Una nueva técnica que amplía 32 veces la capacidad bactericida de las nanopartículas
AGENCIA FAPESP/DICYT Durante las últimas décadas, diversos grupos de investigación del área de ciencia de materiales en el mundo iniciaron una carrera rumbo al desarrollo de nuevas técnicas tendientes a obtener partículas de plata a escala nanométrica (de la milmillonésima parte del metro) e incrementar las propiedades ópticas, catalíticas y bactericidas de estos materiales.
Y un grupo de científicos ligados al Centro de Desarrollo de Materiales Funcionales (CDMF) –uno de los Centros de Investigación, Innovación y Difusión (CEPIDs) financiados por la FAPESP en Brasil– ha dado ahora un paso al frente en esta disputa.
Los investigadores desarrollaron una nueva ruta tecnológica tendiente a la obtención de nanopartículas de plata con una capacidad bactericida 32 veces mayor que la de las existentes en la actualidad, utilizadas en envases de alimentos, órtesis y materiales médicos y hospitalarios, entre otros.
Los resultados de este estudio, que cuenta con la participación de investigadores de la Universidad Federal de São Carlos (UFSCar) y de la Universidade Estadual Paulista (Unesp), en Brasil, de la Universitat Jaume I, en España, y de la University of Liberec, en la República Checa, salieron publicados en la revista Scientific Reports.
“Logramos desarrollar una ruta inédita tendiente a producir nanopartículas de plata distintas a las existentes actualmente y con una capacidad bactericida mucho mayor”, declaró Elson Longo, docente de la UFSCar y coordinador del CDMF, a Agência FAPESP.
Los científicos del CDMF ya habían desarrollado hace tres años un método innovador para la obtención de las estructuras denominadas nanocompuestos, formadas por nanopartículas de plata acopladas a un cristal semiconductor de tungstato de plata, mediante microscopía electrónica de transmisión.
Al aplicar esta técnica, con la cual se irradia un haz de electrones en una muestra de tungstato de plata, lograron obtener bactericidas prometedores, en los cuales el semiconductor de tungstato de plata atrae a los agentes bacterianos y las nanopartículas de plata los neutralizan.
Con todo, la producción a gran escala de estos materiales para aplicaciones reales con esta técnica se encontraba bastante limitada en razón del alto costo del microscopio electrónico de transmisión.
“El valor del microscopio electrónico de transmisión que se emplea para obtener este material es de alrededor de 1.300.000 euros. Esto vuelve completamente inviable la obtención del mismo a gran escala”, explicó Longo.
A los efectos de aumentar la producción de estos nanocompuestos con un método más competitivo, los científicos desarrollaron una nueva técnica mediante la cual irradian láser sobre la superficie del semiconductor de tungstato de plata durante un lapso de tiempo extremadamente corto, de femtosegundos (equivalentes a 10-15 segundos).
Los análisis de las muestras revelaron que la interacción entre el semiconductor de tungstato de plata y la radiación con láser pulsado en femtosegundos dio origen a una gran cantidad de dos tipos distintos de microestructuras obtenidas mediante microscopía electrónica.
“Observamos que esta nueva técnica que desarrollamos resultó en nanopartículas de plata que se ubicaban sobre el semiconductor, y también en clústeres (conglomerados) de plata”, dijo Longo.
Con el objetivo de evaluar la actividad bactericida de los materiales, los investigadores colocaron muestras de los mismos en contacto con cepas de la bacteria Staphylococcus aureus resistentes a la meticilina (SARM), que exhibían resistencia a diversos agentes antimicrobianos y que están relacionadas con las infecciones hospitalarias.
Los análisis con microscopía indicaron que las muestras irradiadas con láser exhibieron una actividad bactericida 32 veces mayor que las nanopartículas de plata producidas mediante la irradiación por haces de electrones.
“Esta nueva técnica abre la posibilidad de obtener compuestos bactericidas de alto rendimiento y fácil fabricación”, sostuvo Longo.
Potenciales aplicaciones
Los científicos efectuaron una solicitud de patente de la nueva técnica y de los dos nuevos tipos de nanopartículas de plata obtenidos mediante el empleo de la misma.
La idea es licenciarle la tecnología a Nanox, una spin-off del CDMF con sede en la ciudad de São Carlos, en Brasil, que cuenta con el apoyo del Programa de Investigación Innovadora en Pequeñas Empresas (PIPE) de la FAPESP.
“Nanox vende actualmente nanopartículas de plata en todo el mundo y podría beneficiarse mucho con esta nueva técnica de obtención de este material”, sostuvo Longo.
Los investigadores pretenden evaluar el uso de este material en prótesis odontológicas y han puesto en marcha la realización de pruebas tendientes a analizar la acción de los nanocompuestos en células cancerígenas.
Los resultados preliminares de los experimentos indicaron que las nanopartículas fueron capaces de eliminar células tumorales sin afectar a las células sanas.
Puede leerse el artículo intitulado Towards the scale-up of the formation of nanoparticles on α-Ag2WO4 with bactericidal properties by femtosecond laser irradiation (doi:10.1038/s41598-018-19270-9), de Marcelo Assis, Eloisa Cordoncillo, Rafael Torres-Mendieta, Héctor Beltrán-Mir, Gladys Mínguez-Vega, Regiane Oliveira, Edson R. Leite, Camila C. Foggi, Carlos E. Vergani, Elson Longo y Juan Andrés, en la revista Scientific Reports, en el siguiente enlace: nature.com/articles/s41598-018-19270-9.