tamaño de partículas 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 sencillo para reducir los iones de plata a nanopartículas de plata, ya que normalmente 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 correlacionaban con un mayor número de nanopartículas. ^[15] Se formaron nanopartículas más pequeñas a niveles altos de pH debido a la concentración de 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 una tautomerización . Además, si los aldehídos están unidos, quedarán atrapados en forma cíclica y no podrán actuar como agente reductor. Por ejemplo, la glucosa tiene un grupo funcional aldehído que es capaz de reducir los cationes de plata a átomos de plata y luego se oxida a ácido glucónico . ^[17] La ​​reacción de los azúcares a oxidar se produce en soluciones acuosas. El agente de protección 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 de citrato implica la reducción de una partícula fuente de plata, generalmente AgNO ₃ o AgClO ₄ , a plata coloidal usando citrato trisódico , Na. _3C6H5O7 .​_​​_​​_​ ^[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 protección, ^[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 un tamaño y forma más uniformes. ^[19]

Reducción mediante borohidruro de sodio

La síntesis de nanopartículas de plata por reducción de 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 de metal reducidos formarán núcleos de nanopartículas. En general, este proceso es similar al método de reducción anterior utilizando citrato. El beneficio de utilizar borohidruro de sodio es una mayor monodispersidad de la población de partículas final. La razón de la mayor monodispersidad cuando se utiliza NaBH ₄ 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 nanopartículas. ^[21]

Cuando el nitrato de plata (AgNO ₃ ) se reduce mediante un agente reductor débil como el citrato, la tasa de reducción es menor, lo que significa que se forman nuevos núcleos y los núcleos viejos crecen al mismo tiempo. Ésta es la razón por la que la reacción del citrato tiene una baja monodispersidad. Debido a que 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 y crecen nuevos núcleos al mismo tiempo, produciendo 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 se unen varias partículas), 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 agregando especies que se adsorberán en la superficie de las nanopartículas y reducirán la actividad de la superficie de las partículas, evitando así la aglomeración de partículas según la teoría DLVO y evitando el crecimiento al ocupar sitios de unión para metales. átomos. Las especies químicas que se adsorben en la superficie de las nanopartículas se denominan ligandos. Algunas de estas especies estabilizadoras de 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 se deben separar y recoger. Existen varios métodos generales para eliminar 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 polioles comienza con el calentamiento de un compuesto de poliol como etilenglicol , 1,5-pentanodiol o 1,2-propilenglicol7. Se añaden una especie Ag ⁺ y un agente de protección (aunque el propio poliol suele ser también el agente de protección). Luego, el poliol reduce la especie Ag ^{+ 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 cuasiesferas, pirámides, esferas y alambres. ^[12] Estudios adicionales han examinado con mayor detalle el mecanismo de este proceso, así como las geometrías resultantes en diversas condiciones de reacción. ^{[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 alcanzar 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 de átomos metálicos. Para controlar la distribución del tamaño de las semillas, el período de nucleación debe ser corto para la monodispersidad. El modelo LaMer ilustra este concepto. ^[29] Las semillas suelen consistir en pequeñas nanopartículas, estabilizadas por un ligando . Los ligandos son moléculas pequeñas, 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 energética de la coagulación, evitando la aglomeración. El equilibrio entre las fuerzas de atracción y repulsión dentro de las soluciones coloidales puede modelarse mediante la teoría DLVO . ^[30] La afinidad de unión al 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 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 concentración baja de un precursor metálico, ligandos que se intercambiarán fácilmente con ligandos semilla 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 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 masiva (que disminuye favorablemente con el crecimiento). El equilibrio entre la energía del crecimiento y la disolución es la razón del crecimiento uniforme sólo en semillas preexistentes (y sin nueva nucleación). ^[32] El crecimiento se produce mediante 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 pueden controlarse 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 de metal con respecto a precursor de metal en la solución de crecimiento producirá partículas más grandes. Se ha demostrado que el agente de protección controla la dirección del crecimiento y, por 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 entre partículas. Esto produce partículas anisotrópicas con formas no esféricas que incluyen prismas , cubos y varillas. ^{[35] [36]}

Crecimiento mediado por la luz

También se han explorado las síntesis mediadas por luz en las que 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 plateado 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 finas de partículas de plata sobre superficies y se están realizando más estudios 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(metacrilato de metilo) . Las partículas se incrustan en el sustrato mediante bombardeo con altos voltajes de aceleración. Con 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 como la densidad de las nanopartículas 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 de la densidad. el tamaño de las nanopartículas. Existen algunos mecanismos competitivos que pueden resultar en la disminución del tamaño de las nanopartículas; destrucción de NP tras colisión , pulverización catódica de la superficie de la muestra, fusión de partículas tras calentamiento y disociación. ^[40]

La formación de nanopartículas incrustadas 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 agrupación; 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 aproxima a una distribución gaussiana con la media centrada en la profundidad X. Las condiciones de alta temperatura durante las etapas iniciales de implantación aumentarán la difusión de impurezas en el sustrato y, como resultado, limitarán la saturación de iones incidentes, que se requiere para la nucleación de nanopartículas. ^[41] Es crucial controlar tanto la temperatura del implante como la densidad de corriente del haz de iones para obtener un tamaño de nanopartícula monodispersa y una distribución de profundidad. Se puede utilizar una densidad de corriente baja 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 aumentar a medida que aumentará la conductividad de la superficie. ^[41] La velocidad a la que las impurezas se difunden 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 fundamental 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 naturaleza de estas partículas se puede analizar mediante numerosos instrumentos de espectroscopía y microscopía. ^[41] Las nanopartículas sintetizadas en el sustrato exhiben resonancias de plasmón superficial como lo demuestran las bandas de absorción características; estas características sufren cambios espectrales dependiendo del tamaño de las nanopartículas y las asperezas de la superficie; 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 reemplazando 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 NP dependen íntimamente de dichos factores. ^[47] Por lo tanto, el enfoque principal de la investigación en síntesis biogénica es desarrollar métodos que reproduzcan consistentemente NP con propiedades precisas. ^{[48] ​​[49]}

Hongos y bacterias

La síntesis de nanopartículas bacterianas y fúngicas es práctica porque las bacterias y los hongos son fáciles de manejar y pueden modificarse genéticamente con facilidad. Esto proporciona un medio para desarrollar biomoléculas que puedan sintetizar AgNP de diferentes formas y tamaños con alto rendimiento, lo que está a la vanguardia de los desafíos actuales en la síntesis de nanopartículas. En la síntesis de nanopartículas de plata se pueden utilizar cepas de hongos como Verticillium y cepas bacterianas como Klebsiella pneumoniae ^{. [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 descubierto que estos métodos crean eficazmente nanopartículas monodispersas estables sin el uso de agentes reductores nocivos.

Se ha encontrado un método para reducir los iones de plata mediante la introducción del hongo Fusarium oxysporum . Las nanopartículas formadas con este método tienen un tamaño que oscila 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 proteínas excretadas por los hongos.

La bacteria encontrada en las minas de plata, Pseudomonas stutzeri AG259, pudo 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 mayores que la nanoescala habitual con un tamaño de 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, Enteroccus faeciumI y Lactococcus garvieae pueden reducir los iones de plata a nanopartículas de plata. La producción de nanopartículas se produce 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 creaba las nanopartículas de plata más pequeñas, con un tamaño medio de 11,2 nm. También se descubrió que esta bacteria producía las nanopartículas con la distribución de tamaño más pequeña y que las nanopartículas se encontraban principalmente en el exterior de las células. También se descubrió que un aumento en el pH aumentaba la velocidad a la que se producían las nanopartículas y la cantidad de partículas producidas. ^[52]

Plantas

La reducción de iones de plata a nanopartículas de plata también se ha logrado utilizando hojas de geranio . Se ha descubierto que la adición de extracto de hoja de geranio a soluciones de nitrato de plata provoca que sus iones de plata se reduzcan rápidamente y que las nanopartículas producidas sean especialmente estables. Las nanopartículas de plata producidas en solución tenían un 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, entre Camellia sinensis (té verde), pino , caqui , ginko , magnolia y plátano , 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 el extracto de hoja de magnolia redujo los iones fue 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 hoja de Amaranthus gangeticus Linn. ^[54]

Productos y funcionalización

En tamaños pequeños, las nanopartículas de plata suelen contener gemelos, ya sea icosaédricos o decagedros. ^[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 (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 superficial localizado (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 se produce 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 puede explotarse en síntesis para promover cambios en la forma de las nanopartículas mediante la interacción de 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 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 crecen reduciendo lentamente el exceso de nitrato de plata usando ácido ascórbico. ^[7]

Con el enfoque mediado por semillas para la síntesis de nanoprismas de plata, el ligando de protección puede controlar en parte la selectividad de una forma sobre otra. Utilizando esencialmente el mismo procedimiento anterior, pero cambiando el citrato por polivinilpirrolidona (PVP), se obtienen nanoestructuras en forma de cubo y 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 usando etilenglicol como agente reductor y PVP como agente de protección, en una reacción de síntesis de poliol (vide supra). 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]

En realidad, este procedimiento puede modificarse para producir otra nanoestructura de plata anisotrópica, los nanocables, simplemente permitiendo que la solución de nitrato de plata envejezca 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 tanto, en la morfología del producto final. ^[62]

Recubrimiento con sílice

Micrografía electrónica de nanopartículas núcleo-cubierta, que comprenden 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 coloide de plata. ^[1] La agitación activa garantiza que el PVP se haya adsorbido en 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 que se forme una capa de sílice que consta de 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 conchas formadas. ^[1] Esta técnica es popular debido a la capacidad de agregar una variedad de funciones 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 y prolongar su vida útil . Tienen valores de referencia para el tamaño medio de partículas mediante 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. ^{[64] [65]} El material de referencia certificado BAM -N001 contiene nanopartículas de plata con una distribución de tamaño especificada con un tamaño mediano ponderado en número de 12,6 nm medido mediante microscopía electrónica de transmisión y dispersión de rayos X de ángulo pequeño. ^[66]

Usar

Catálisis

El uso de nanopartículas de plata para catálisis ha ido ganando atención en los últimos años. Aunque las aplicaciones más comunes son con fines medicinales o antibacterianos, se ha demostrado que las nanopartículas de plata muestran propiedades catalíticas redox para tintes, benceno y monóxido de carbono. Otros compuestos no probados pueden utilizar nanopartículas de plata para la 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 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 tiene lugar 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 con frecuencia se ve 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.

Soportado sobre esferas de sílice – reducción de colorantes

Se han sintetizado nanopartículas de plata sobre un soporte de esferas de sílice inertes . ^[67] El soporte prácticamente no desempeña ningún papel en la capacidad catalítica y sirve como método para prevenir la coalescencia de las nanopartículas de plata en una solución coloidal . Así, las nanopartículas de plata quedaron estabilizadas y se pudo demostrar la capacidad de las mismas para servir como relevo electrónico para la reducción de colorantes mediante 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 sobre 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 en peso de plata en la matriz del 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 porcentual en peso formó partículas de diferentes tamaños con una anchura diferente del rango de tamaño. ^[68]

Aleación de plata: oxidación sinérgica del monóxido de carbono.

Se ha demostrado que las nanopartículas de aleación de 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 ; juntos, las propiedades catalíticas mejoran enormemente. Se propone que el oro actúe como un fuerte agente aglutinante para el átomo de oxígeno y la plata sirva como un fuerte catalizador oxidante, aunque el mecanismo exacto aún no se comprende completamente. Cuando se sintetizaron en una proporción de Au/Ag de 3:1 a 10:1, las nanopartículas aleadas mostraron una conversión completa cuando se alimentó con 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: actividad catalítica mejor que la de las nanopartículas de oro sobre soporte activo como TiO ₂ . Fe2O3 _{, etc.} [ 69 ^]

Mejorado con luz

Los efectos plasmónicos se han estudiado bastante. Hasta hace poco, no se han realizado estudios que investiguen 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. ^[70] La implicación de tal característica es que las reacciones fotoquímicas pueden ser impulsadas por luz continua de baja intensidad combinada con energía térmica .

El acoplamiento de luz continua de baja intensidad y energía térmica se ha realizado 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 luz en el rango visible. ^[70]

La adición de mejora de la luz permitió que las partículas funcionaran al mismo nivel que las partículas que se calentaron hasta 40  K más. ^[70] Este es un hallazgo profundo cuando 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 térmico . ^[70]

investigacion biologica

Los investigadores han explorado el uso de nanopartículas de plata como transportadores para entregar diversas cargas útiles, como pequeñas moléculas de fármacos o grandes biomoléculas, a objetivos específicos. Una vez que el AgNP haya tenido tiempo suficiente para alcanzar su objetivo, la liberación de la carga útil podría ser provocada 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 avance en el diagnóstico por imágenes del cáncer y en los estándares para el diseño de fármacos terapéuticos. ^[72] La nanotecnología puede revelar información sobre la estructura, función y nivel organizativo del biosistema a nanoescala. ^[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, con sílice, la superficie existe como ácido silícico. De este modo, se pueden añadir sustratos a través de enlaces éter y éster estables que no se degradan inmediatamente por las enzimas metabólicas naturales . ^{[74] [75]} Aplicaciones quimioterapéuticas recientes han diseñado medicamentos contra el cáncer con un conector fotoescindible, ^[76] como un puente ortonitrobencilo, 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 el objetivo del tratamiento es un tumor canceroso , se puede introducir luz ultravioleta sobre la región del tumor. ^[74] La energía electromagnética de la luz hace que el conector fotosensible se rompa entre el fármaco y el sustrato de la nanopartícula. ^[74] El fármaco ahora 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, el fármaco se libera sin radiación dañina o sin depender de que se produzca una reacción química específica y el fármaco se puede liberar selectivamente 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 sufrir una reacción de desplazamiento. Por ejemplo, una vez que el complejo farmacológico de nanopartículas entra o está cerca del tejido o las células diana, se puede administrar un monoéster de glutatión al sitio. ^{[77] [78]} El oxígeno del éster nucleofílico 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, limitando las interacciones no deseadas con otros tejidos. ^{[77] [78]}

Resistencia a múltiples medicamentos

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 direccionamiento para administrar nanoportadores 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 pueden diseñarse con proteínas que detecten específicamente células resistentes a los medicamentos con proteínas transportadoras sobreexpresadas en su superficie. ^[81] Un problema de los sistemas de administración de nanofármacos comúnmente utilizados es que los fármacos libres que se liberan desde los nanoportadores al citosol quedan expuestos a los transportadores MDR una vez más y se exportan. Para solucionar 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 eficacia de AgNP es limitada debido a la falta de absorción celular eficiente; sin embargo, la modificación de CPP se ha convertido en uno de los métodos más eficientes para mejorar la entrega intracelular de nanopartículas. Una vez ingerido, se impide la exportación del AgNP basándose en 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 se limita a un rango de 300-2000 Da. De este modo, las nanopartículas permanecen insensibles al eflujo, proporcionando un medio para acumularse en altas concentraciones. ^{[ cita necesaria ]}

antimicrobiano

La introducción de plata en las células bacterianas induce un alto grado de cambios estructurales y morfológicos que pueden provocar la muerte celular. A medida que las nanopartículas de plata entran en contacto con las bacterias, se adhieren a la pared celular y a 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 porción se adhiere a las proteínas que contienen azufre en la membrana. ^[83] Las interacciones plata-azufre en la membrana hacen que la pared celular sufra 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 la plata crea una región de bajo peso molecular donde luego se condensa el ADN. ^[84] Tener el ADN en un estado condensado inhibe el contacto de las proteínas de replicación de la célula con el ADN. Así, la introducción de nanopartículas de plata inhibe la replicación y es suficiente para provocar la muerte de la célula. Para aumentar 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 inhibición de la expresión de proteínas que se relacionan 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 considerablemente su actividad bactericida. ^[86] Esto también podría deberse en parte al hecho de que a medida que el tamaño de las partículas disminuye, la reactividad aumenta debido al aumento de la relación entre el área de superficie y el volumen. ^{[ cita necesaria ]}

Se ha demostrado que las nanopartículas de plata tienen 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 mayor contra las bacterias Gram negativas y Gram positivas. ^[88] Esta sinergia antibacteriana entre las nanopartículas de plata y el peróxido de hidrógeno posiblemente se puede atribuir 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 resultar especialmente útil en entornos quirúrgicos donde todas las superficies en contacto con el paciente deben ser esterilizadas. Las nanopartículas de plata se pueden incorporar en muchos tipos de superficies, incluidos metales, plástico y vidrio. ^[91] En equipos médicos, se ha demostrado que las nanopartículas de plata reducen el recuento de bacterias en los dispositivos utilizados en comparación con las técnicas antiguas. Sin embargo, el problema surge cuando el trámite finaliza 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 lugar a cicatrices significativamente menores en la víctima. Estas nuevas aplicaciones son descendientes directas de prácticas más antiguas que usaban nitrato de plata para tratar afecciones. como úlceras en 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 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. No era nuevo utilizar plata para eliminar microbios, pero este experimento utilizó el carbonato del agua para hacer que los microbios fueran aún más vulnerables a la plata. ^[95] Primero, los científicos del experimento utilizan las nanopartículas para eliminar ciertos pesticidas del agua, 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 del agua, como el hierro, el plomo y el 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 de hidrólicos) para que se produzca la reacción. ^[96] Por el contrario, las nanopartículas de plata posconsumo en las aguas residuales pueden afectar negativamente a los agentes biológicos utilizados en el tratamiento de aguas residuales. ^[97]

Bienes de consumo

Aplicaciones domésticas

Hay casos en los que las nanopartículas de plata y la plata coloidal se utilizan en bienes de consumo. Samsung, por ejemplo, afirmó que el uso de nanopartículas de plata en las 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 de estos aparatos se sintetizan mediante electrólisis . Mediante electrólisis, la plata se extrae de placas de metal y luego un agente reductor la convierte en nanopartículas de plata. ^[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 junto a la tina [lavadora] utiliza corrientes eléctricas para nanoafeitar dos placas de plata del tamaño de grandes palitos de chicle. El resultado es que durante el ciclo de lavado se inyectan átomos de plata cargados positivamente (iones de plata (Ag ^{+ )) en la tina. [100]}

La descripción de Samsung del proceso de generación de nanopartículas de plata parece contradecir su publicidad de nanopartículas de plata. En cambio, la declaración indica que los 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 esterilizan 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 una goma de mascar”), 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 Investigación y Pruebas para la Industria Química de Corea y el Instituto de Investigación y Pruebas 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 tratado de regular las nanopartículas en bienes de consumo. Samsung afirmó que la plata se elimina en las alcantarillas y las agencias reguladoras se preocupan por lo que eso significa para las corrientes 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 comprobar 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 existe una forma distinta 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 cosmética, así como en pigmentos. ^{[101] [102]} Un estudio publicado recientemente por la EUON ha ilustrado la existencia de lagunas de conocimiento sobre la seguridad de las nanopartículas en los pigmentos. ^[103]

Salud y seguridad

El Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional de EE. UU. derivó un límite de exposición recomendado (REL) para nanomateriales de plata (con un tamaño de partícula primaria <100 nm) de 0,9 μg/m ³ como concentración promedio ponderada en el tiempo (TWA) de 8 horas respirables 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 vapores y los compuestos solubles). ^[104] Se descubrió que el catión de plata libre es el tóxico máximo, 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, sólo recientemente se ha realizado un gran esfuerzo 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 órganos diferentes, incluidos los pulmones, el hígado, la piel, el cerebro y los órganos reproductivos. ^[106] El mecanismo de toxicidad de las nanopartículas de plata para las células humanas parece derivarse del estrés oxidativo y la inflamación causados ​​por la generación de especies reactivas de oxígeno (ROS) estimuladas por las NP 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 disminuía la viabilidad celular de una manera dependiente de la concentración y el tiempo. ^[110] Además, demostraron que la glutatión reducida intracelular (GSH), que es un eliminador de ROS, disminuyó al 81,4% del 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 cual 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 la 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 de tóxicos en las células a través de un "mecanismo 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 e iones de plata 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 el alga que contenían nanopartículas de plata eran más tóxicos que los iones de plata solos. ^[116] Además, hay estudios que sugieren que las nanopartículas de plata inducen toxicidad independientemente de los iones de plata libres. ^{[111] [117] [118]} Por ejemplo, Asharani et al. compararon los defectos fenotípicos observados en el pez cebra tratado 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 en 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 de proteínas y los poros de la membrana nuclear a menudo pueden tener un tamaño de entre 9 nm y 10 nm de diámetro. ^[111] Las pequeñas nanopartículas de plata construidas de 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 solutos, el intercambio de proteínas y el reconocimiento celular. ^[111] 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. ^[119] pero también se ha demostrado que es tóxico 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 tinciones: la plata o los compuestos de plata ingeridos, incluida la plata coloidal , pueden 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 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 cuestión de si la causa de la decoloración del hombre fue 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 la 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 interno del tejido, generaba fugas paravalvulares, aflojamiento de la válvula y, en el peor de los casos, explantación. Después de 3 años en el mercado y 36.000 implantes, St. Jude suspendió la producción y retiró voluntariamente la válvula.

Ver también

• Disolución oxidativa de nanopartículas de plata.
• Impacto ambiental de las nanopartículas de plata.

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