La Revolución Verde en la Nanotecnología

Blog original en inglés por Gustavo A. Dominguez
Traducido por Gustavo A. Dominguez

Cuando hablamos sobre sustentabilidad en química, hay que tomar en cuenta cómo los productos químicos que usamos en los experimentos pueden afectar en medio ambiente. La producción tradicional de nanopartículas utiliza frecuentemente materiales tóxicos como son los solventes y surfactantes para producir nanopartículas las cuales son un grupo diverso que van desde metales hasta óxidos metálicos.1 Una de las mayores preocupaciones que se tiene es la acumulación de estos materiales tóxicos en el medio ambiente que podrían afectar a todos los organismos que viven allí, y por consiguiente cambiar el equilibrio ecológico de un ecosistema en particular.

A estas alturas el lector se preguntara si hay alguna forma sustentable para producir nanopartículas. Bueno les tengo buenas noticias al respecto. Una nueva forma para preparar nanopartículas, ha hecho lentamente su entrada en la nanotecnología, y utiliza plantas para este propósito.

Plantas

¡Plantas!    Imagen de wikimedia 

Este nuevo método es un ejemplo de lo que se considera como la “química verde”. Este término ha sido aplicado anteriormente en muchas áreas de la química, y recientemente los científicos han empezado a buscar cómo reducir el uso de ingredientes tóxicos en la producción de nanopartículas.

En uno de los mayores avances en esta área, los científicos implementaron el uso de plantas en vez de químicos tóxicos como en el pasado para sintetizar nanopartículas. Pero, ¿cómo los científicos pensaron en esta idea? Hace algún tiempo los científicos se dieron cuenta que las plantas eran capaces de acumular metales en tejidos y órganos lejos de las raíces2 después que éstas removían metales del suelo. Bioremediación es la técnica en la cual las funciones naturales de las plantas son usadas para extraer y recuperar metales de suelos previamente contaminados con metales. Los metales son extraídos de las plantas a través de la sinterización o fundición. En el proceso de sinterización, las plantas que contienen metales son tratadas con temperaturas inferiores a la de fundición. Esto forma una masa solida bien compacta sin derretir el metal. En la fundición, las plantas con metales son tratadas con calor extremo que derrite los metales hasta formar una masa sólida.

Un gran evento para la química verde en la nanotecnología ocurrió cuando los científicos descubrieron que las plantas no solo acumulaban metales, sino que también los metales eran depositados como nanopartículas. Uno de los primeros reportes sobre el uso de la química verde para producir nanopartículas de plata empleó plantas de alfalfa.3 Durante nueve días las plantas de alfalfa fueron tratadas con nitrato de plata como fuente de iones de plata. Aunque el nitrato de plata no incluía nanopartículas, el análisis de los tejidos reveló que las nanopartículas de plata que medían entre 2 a 20 nm de diámetro se habían acumulado en las raíces y brotes de las plantas.

un brote de alfalfa con nanopartículas de plata

Imagen de microscopio electrónico de transmisión de un brote de alfalfa con nanopartículas de plata. Adaptado con permiso de Gardea-Torresdey et al. (2003).3

Diferentes estrategias que incluyen plantas han sido desarrolladas en la síntesis de las nanopartículas desde el experimento inicial con alfalfa. Algunas de estas estrategias que usan nanotecnología verde han incluido la dosificación plantas con sales de metales (ejemplo: nitrato de plata) o óxidos metálicos (ejemplo: óxido de titanio),  subsecuentemente las nanopartículas son extraídas del material seco de las plantas. Otra manera para sintetizar directamente las nanopartículas es mediante el uso del extracto acuoso de plantas. Estos extractos acuosos son soluciones que contienen uno o más ingredientes activos de una planta específica. El uso de extractos de plantas para sintetizar nanopartículas es probablemente el método más rápido. Por ejemplo, extracto de té verde adicionado a dos soluciones acuosas de sales de oro y plata produjo nanopartículas de oro y plata, respectivamente.4

Té verde

¿Té verde para nanopartículas?  Imagen de wikimedia 

Otra manera en que las plantas pueden ser útiles en nanotecnología es controlando el crecimiento de metales en una dimensión a nanoescala. Las moléculas que regulan el crecimiento de las nanopartículas de esta forma son llamados agentes reductores. Acidez, temperatura, y otros parámetros también ayudan al crecimiento de las nanopartículas. Los proponentes de la química verde sugieren que las plantas pueden proveer un gran número de agentes reductores naturales los que podrían razonablemente producir nanopartículas empleando sales metálicas u óxidos metálicos.1 Entre estas moléculas naturales están los terpenoides, polifenoles, azúcares, alcaloides, y proteínas.5

Todavía hay un largo camino por recorrer para convertir los métodos tradicionales de síntesis de las nanopartículas empleando la química verde. La  mayoría de los resultados obtenidos hasta aquí se han realizado a pequeña escala. Sin embargo, la calidad de las nanopartículas “verdes” es comparable con las producidas empleando la metodología tradicional. Como ejemplo, nanopartículas de plata sintetizadas a partir del extracto de margarita tienen la misma actividad antimicrobiana que las nanopartículas de plata sintetizadas con los métodos tradicionales.6 Reportes sobre el uso de plantas (o parte de estas como hojas, raíces, o frutas) para hacer nanopartículas también demuestran que los resultados pueden ser muy seguros.

Es una gran idea que los científicos hayan encontrado la forma de convertir a las plantas en reactores biológicos capaces de crear nanopartículas personalizadas. Aunque el uso de moléculas naturales de las plantas ha abierto un área interesante y activa de investigación, aún hay mucho camino por recorrer. Talvez algún día podamos crear todas las nanopartículas usando plantas para mitigar el impacto de la nanotecnología en el medio ambiente, pero hay mucho trabajo por hacer.


REFERENCIAS

  1. Kharissova, O.V., et al., The greener synthesis of nanoparticles. Trends in Biotechnology, 2013. 31(4): p. 240-248.
  2. Sheoran, V., A. S.Sheoran, and P. Poonia, Phytomining of gold: A review. Journal of Geochemical Exploration, 2013. 128(0): p. 42-50.
  3. Gardea-Torresdey, J.L., et al., Alfalfa Sprouts:  A Natural Source for the Synthesis of Silver Nanoparticles. Langmuir, 2003. 19(4): p. 1357-1361.
  4. Vilchis-Nestor, A.R., et al., Solventless synthesis and optical properties of Au and Ag nanoparticles using Camellia sinensis extract. Materials Letters, 2008. 62(17–18): p. 3103-3105.
  5. Makarov, V.V., et al., “Green” Nanotechnologies: Synthesis of Metal Nanoparticles Using Plants. Acta Naturae, 2014. 6(1): p. 35-44.
  6. Dhanalakshmi, T. and S. Rajendran, Synthesis of silver nanoparticles using Tridax procumbens and its antimicrobial activity. Archives of Applied Science Research, 2012. 4(3): p. 1289-1293.

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