Cosas Sobre Cisteina Npagfuncionalizadas

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Text of Cosas Sobre Cisteina Npagfuncionalizadas

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    FUNCIONALIZACIN DE NANOPARTCULAS DE PLATA (AgNP) CON

    L-CISTENA

    YULY ANDREA PRADA VARGAS

    UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER

    FACULTAD DE CIENCIAS

    ESCUELA DE QUMICA

    BUCARAMANGA

    2012

  • 2

    FUNCIONALIZACIN DE NANOPARTCULAS DE PLATA (AgNP)

    CON L-CISTENA

    YULY ANDREA PRADA VARGAS

    Trabajo de grado presentado como requisito

    Para optar el ttulo de:

    Qumica

    DIRECTORES

    ENRIQUE MEJA OSPINO, Qumico, Ph.D.,

    RODRIGO GONZALO TORRES SAZ, Qumico, Ph.D.,

    CO-DIRECTORA

    JOHANNA ALEXANDRA GMEZ SANTOS, Qumica, M.Sc.,

    UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER

    FACULTAD DE CIENCIAS

    ESCUELA DE QUMICA

    BUCARAMANGA

    2012

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    ENTREGA DE TRABAJOS DE GRADO, TRABAJOS DE INVESTIGACION O TESIS Y AUTORIZACIN DE SU USO A

    FAVOR DE LA UIS

    Yo, YULY ANDREA PARDA VARGAS, mayor de edad, vecino de Bucaramanga, identificado con la Cdula de Ciudadana No. 1.098.622.374 de Bucaramanga, actuando en nombre propio, en mi calidad de autor del trabajo de grado, del trabajo de investigacin, o de la tesis denominada(o):

    FUNCIONALIZACIN DE NANOPARTCULA DE PLATA (AgNP) CON L-CISTENA Hago entrega del ejemplar respectivo y de sus anexos de ser el caso, en formato digital o electrnico (CD o DVD) y autorizo a LA UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER, para que en los trminos establecidos en la Ley 23 de 1982, Ley 44 de 1993, decisin Andina 351 de 1993, Decreto 460 de 1995 y dems normas generales sobre la materia, utilice y use en todas sus formas, los derechos patrimoniales de reproduccin, comunicacin pblica, transformacin y distribucin (alquiler, prstamo pblico e importacin) que me corresponden como creador de la obra objeto del presente documento. PARGRAFO: La presente autorizacin se hace extensiva no slo a las facultades y derechos de uso sobre la obra en formato o soporte material, sino tambin para formato virtual, electrnico, digital, ptico, uso en red, Internet, extranet, intranet, etc., y en general para cualquier formato conocido o por conocer. EL AUTOR ESTUDIANTE, manifiesta que la obra objeto de la presente autorizacin es original y la realiz sin violar o usurpar derechos de autor de terceros, por lo tanto la obra es de su exclusiva autora y detenta la titularidad sobre la misma. PARGRAFO: En caso de presentarse cualquier reclamacin o accin por parte de un tercero en cuanto a los derechos de autor sobre la obra en cuestin, EL AUTOR / ESTUDIANTE, asumir toda la responsabilidad, y saldr en defensa de los derechos aqu autorizados; para todos los efectos la Universidad acta como un tercero de buena fe. Para constancia se firma el presente documento en dos (02) ejemplares del mismo valor y tenor, en Bucaramanga , a los (27) das del mes de Febrero de Dos Mil Doce 2012 . EL AUTOR / ESTUDIANTE:

    (Firma) .

    Nombre YULY ANDREA PRADA VARGAS

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    ...Verde, come quando si va in bicicletta e il vento ti colpisce in faccia...blu come il mare...

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    AGRADECIMIENOS

    Entrego mis agradecimientos ms sinceros a las personas que han motivado mi crecimiento personal, mi formacin acadmica y profesional.

    A mis padres, Israel y Mariela, por su amor inagotable, su apoyo incondicional y por desear siempre para m y para mis hermanos las cosas ms grandes y hermosas.

    A mis hermanos, Javier y Anglica, por su afecto y su presencia.

    A mi abuela Teresa, por todas sus oraciones, por su comprensin Por creer siempre en m. Tambin a mi ta Gloria, por todo su cario y por motivar desde muy pequea mi crecimiento intelectual.

    Ao Meu Cu Verde e Azul, pelas coisas maravilhosas Pela confiana e tudo seu amor. Abrigada, porque voc est presente em os momentos mais importantes.

    A los directores de esta investigacin:

    Doctor Enrique Meja Ospino, por todas sus enseanzas y conocimiento transmitido; por su apoyo y disposicin en la realizacin de este trabajo; por la admiracin que despierta al ser un gran ser humano y gran cientifico.

    Doctor Rodrigo Torres Saez, por su buena energa y por todos sus aportes en esta investigacin; por ser una persona con grandes virtudes y una labor cientifica inmensamente grande.

    A Johanna Gmez, por codirigir este trabajo; por guiarme en la busqueda de soluciones cuando la metodologa se tornaba rocosa y escarpada.

    Al Laboratorio de Investigacin Rinaldi, Universidad de Puerto Rico, Recinto de Mayagez. Por los anlisis por Microscopa de Transmisin Electrnica.

    A mis compaeras del Laboratorio de Espectroscopa Atmica y Molecular: Lelys Vargas y Lucia Novoa por sus aportes en la sntesis de nanopartculas.

  • 7

    TABLA DE CONTENIDO

    Pg.

    INTRODUCCIN.15

    1. CONCEPTOS GENERALES ............................................................. 17

    1.1 NANOPARTCULAS .................................................................... 17

    1.2 MTODOS DE OBTENCIN DE NANOPARTCULA METLICAS ...................................................................................... 17

    1.2.1 Reduccin qumica de una sal metlica ...................... 17 1.2.2 Sntesis por mtodos de descomposicin .................... 18 1.2.3 Sntesis por micelas ..................................................... 19 1.2.4 Sntesis electroqumica ................................................ 19

    1.3 ESTABILIDAD DE NANOPARTCULAS ...................................... 20 1.4 RESONANCIA DEL PLASMN SUPERFICIAL ........................... 22 1.5 POTENCIAL ZETA DE NANOPARTCULAS ............................... 23 1.6 NANOPARTCULAS METLICAS CONJUGADAS ..................... 24 1.7 L-CISTENA ................................................................................. 25 1.8 TCNICAS DE CARACTERIZACIN .......................................... 26

    1.8.1 Espectroscopa ultravioleta visible (UV-Vis) ............... 26 1.8.2 Microscopa de transmisin electrnica (TEM) ........... 26 1.8.3 Dispersin de luz dinmica (DLS) ............................... 27 1.8.4 Medida de potencial zeta () ........................................ 27 1.8.5 Espectroscopa infrarroja (IR)28

    2. ESTADO DEL ARTE ......................................................................... 29

    3. DESARROLLO EXPERIMENTAL ..................................................... 32

    3.1 PREPARACIN DE AgNP ........................................................... 33 3.2 CARACTERIZACIN DE AgNP................................................... 34

    3.2.1 Espectroscopa ultravioleta visible ................................ 34 3.2.2 Dispersin de luz dinmica ........................................... 34

  • 8

    3.3 FUNCIONALIZACIN DE AgNP CON L-CISTENA .................... 36 3.3.1 Estudio del efecto de la concentracin de L-cistena .... 36 3.3.2 Estudio del efecto de la relacin volumtrica ............... 37 3.3.3 Estudio del efecto del pH .............................................. 37 3.3.4 Estudio del tiempo de interaccin Ag-Cys ..................... 39

    4. RESULTADOS Y ANALISIS DE RESULTADOS .............................. 40

    4.1 CARACTERIZACIN DE AgNP .............................................. 40 4.2 FUNCIONALIZACIN .............................................................. 43

    4.2.1 Anlisis UV-Vis del efecto de la concentracin de L-cistena ................................................................. 43

    4.2.2 Anlisis UV-Vis del efecto de la relacin volumtrica y el pH ........................................................ 43

    4.2.3 Anlisis DLS del efecto de la relacin volumtrica y el pH ........................................................ 53

    4.2.4 Anlisis UV-Vis del tiempo de interaccin ..................... 54 de agregados Ag-Cys

    5. CONCLUSIONES .............................................................................. 57

    RECOMENDACIONES ................................................................................................... 59

    REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS ........................................................................... 60

    ANEXOS .............................................................................................................................. 64

  • 9

    LISTA DE FIGURA

    Pg

    Figura 1. Estabilizacin de NP metlicas. 21

    Figura 2. Representacin del potencial zeta de una AgNP. 24

    Figura 3. Esquema de metodologa implementada en la

    funcionalizacin de AgNP con L-cistena. 32

    Figura 4. A) Montaje de sntesis. B) Coloide de plata formado 33

    Figura 5. A) Celda capilar para medicin de potencial zeta B) Celda para medicin de tamao de partcula. 35 Figura 6. Parmetros estudiados en la funcionalizacin Ag-Cys. 36

    Figura 7. Espectro UV-Vis de Coloide de plata sintetizado 40

    Figura 8. Microfotografa TEM de AgNP sintetizadas. 41

    Figura 9. Potencial zeta del coloide de plata sintitezado. 41

    Figura 10. Tamao de partcula del coloide de plata sintetizado. 42

    Figura 11. Cambio de coloracin del coloide en la funcionalizacin con L-Cys 10mM en relacin 1:2 a diferentes valores de pH. 44 Figura 12. Espectro UV-Vis. Funcionalizacin AgNP con L-cys 10mM a pH 1.5 y diferentes relaciones volumtricas. 45 Figura 13. Espectro UV-Vis. Funcionalizacin AgNP con L-cys 10mM a pH 3.0 y diferentes relaciones volumtricas. 46 Figura 14. Espectro UV-Vis. Funcionalizacin AgNP con L-cys 10mM a pH 6.0 y diferentes relaciones volumtricas. 47 Figura 15. Espectro UV-Vis. Funcionalizacin AgNP con L-cys 10mM a pH 7,5 y diferentes relaciones volumtricas. 48

    Figura 16. Espectro UV-Vis. Funcionalizacin AgNP con L-cys 10mM a pH 8.6 y diferentes relaciones volumtricas. 49

  • 10

    Figura 17. Espectro UV-Vis. Funcionalizacin AgNP con L-cys 10mM a pH 11.0 y diferentes relaciones volumtricas. 50

    Figura 18. Espectro UV-Vis. Funcionalizacin AgNP con L-cys 10mM a pH 1.5 en relacin volumtrica 1:2. 54

    Figura 19. Espectro UV-Vis. Funcionalizacin AgNP con L-cys 10mM a pH 3.0 en relacin volumtrica 1:2. 55 Figura 20. Espectro UV-Vis. Funcionalizacin AgNP con L-cys 10mM a pH 11.0 en relacin volumtrica 1:2. 56

    Figura 21. Esquema forma inica de la L-cistena en funcin del pH. 64

    Figura 22. Espectro UV-Vis funcionalizacin Ag-Cys con L-Cys [0,5mM] a diferentes relaciones volumtricas. 65 Figura 23. Espectro UV-Vis funcionalizacin Ag-Cys con L-Cys [1mM] a diferentes relaciones volumtricas. 66 Figura 24. Espectro UV-Vis funcionalizacin Ag-Cys con L-Cys [3mM] a diferentes relaciones volumtricas. 67 Figura 25. Espectro UV-Vis funcionalizacin Ag-Cys con L-Cys [5mM] a diferentes relaciones volumtricas. 68 Figura 26. Espectro UV-Vis funcionalizacin Ag-Cys con L-Cys [10mM] a diferentes relaciones volumtricas. 69

  • 11

    LISTA DE TABLAS

    Pg

    Tabla 1. Condiciones de medida de tamao de partcula y potencial zeta. 35 Tabla 2. Anlisis UV-Vis de funcionalizacin Ag-Cys con L-cys [10mM] a pH 1,5 y diferentes relaciones volumtricas. 45 Tabla 3. Anlisis UV-Vis de funcionalizacin Ag-Cys con L-cys [10mM] a pH 3,0 y diferentes relaciones volumtricas. 46 Tabla 4. Anlisis UV-Vis de funcionalizacin Ag-Cys con L-cys [10mM] a pH 6,0 y diferentes relaciones volumtricas. 47 Tabla 5. Anlisis UV-Vis de funcionalizacin Ag-Cys con L-cys [10mM] a pH 7,5 y diferentes relaciones volumtricas. 48 Tabla 6. Anlisis UV-Vis de funcionalizacin Ag-Cys con L-cys [10mM] a pH 8,6 y diferentes relaciones volumtricas. 49 Tabla 7. Anlisis UV-Vis de funcionalizacin Ag-Cys con L-cys [10mM] a pH 11,0 y diferentes relaciones volumtricas. 50 Tabla 8. Anlisis UV-Vis de funcionalizacin Ag-Cys con L-cys [0,5mM] en diferentes relaciones volumtricas a pH neutro. 66 Tabla 9. Anlisis UV-Vis de funcionalizacin Ag-Cys con L-cys [1mM] en diferentes relaciones volumtricas a pH neutro. 67 Tabla 10. Anlisis UV-Vis de funcionalizacin Ag-Cys con L-cys [3mM] en diferentes relaciones volumtricas a pH neutro. 68

    Tabla 11. Anlisis UV-Vis de funcionalizacin Ag-Cys con L-cys [5mM] en diferentes relaciones volumtricas a pH neutro. 69

    Tabla 12. Anlisis UV-Vis de funcionalizacin Ag-Cys con L-cys [10mM] en diferentes relaciones volumtricas a pH neutro. 70

    Tabla 13. Anlisis por DLS y potencial zeta Ag-Cys 10mM pH 1,5. 71

  • 12

    Tabla 14. Anlisis por DLS y potencial zeta Ag-Cys 10mM pH 3,0. 71

    Tabla 15. Anlisis por DLS y potencial zeta Ag-Cys 10mM pH 6,0. 71

    Tabla 16. Anlisis por DLS y potencial zeta Ag-Cys 10mM pH 7,5. 72

    Tabla 17. Anlisis por DLS y potencial zeta Ag-Cys 10mM pH 8,6. 72

    Tabla 18. Anlisis por DLS y potencial zeta. Ag-Cys 10mM pH 11,0. 73

  • 13

    RESUMEN

    TTULO: FUNCIONALIZACIN DE NANOPARTCULAS DE PLATA (AgNP) CON L-CISTENA*

    AUTORA: YULY ANDREA PRADA VARGAS**

    PALABRAS CLAVES: NANOPARTCULAS DE PLATA, FUNCIONALIZACIN, L-CISTENA, ENSAMBLE DE NANOPARTCULAS

    El presente trabajo se inici con la preparacin de AgNP por reduccin qumica de nitrato de plata usando como reductor el borohidruro de sodio, por medio de esta sntesis se obtuvo un sistema coloidal con distribucin estrecha de tamaos, alrededor de 13 nm de dimetro hidrodinmico , de forma aproximadamente esfrica y termodinmicamente estables.

    Las AgNP fueron funcionalizadas con L-cistena, un aminocido apolar de cadena corta con actividad ptica. Para realizar la conjugacin efectiva de las AgNP con este aminocido fue necesario el estudio de las condiciones experimentales requeridas en dicho proceso, como el pH y la concentracin molar del aminocido, la relacin volumtrica y el tiempo de interaccin. Tanto las AgNP preparadas como los agregados, Ag-Cys, producto de la funcionalizacin fueron estudiados y caracterizados mediante tcnicas microscpicas y espectroscpicas como: Microscopia de Transmisin Electrnica (TEM), tcnica que permiti conocer la forma, tamao y textura de las NP preparadas; Dispersin de Dinmica de la Luz (DLS) por medio de la cual se medi el tamao de las nanopartculas y adicionalmente se realizaron medidas del potencial zeta de los sistemas formados. La Espectroscopa Ultravioleta Visible (Uv-Vis) fue empleada ya que es una tcnica til para conocer la longitud de resonancia plasmnica de las AgNP y observar los efectos batocrmicos producto de las interacciones Ag-Cys. De los estudios de estabilidad en el tiempo, se verific la baja estabilidad de estos nuevos sistemas debido a la perturbacin que sufre el sistema al adicionarse otros iones provenientes del ajuste de pH y de la misma funcionalizacin.

    __________________________

    *Trabajo de grado

    ** Facultad de Ciencias. Escuela de Qumica. Directores: Enrique Meja Ospino, Ph.D.,

    Rodrigo Torres Saz, Ph.D., Codirectora Johanna Alexandra Gmez, M.Sc.

  • 14

    SUMMARY

    TITLE: Functionalization of silver nanoparticles (AgNP) with L-cysteine*

    AUTHOR: YULY ANDREA PRADA VARGAS**

    KEYWORDS: Silver nanoparticles, Functionalization, L-cysteine, Nanoparticles assembly This work began with the preparation of AgNP by chemical reduction of silver nitrate used as a reducing agent sodium borohydride. By means of this synthesis was obtained a colloidal system with narrow size distribution around 13 nm hydrodynamic diameter of approximately spherical shape and thermodynamically stable. The AgNP were functionalized with L-cysteine, an apolar amino acid short chain optical activity. Effective to perform the conjugation of AgNP with this amino acid was necessary to study the experimental conditions required in this process, such as pH and the molar concentration of amino acid, the volumetric ratio and the interaction time. Both AgNP prepared as aggregates, Ag-Cys, resulting from the functionalization were studied and characterized by microscopic and spectroscopic techniques such as transmission electron microscopy (TEM) technique yielded information on the shape, size and texture of NP prepared; Dynamic scattering of Light (DLS) through which mediated the size of the nanoparticles and further measurements were made of the zeta potential of the systems formed. The Ultraviolet Visible Spectroscopy (UV-Vis) was used because it is a useful technique to know the length of the plasmon resonance and observe the effects AgNP bathochromic product of interactions Ag-Cys. Studies of stability over time, we verified the low stability of these new systems due to the disruption that the system suffers from other ions by adding the adjustment of pH and the same functionalization. ________________________

    * Degree work

    ** Faculty of Science. School of Chemistry. Directors: Enrique Mejia Ospino, Ph.D., Rodrigo

    Torres Saez, Ph.D., Codirector: Johanna Alexandra Gmez, M.Sc.

  • 15

    INTRODUCCIN

    La nanotecnologa es un campo de investigacin que se ha desarrollado

    desde la primera mitad del siglo XX, gracias a la invencin de materiales

    nanoscpicos, fabricados a partir de metales como: oro, plata, cobre, zinc,

    platino, hierro, y tambin de compuestos orgnicos como derivados

    aromticos y polmeros. Es sorprendente observar como estos agregados

    metlicos no pueden ser tratados como el material macroscpico de la

    misma composicin, debido a que en las nanopartculas, los electrones de

    valencia se disponen en estados discretos, como consecuencia de este

    confinamiento, los electrones ocupan un nmero finito de estados

    energticos cuantizados; de esta manera, se pueden obtener nanopartculas

    de un mismo metal con propiedades pticas, electromagnticas, qumicas, y

    catalticas diferentes, ya que stas cualidades varan de acuerdo con su

    tamao y morfologa, dando lugar a una amplia gama de aplicaciones en

    campos como la espectroscopia, la bioqumica, la fisicoqumica, las ciencias

    ambientales, la ciencia de nuevos materiales y la medicina; es por sta razn

    que las nanopartculas tienen el papel ms importante en la innovacin

    nanotecnolgica.

    Esa dependencia de las nanopartculas, de su tamao y forma, ha llevado a

    la ciencia a indagar e investigar en los mtodos de obtencin, que incluyen:

    la sntesis qumica, la sntesis electroqumica, reduccin de compuestos

    organometlicos, mtodos de descomposicin y la sntesis por

    microemulsin, todos estos procedimientos encaminados al obtencin de NP

    con caractersticas especificas1,2. Por otra parte, las NP se han convertido,

    en una fuente de soluciones a problemas que han aquejado a la comunidad

    cientfica.

    1 A. ROUCOUX et al., Chem. Rev. (2002), Vol. 102, p. 3757-3778 2 S. GNTER., Nanoparticles: From theory to application (2004), Wiley.

  • 16

    Las nanopartculas de plata (AgNP) especialmente, poseen alta actividad

    antimicrobiana por lo cual son utilizadas en tratamientos mdicos para

    combatir bacterias causantes de enfermedades y clulas infectadas con

    virus3, 4; su capacidad de difusin y tamao disminuido, permiten el paso

    facilitado a travs de la membrana celular, por lo cual tambin son utilizadas

    como transportadores de frmacos y molculas biolgicamente activas al

    interior de las clulas, un sitio que para molculas de gran peso molecular y

    mayor volumen es inaccesible5.

    Las nanopartculas son comnmente usadas en la identificacin de otros

    analitos por tcnicas espectroscpicas, debido a la intensificacin de las

    seales que se obtienen al darse la interaccin. De este modo, se da paso a

    otro campo de exploracin bastante importante para la ciencia: la

    funcionalizacin de las NP metlicas con molculas orgnicas; en especial,

    aquellas con grupos funcionales como alcoholes, steres, aminas, cidos,

    tioles y tiosteres, y ms importante an, la conjugacin de NP con polmeros

    y molculas biolgicas como: protenas, pptidos, aminocido y cidos

    nuclecos; conduciendo a la existencia de millones de acoplamientos y la

    aparicin de nuevos materiales con propiedades nicas, que se traduce en

    la investigacin constante y exhaustiva alrededor de este campo6,7.

    3 C. BAKER et al., Journal of Nanoscience and Nanotechnology. (2005), Vol. 5(2), p. 244-249 4 J.S. KIM et al., Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine. (2007), Vol. 3(1), p. 95101 5 S. JAISWALA et al., Journal of Antimicrobial Agents. (2010), Vol. 36 (3), p. 280-283. 6 XIA OMING DOU et al., Society for Applied Spectroscopy. (1999), Vol. 53(11), p. 1440-1441. 7 S.K. BASIRUDDIN et al., J. Phys. Chem. C. (2010), Vol. 114, p. 11009-11017.

  • 17

    1. CONCEPTOS GENERALES

    1.1 NANOPARTCULAS De acuerdo con la definicin utilizada por la IUPAC (International Union of

    Pure and Applied Chemistry) 8 , una nanopartcula es una partcula cuyo

    tamao se mide en nanmetros, a menudo restringida a las partculas de

    tamao nano, es decir, con un dimetro entre 1 a 100 nm. Las

    nanopartculas pueden formar sistemas coloidales al estar dispersas en un

    solvente.

    1.2 MTODOS DE OBTENCIN DE NANOPARTCULAS MTALICAS Existen varios mtodos para la preparacin de nanopartculas; en el caso de

    NP metlicas se pueden citar:

    1.2.1 Reduccin qumica de una sal metlica: Uno de los mtodos ms antiguos y ms empleado para la preparacin de las nanopartculas, es la

    reduccin qumica de sales metlicas en presencia de agentes estabilizantes

    en ausencia de stos. El mecanismo de formacin de nanopartculas se

    basa primordialmente, en la reduccin de la sal metlica al tomo cero

    valente y seguidamente, estos tomos actan como centros de nucleacin

    dando lugar a la formacin de clusters cuyo crecimiento continuar a

    medida que se sigan agregando los tomos, formndose as partculas de

    mayor tamao y diversas formas9.

    Las ventajas del mtodo de reduccin qumica son su reproducibilidad y la

    posibilidad de obtener coloides monodispersos con una distribucin estrecha

    en el tamao de la partcula; logrando manipular desde la sntesis misma la 8 J.H. DUFFUS et al. IUPAC: Glossary Of Terms Used In Toxicology, 2a Edicin. Pure appl. Chem. (2007) Vol. 79 (7), p. 11531344 9 . SIFONTES et al., Quim Nova (2010), Vol. 33(6), p. 1266-1269.

  • 18

    morfologa de las NP. Adems es un procedimiento de bajo costo y de fcil

    ejecucin.

    Los agentes reductores usados con mayor frecuencia van desde los cidos

    orgnicos, alcoholes, polialcoholes, aldehdos, azcares hasta agentes

    inorgnicos; donde la efectividad de la sntesis depende en gran medida en

    el poder reductor de estos10.

    1.1.2 Sntesis por mtodos de descomposicin: Estos mtodos se basan en la descomposicin de precursores metlicos, generalmente complejos

    metlicos con grupos carbonilos que se encuentran disueltos en un solvente

    orgnico. El mtodo sonoqumico inicia con la formacin, seguida del

    crecimiento y colapso de burbujas dentro de un lquido; el colapso de estas

    burbujas calienta el medio hasta alcanzar temperaturas muy altas, dando

    lugar a que los componentes organometlicos se descompongan

    rpidamente, liberando tomos metlicos que en presencia de agentes

    estabilizantes se aglomeran y forman partculas nanomtricas11.

    La sntesis sonoqumica tiene como dificultad la produccin de

    nanopartculas amorfas y polidispersas.

    Otro proceso es, la descomposicin fotoqumica la cual consiste en la

    reduccin de sales y complejos metlicos por accin de la radiacin de luz

    ultravioleta visible, este mtodo puede combinarse con la adicin de

    estabilizantes como polmeros o agentes formadores de micelas, ya que en

    ausencia de estos se forman NP altamente inestables12.

    Por ltimo, se encuentra un mtodo de descomposicin basado en el

    calentamiento progresivo de xidos metlicos a altas temperaturas en

    presencia de solventes orgnicos y surfactantes, por el cual se originan NP

    con una amplia dispersin de tamaos. Para favorecer la monodispersin 10 P.C. LEE AND D. MEISEL., J. Phys. Chem. (1982), Vol. 86, p. 3391-3395 11 S. KENNETH et al., J. Am. Chem. Soc. (1996), Vol. 118, p. 11960-11961 12 TAPAN K., JACS Comunication, (2004)

  • 19

    es necesario modular el tiempo de exposicin y la temperatura, pero tambin

    la concentracin, la proporcin entre reaccionantes y en algunos casos la

    adicin de semillas ms pequeas de NP13.

    1.2.3 Sntesis por micelas: Es una tcnica que tambin se conoce como microemulsiones que consiste en la utilizacin de gotas de agua sostenidas

    en una fase orgnica, donde por accin de un agente surfactante, se forma

    una especie de reactor micelar, dentro del cual se lleva a cabo la reduccin

    de sales metlicas previamente disueltas. Este mtodo tiene la ventaja que

    el crecimiento de la nanopartcula est dado por la disponibilidad de la sal

    precursora dentro de la gota, que a su vez se encuentra limitada por el

    volumen de la micela, este parmetro puede ser controlado mediante la

    relacin agua-surfactante de la mezcla. La microemulsin resulta ser un

    mtodo novedoso que ha permitido la obtencin de nanopartculas

    monodispersas y con estructuras conocidas como ncleo-coraza. Sin

    embargo es un mtodo muy costoso, ya que antes de dar inicio a la sntesis

    de la NP, es necesario un procedimiento de fraccionamiento de las micelas

    formadas, para escoger los tamaos adecuados de stas14.

    1.2.4 Sntesis electroqumica: Este proceso consiste en la preparacin de agregados metlicos en donde la fuente es una lmina de metal. Esta

    lmina se dispone en una celda electroqumica como nodo; en el nodo se

    generan los cationes metlicos que se mueven hacia el ctodo formndose

    tomos cero valentes, que se agregan sobre el ctodo o se precipitan,

    generando NP metlicas que se dispersan en la solucin electroltica; el

    control de la densidad de corriente hace posible la versatilidad de tamaos

    13 S. MARTNEZ et al., Aci. (2011), Vol. 2(2), p. 47-57 14 S. BUENDIA ACEVES., Tesis para obtener el grado de Maestro en Ciencia en Ingeniera Qumica. Instituto Politcnico Nacional, Mxico. 2009

  • 20

    que pueden obtenerse mediante esta tcnica. Los primeros en implementar

    esta sntesis fueron Reetz et al,.

    1.3 ESTABILIDAD DE NANOPARTCULAS La estabilidad de las NP en suspensin, depende del carcter liofbico del

    coloide, es decir, en su mayora las NP obtenidas son termodinmicamente

    inestables lo cual lleva a la separacin de las fases por coagulacin y

    agregacin de las nanopartculas. Sin embargo la velocidad de separacin

    de las fases presentes en la suspensin puede ser tanto rpida como

    infinitamente lenta. sta tendencia de los sistemas coloidales ha sido

    descrita en la teora clsica llamada DLVO por las iniciales de sus

    descubridores (Derjaguin, Landau, Verweert y Overbeek)15; la cual plantea

    que la estabilidad de los coloides depende de la energa potencial total,

    UDLVO, que est dada en primer lugar, por las fuerzas de repulsin

    electrosttica, en segundo lugar por las fuerzas atractivas de Van der Waals

    y finalmente por la energa potencial derivada del solvente, que est

    relacionada estrechamente con su constante dielctrica, sin embargo sta

    ltima contribucin es depreciable para la mayora de sistemas; sta teora

    predice sustancialmente la estabilidad de los coloides cuando se trata de NP

    en sistemas estabilizados por cargas electrostticas. Sin embargo, no toma

    en consideracin el efecto mayormente significativo de la estabilizacin

    estrica, que tiene lugar cuando en el medio de sntesis se incorporan

    agentes polimricos y surfactantes de alto peso molecular, que se extienden

    desde la superficie de la nanopartcula creando una envoltura alrededor de

    ella, hasta una distancia donde la fuerza atractiva de Van der Waals ya no es

    lo suficientemente grande, y por tanto suprime la atraccin entre partculas,

    15 I. LEVINE. Fisicoqumica: Qumica de superficies. Vol. 2a Edicin, editorial McGraw-Hill. Madrid (1996), p. 379405

  • 21

    de este modo, se hace posible la estabilizacin del coloide dejando de lado

    las fuerzas de repulsin electrosttica16,17.

    Estos dos tipos de estabilizacin son ilustrados a continuacin en la figura 1.

    Figura 1. Estabilizacin de NP metlicas. (a) Estabilizacin por fuerzas electrostticas. (b) Estabilizacin estrica.

    Muchos investigadores han reportado el uso de estos agentes estabilizantes

    adicionados en la sntesis de NP, ente los mas reportados se encuentran: el

    polivinil alcohol (PVA), polietilienglicol (PEG), duodecilsulfoxido de sodio

    (SDS) y bromuro de celtiltrimetilamonio (CTAB), entre otros. La naturaleza

    qumica de estos agentes puede ser catinica, aninica y no-inica, la cual

    vara de acuerdo a la carga superficial en las nanopartculas metlicas y con

    la finalidad de la sntesis18.

    16 J. ISRAELACHVILI., Intermolecular and Surface Forces. 2 Ed. San Diego (CA): Academic Press. (1992) 17 SOMASUNDARAN et al., In Concentrated Dispersions ACS Symposium Series; American Chemical Society: Washington, DC. (2004) 18 O. V. DEMENTEVA et al., Colloid Journal. (2008), Vol. 70(5), p. 561573

    (a) (b)

  • 22

    1.4 RESONANCIA DEL PLASMN SUPERFICIAL El color visible que se percibe de las suspensiones coloidales, depende del

    tamao de las nanopartculas, y es debido a lo que se conoce como

    plasmn de superficie, definido por Aroca19 como los cuantos, producto de

    las oscilaciones de cargas superficiales, producidas por un campo elctrico

    externo. El fenmeno del plasmn se observa tanto en pelculas ultra

    delgadas como en nanopartculas y se relaciona estrechamente con la

    cantidad de superficie. El primero en hacer una descripcin terica del

    plasmn de superficie en las nanopartculas fue Mie20, quien predijo para las

    NP, la absorcin y dispersin en la longitud visible, como suma de las

    oscilaciones magnticas y elctricas.

    Las observaciones espectroscpicas de NP se correlacionan, en general,

    con la teora de Mie, haciendo algunos ajustes relativos a la dispersin de

    tamaos y el ndice de refraccin del solvente. Por ejemplo, la dispersin en

    el tamao de las partculas reales (en oposicin a las calculadas) produce un

    ensanchamiento en la banda de absorcin al visible.

    El mximo de absorcin del plasmn para las AgNP en el desarrollo

    experimental se ubica en un rango entre 380-400 nm para tamaos entre 1-

    50 nm esta longitud de onda corresponde al color violeta, y es la luz que las

    NP absorben. La luz que se transmite hace que el coloide se vea de un color

    amarillo muy llamativo. Cuando las AgNP se agregan, ese mximo de

    absorbancia se desplaza hacia longitudes de onda ms largas, es decir tiene

    lugar un comportamiento batocrmico; es por esta razn que el plasmn de

    superficie es de vital importancia para la caracterizacin de nanopartculas

    por anlisis en el ultravioleta visible.

    19 R.F. AROCA R.F., John Wiley & Sons. (2006), p. 35-71 20 G. MIE., Ann. Phys. (1908), Vol. 25(3), p. 377445

  • 23

    1.5 POTENCIAL ZETA DE NANOPARTCULAS Las nanopartculas de plata con tamaos entre 1-100 nm, son las que han

    recibido mayor atencin debido al amplio rango de aplicaciones, ya que el

    rea superficial del plasmn aumenta en la medida en que disminuye el

    tamao. Las nanopartculas pueden tomar mltiples formas, sin embargo las

    preparaciones ms comunes son la que conllevan a formas esfricas, ya que

    resulta ms fcil la prediccin de su comportamiento frente a los fenmenos

    de luz mediante la teora clsica propuesta por Mie, como se ha comentado

    anteriormente.

    En general las partculas dispersas en un sistema acuoso adquieren una

    carga superficial. En el caso de las AgNP sta medida, conocida como

    potencial zeta, se encuentra dada por los tomos de plata no reducidos que

    se ubican superficialmente en la nanopartcula, y por la adsorcin de los

    iones negativos que circundan en la fase dispersante. sta carga intrnseca

    de la partcula ms los iones fijos adsorbidos conforman lo que se conoce

    como la doble capa elctrica. El espesor de sta doble capa es, lo que se

    conoce en la teora clsica como la longitud de Debye, las cargas que

    quedan por dentro de esta longitud no ejercen fuerza efectiva, por eso se

    habla de apantallamiento. Las cargas superficiales modifican la distribucin

    de los iones presentes, lo que da origen a una zona alrededor de la partcula

    que es elctricamente diferente al medio de la suspensin. Esta zona a su

    vez se divide en dos partes: una capa interior atrada fuertemente a la

    partcula producto de los tomos Ag+, y que se mueve junto con la partcula,

    llamada capa de Stern, y una regin exterior, que se hace difusa a medida

    que aumenta la distancia desde la superficie formada por los iones negativos

    absorbidos, el lmite de sta es lo que se conoce como plano de

    deslizamiento o plano de corte hidrodinmico y corresponde al final de la

    doble capa elctrica (Figura 2). El potencial zeta () se mide en Milivoltios

    (mV) y su magnitud se correlaciona con la estabilidad coloidal; las partculas

    con un alto potencial zeta, ya sea positivo o negativo, se repelern unas con

  • 24

    otras. Los valores reportados para AgNP en medio acuoso varan entre < -

    30 mV > +30 mV, lo cuales son considerados ptimos21,22.

    Figura 2. Representacin del potencial zeta de una AgNP. Se observa la zona interior de iones Ag+ fuertemente atrados y la zona exterior difusa de

    iones negativos absorbidos. [Tomado de A. Guerrero., Santiago de Chile,

    2008]

    1.6 NANOPARTCULAS METLICAS CONJUGADAS Para otorgar funcionalidad o estabilidad a las NP, stas pueden conjugarse

    con diversos compuestos orgnicos. El tamao significativamente pequeo

    de estos agregados les confiere propiedades de difusin y de movilidad de

    gran inters en varios campos de investigacin. Para el caso de las AgNP,

    se ha promovido la investigacin y la bsqueda de aplicaciones biomdicas

    21 I. OLMEDO., Memoria para optar al ttulo de Qumico-Farmacutico. Universidad de Chile. Santiago, Chile (2007) 22 Malvern Instruments. Zeta Potential Theory Zetasizer Nano Series User Manual. Worcestershire, Inglaterra. (2004)

  • 25

    ya que, poseen actividad antibacteriana. En tales experimentos sobresale la

    conjugacin de molculas orgnicas con grupos funcionales caractersticos

    como lo son los aminocidos, tioles, tiosteres, cidos nucleicos, alcoholes y

    otras molculas con actividad biolgica23.

    Se ha descrito que las nanopartculas metlicas, al ser sometidas a un

    campo magntico oscilante, pueden absorber energa de forma eficaz,

    disipando dicha energa solo al medio local, es decir, slo a lo que est

    directamente unido a la nanopartculas. Partiendo de esto, los conjugados

    de nanopartculas han sido usados en tratamientos de enfermedades

    causadas por bacterias y para combatir virus destruyendo las clulas

    directamente afectadas24.

    1.7 L-CISTEINA La L-cistena es una aminocido de cadena corta, no cargado a pH neutro, el

    cual posee una cadena lateral apolar debido a la presencia de un grupo

    sulfhdrilo (-SH). El sulfhdrilo altamente nuclefilo es quien le confiere las

    propiedades qumicas y reaccionantes a la cistena. Este aminocido no

    esencial (que los organismos vivos pueden sintetizarlo) es muy importante

    en los procesos metablicos que tienen lugar en nuestro organismo ya que

    forma una de las estructuras ms importantes, como lo es el glutation, un

    tripptido constituido por glicina, cido glutmico y cistena, este pptido es el

    encargado de ayudar en las tareas de desintoxicacin del hgado, siendo

    principalmente el grupo SH proveniente de la cistena el encargado de

    atrapar los radicales libres, metales pesados y dems productos secundarios

    originados en procesos hormonales y metablicos para facilitar su

    eliminacin. La cistena por s misma, en su forma modificada N-

    acetilcistena (NAC) o formando estructuras peptdicas, tiene propiedades

    23 Q.A. PANKHURST et al. J Phys D: Appl Phys. (2003), Vol. 36(13), p. 167-181 24 H. WEI et al. Nanotechnolgy. (2007), Vol. 18, p. 175610

  • 26

    antioxidantes y cumple un papel muy importante en la prevencin de

    enfermedades cardacas dado que evita la oxidacin del colesterol12.

    1.8 TCNICAS DE CARACTERIZACIN Dadas las propiedades pticas y electrnicas de las NP y el comportamiento

    del plasmn superficial, las NP y sus conjugados pueden ser estudiados

    haciendo uso de tcnicas espectroscpicas y microscpicas; de ellas, las

    que se mencionan a continuacin fueron consideradas y utilizadas en el

    desarrollo del presente trabajo.

    1.8.1 Espectroscopa ultravioleta visible (UV-Vis): La espectroscopa UV- Vis, permite tener un espectro de la regin electromagntica comprendida

    entre longitudes de onda de 350 a 800 nm, dando lugar a las transiciones

    que involucran a los electrones de valencia. Esta regin espectral, es la

    nica detectable por el ojo humano, en el cual las soluciones coloreadas

    absorben selectivamente, como producto de las transiciones electrnicas de

    ms baja energa25.

    1.8.2 Microscopa de transmisin electrnica (TEM): Este anlisis se realiza en un microscopio, que utiliza un haz de electrones para visualizar un

    objeto; la imagen es producto de la interaccin, los electrones

    termoinizados de bajas longitudes de onda atraviesan los tomos del

    material; la pantalla que conforma este equipo est recubierta de pintura de

    fluoruros, que se ilumina al ser bombardeada por los electrones, creando la

    imagen en el rango de longitudes de onda del espectro visible. La tcnica de

    TEM brinda informacin interna y ultraestructural de las nanopartculas26.

    25 D.A. SKOOG and J.J. LEARY., "Anlisis Instrumental". Ed. McGraw-Hill. Madrid, 2008 26 A. NAIK., Fundamentos del microscopio electrnico y su aplicacin en la investigacin textil (2009)

  • 27

    1.8.3 Dispersin de luz dinmica (DLS): Es una tcnica ptica utilizada para medir el dimetro de las partculas en sistemas coloidales metlicos y

    polimricos con partculas de tamao nanomtrico. Bsicamente, el

    instrumental empleado consiste en: A) una fuente de luz lser

    monocromtica que incide sobre la una solucin muy diluida a analizar; B) un

    fotmetro posicionado a un dado ngulo de deteccin, r, medido con

    respecto a la direccin de incidencia del lser sobre la muestra, y que colecta

    la luz dispersada por las partculas; y C) un correlador digital que

    conjuntamente con un software especfico, permiten obtener la funcin de

    autocorrelacin de primer orden de la intensidad de luz dispersada a cada

    ngulo22.

    1.8.4 Medida de potencial zeta (): Es una medida de la estabilidad de una

    suspensin e indica el potencial que se requiere para penetrar la capa de

    iones circundantes alrededor de las partculas y as desestabilizarla. Por lo

    tanto, el potencial zeta es la potencia electrosttica que existe entre la

    separacin de las capas que rodean a la partcula. Las medidas de potencial

    zeta son hechas usando la tcnica llamada microelectroforesis. Un

    microscopio de alta calidad es usado para observar cmodamente las

    partculas coloidales que se encuentran dentro de una cmara llamada celda

    electrofortica. Dos electrodos colocados en los extremos de la cmara son

    conectados a una fuente de poder crendose un campo elctrico que cruza

    la celda. Las partculas cargadas presentes en el sistema coloidal migran

    por efecto del campo elctrico, su movimiento y direccin estn relacionados

    con su potencial zeta, el cual se calcula a partir de la movilidad

    electrofortica27

    27 T. VISHAL et al., Electrophoresis (2008),Vol 29, p.10921101

  • 28

    1.8.5 Espectroscopa infrarroja (IR): Es una tcnica que se emplea para realizar el anlisis del espectro vibracional de las molculas y de las formas

    cristalinas de un compuesto. El rango espectral se encuentra entre 4000 a

    600 cm-1. Los espectros de absorcin, emisin y reflexin en el infrarrojo son

    resultado de distintos cambios energticos producidos por las molculas

    desde unos estados vibracionales y rotacionales a otros. De este modo, se

    presentan un conjunto de bandas caractersticas de la estructura del sistema

    molecular, permitiendo la identificacin de grupos funcionales, interacciones,

    conformaciones estereoqumicas y cristalinidad del analito 23,28.

    28 L.A. CLEMENTI. Asociacion Argentina de Materiales. 2| Encuentro de Jvenes Investigadores en Ciencia y Tecnologa de Materiales Posadas Misiones, 16 - 17 Octubre 2008

  • 29

    2. ESTADO DEL ARTE

    Las bondades de las NP, especficamente las nanopartculas de plata

    (AgNP) son aprovechadas en aplicaciones biomdicas como lo propone el

    autor C. Baker et al, quienes en su trabajo exploran en las propiedades

    antimicrobianas de la AgNPs, al intentar combatir e inhibir el crecimiento de

    microorganismos como las E. coli29; tres aos ms tarde aparece J.S. Kim y

    su grupo de investigacin, quienes tambin dirigen su atencin hacia la

    actividad antimicrobiana de las AgNP sobre cultivos de Levaduras, E. coli y

    S. aureu; el resultado de este estudio tuvo por resultado efectos de inhibicin

    en el crecimiento de levaduras y E.coli, a bajas concentraciones de AgNP

    mientras que no produce efecto significativo en las S. aureu30. El alto poder

    antibacterial de la AgNP hace necesario un uso moderado de stas, ya que

    ataca tanto clulas malficas como benficas de acuerdo con las

    investigaciones citas, es por esto que S. Jaiswa et al, plantea en su trabajo

    encapsular las AgNP con -ciclodextrin, un compuesto no txico y soluble en

    medio fisiolgico, el cual crea una envoltura alrededor de la AgNP para evitar

    la interaccin con clulas sanas y bacterias benficas, el ingreso a travs de

    la pared celular es facilitado por efectos de quimioabsorcin; ya en el interior

    de la bacteria la capsula se rompe y se liberan la AgNP, arrojando resultados

    positivos en la inhibicin del crecimiento de estos microorganismos31.

    El estudio de las interacciones de NP con otras molculas es tema de

    actualidad, y es lo que a un grupo grande de investigadores motiva

    continuamente, prcticamente el desarrollo nanotecnolgico y creacin de

    nuevos materiales ha ido siempre de la mano de la produccin intelectual y

    29 C. BAKER., Journal of Nanoscience and Nanotechnology. (2005), Vol. 5(2), p. 244-249 30 J.S KIM et al., Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine. (2007), Vol. 3(1), p. 95101 31 S. JAISWALA et al.,Journal of Antimicrobial Agents. (2010), Vol. 36 (3), p. 280-283

  • 30

    cientfica de los estudiosos del tema. Es por esto, que es de gran

    importancia citar autores como: X. Oming et al 32 , quienes centraron su

    inters en las interacciones con molculas biolgicas como la glicina,

    realizando un estudio el efecto del pH en la funcionalizacin con AuNP y

    AgNP; ellos observaron que la glicina con valores de pH igual a 6.0 y 3.9

    interaccionaba fuertemente con los coloides de oro, llevando a la formacin

    de agregados que en los anlisis por ultravioleta visible fueron evidentes al

    presentarse una segunda banda de absorbancia entre 800-830 nm; las

    observaciones en cuanto al comportamiento del coloide de plata, mostraron

    fuerte interaccin con la glicina a un valor de pH igual a 2.3.

    De esta manera, las investigaciones realizadas sobre lo que se conoce como

    ensamble es de gran inters para la comunidad cientfica, ya que

    representa la clave hacia la funcionalidad y especificidad de las NP, como lo

    menciona el investigador, S.K. Basiruddin, junto con R. Nikhin, en un trabajo desarrollado alrededor de este tema, en el cual se plantea que la conjugacin

    de estos materiales con cientos de molculas diferentes ofrece la

    oportunidad de indagar sobre millones de acoplamientos con una afinidad

    establecida para cierto grupos de molculas como pptidos, anticuerpos,

    oligonucletidos, vitaminas, etc.33. En este aspecto convergen gran cantidad

    de trabajos como el desarrollado por A. Guerrero, quien investig acerca de

    las estructuras de pptidos conjugados con NP metlicas con fines

    teraputicos34 bajo la direccin y supervisin del investigador M. Kogan35, el

    cual ha dedicado sus investigaciones a profundizar en las aplicaciones

    biomdicas de NP metlicas, y disear, especialmente AuNP funcionalizadas

    con protenas y polipptidos con fines mdicos.

    32 X. OMING et al., Society for Applied Spectroscopy. (1999), Vol. 53(11), p. 1440-1441 33 S.K BASIRUDDIN et al., J. Phys. Chem. C. (2010) Vol. 114, p. 11009-11017 34A. GUERRERO., Memoria para optar al ttulo de Qumico-Farmacutico. Universidad de Santiago, Chile 2008. 35 M. KOGAN et al., Nano Lett. (2006), Vol. 6(1), p. 110115

  • 31

    La aparicin constante de publicaciones en lo concerniente a este tema, y en

    especial dos investigaciones divulgadas el ao pasado, las cuales son

    citadas a continuacin, han confirmado la vigencia que tiene la

    funcionalizacin de NP de metales nobles. La primera de ellas, realizada por

    Estevez-Hernadez et al, basado en el estudio de la conjugacin de AuNP con

    benzoil-mercatoacetil-triglicina, que es un precursor de Thecnetium 99, un

    frmaco que tiene efecto sobre la funcin tubular renal, el cual fue conjugado

    con AuNP para obtener una imagen diagnostico de esta funcin renal; y por

    otra parte, la conjugacin con metilester-L-cistena, un derivado de la L-

    cistena, como modelo en el estudio del comportamiento del grupo tiol y su

    absorcin sobre la superficie de AuNP; los anlisis por ultravioleta visible,

    espectroscopia Raman y por espectroscopa infrarroja revelaron la existencia

    de fuertes interacciones a determinados valores de pH36.

    Y por ltimo, la investigacin realizada por A. Majzik et al, tambin en el

    mismo ao, que consisti en la funcionalizacin de AuNP con L-cistena y

    con fragmentos de pptidos -amiloides, asociados en algunos caso a la

    enfermedad de Alzheimer37.

    36 O. ESTEVEZ-HERNANDEZ et at., Journal of Colloid and Interface Science. (2010), Vol. 350, p. 161167 37 A. MAJZIK et al., Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. (2010), p. 235241

  • 32

    3. DESARROLLO EXPERIMENTAL

    La metodologa seguida para la realizacin del presente trabajo de

    investigacin se encuentra ilustrada en el siguiente esquema. (Figura 3).

    Figura 3. Esquema de metodologa implementada en la Funcionalizacin de AgNP con L-cistena.

    Agregados producto dela

    interaccin Ag-Cys

    L-cistena

    AgNP

    Estudio de Parmetros: -Concentracin -pH -Relacin Volumtrica

    Caracterizacin: UV-Vis DLS (Tamao y Potencial zeta) TEM

    -Caracterizacin por: UV-Vis DLS y Potencial Zeta -Estudio del tiempo de interaccin

  • 33

    3.1 PREPARACIN DE AgNP Las AgNP fueron preparadas por reduccin qumica de una solucin 1mM de

    AgNO3 usando como agente reductor, NaBH4, preparado en solucin

    acuosa en una concentracin de 1mM. La solucin reductora se dispuso en

    un erlenmeyer de 250 mL en un bao de hielo, registrando una temperatura

    aproximada a 8C. Seguidamente se adicion la solucin de AgNO3 gota a

    gota desde una bureta, como se ilustra en la figura 4. La relacin

    volumtrica entre los reactivos fue de [Reductor]/[Oxidante] igual a 3 (J.A

    Creighton et al., 1978). La reaccin se llevo a cabo bajo agitacin

    magntica, con velocidad de agitacin aproximadamente de 1268 rpm.

    Concluida la adicin del AgNO3, la agitacin fue suspendida. El coloide

    formado se dej durante 30 minutos en el bao del hielo y fue diluido en una

    relacin 1:1.

    Figura 4. A) Montaje de sntesis. B) Coloide de plata formado.

    A

    B

  • 34

    Todas las soluciones requeridas en el desarrollo de este trabajo fueron

    preparadas con agua desionizada tipo I, con resistividad elctrica de 18.2m,

    procesada en un equipo MilliQ; suministrada por el Laboratorio de

    Instrumentacin Qumica de la Universidad Industrial de Santander.

    3.2 CARACTERIZACIN DE AgNP

    3.2.1 Espectroscopa ultravioleta visible Se dispuso de 3 mL de coloide de plata formado, en una cubeta cuadrada de

    poliestireno (Ref:DTS0012, por Malvern Instrument). El anlisis fue realizado

    en un espectrofotmetro ultravioleta visible, marca SHIMADZU modelo UV-

    2401 PC, con lmpara de deuterio y un fotomultiplicador R-928; operado en

    un rango entre 300-900 nm con ancho de banda espectral de 1.0 slit. El

    espectro UV-Vis de las AgNP permiti conocer la longitud de mxima

    resonancia del plasmn y de esta manera tener indicios previos de la

    morfologa y distribucin aproximada de tamaos de partcula presentes en

    el coloide.

    3.2.2. Dispersin dinmica de la luz TAMAO DE PARTCULA

    Se colocaron 1.5 mL del coloide de plata obtenido, en una cubeta cuadrada

    de poliestireno (Ref DTS0012, by Malvern Instrument) como se muestra en la

    figura 5. Las medidas de tamao de partcula se realizaron en un equipo

    Zetasizer Nano Series marca MALVERN INSTRUMENT. De acuerdo con los

    parmetros establecidos en la tabla 1.

  • 35

    POTENCIAL ZETA

    Se introdujo el coloide de plata preparado en una celda capilar para potencial

    zeta (Ref: DTS1061 por Malvern Instrument), como se ilustra en la figura 5.

    La medida fue tomada en un equipo Zetasizer Nano Series marca MALVERN

    INSTRUMENT, bajo las condiciones presentadas en la tabla 1.

    Tabla 1. Condiciones de medida de tamao de partcula y potencial zeta

    Nmero de mediciones 1/1

    Nmero de Corridas Mnimo 50; Mximo 100

    Temperatura 25C

    Dispersante Agua

    ndice Refraccin Dispersante 1,333

    Figura 5. A) Celda capilar para medicin de potencial zeta. B) Celda para medicin de tamao de partcula

    A B

  • 36

    3.3 FUNCIONALIZACIN DE AgNP CON L-CISTENA La funcionalizacin se realiz de acuerdo al esquema presentado en la figura

    6. Se estudiaron los parmetros: concentracin de aminocido, relacin

    volumtrica Ag:Cys, pH del aminocido y finalmente tiempo de duracin de la

    interaccin.

    Figura 6. Parmetros estudiados en la funcionalizacin Ag-Cys

    3.3.1 Estudio del efecto de la concentracin de L-cistena Se prepar una solucin de L-cistena de concentracin 10 mM, para lo cual

    se pes en la balanza analtica la cantidad en gramos requerida del

    aminocido y se adicion un volumen de agua determinado. De sta

    Concentracin L-cistena Rango 0.1- 10mM

    Relacin volumtrica AgNP a Cys

    Relacin Ag-Cys 1:1 ; 1:2 ; 1:3 ; 1:5 ; 1:8

    pH de L-cistena

    Rango de pH entre 1.5 a 11.0

    Tiempo de Interaccin

    Rango tiempo entre 1-30 minutos

    Agregados Ag-Cys

  • 37

    solucin de partida se obtuvieron por dilucin las siguientes concentraciones:

    0,5 mM; 1mM; 3mM; 5mM.

    A un volumen definido de cada solucin se adicion un volumen de AgNP en

    una relacin volumtrica 1:1. Cada una de ellas, fue agitada en un agitador

    magntico a una velocidad aproximada de 1078 rpm durante 10 minutos.

    Cada uno de los agregados, Ag-Cy, fueron analizados por espectroscopa

    ultravioleta visible con el fin de detectar algn cambio en la banda de

    resonancia plasmnica del coloide por efecto de la presencia de L-cistena a

    diferentes concentraciones.

    3.3.2 Estudio del efecto de relacin volumtrica Se mantuvo fija la concentracin de aminocido en un valor de 10mM; la cual

    mostr fuertes interacciones con el coloide, dando lugar a la aparicin de una

    segunda banda de absorcin a mayores longitudes de onda en el espectro

    UV-Vis.

    Las relaciones volumtricas que se estudiaron fueron 1:1; 1:2; 1:3; 1:5 y 1:8.

    A un volumen fijo de solucin de L-cistena se adicion otro volumen

    establecido de AgNP que cumpliera con cada una de las relaciones

    mencionadas. Los agregados formados, Ag-Cys, fueron analizados por UV-

    Vis. Debe considerarse que en todos los ensayos se observ interaccin,

    siendo la relacin 1:2 la escogida, ya que mostr un espectro con mayor

    definicin en los picos, el espectro UV-Vis present claramente la longitud de

    onda correspondiente a los agregados producto de la funcionalizacin.

    3.3.3 Estudio del efecto del pH

    Ya establecidas, la concentracin de aminocido y la relacin volumtrica

    Ag:Cys. Se estudio el efecto del pH, para tal fin fueron preparadas

  • 38

    soluciones de L-cistena de concentracin 10mM a las que se ajusto el pH

    con HCl concentrado y NaOH al 99% p/p. Los valores de pH estudiados

    fueron (Seccin de anexos, figura A1. Formas inicas de la L-cistena en funcin del pH):

    pH igual a 1,5; que es un valor inferior al pka1 de la L-cys, al cual el

    grupo -carboxilo an se encontrar protonado.

    pH igual a 3,0; que es un valor por encima del pKa1, a este valor el

    grupo -carboxilo se encontrar desprotonado.

    pH igual a 6,0; que es 0,5 unidades por encima del punto isoelctrico

    del aminocido, el cual se encontrar con carga neta igual a cero.

    Prevalecer la forma zwitteinica.

    pH igual a 7,5; que es un valor cercano al pH fisiolgico en sangre.

    pH igual a 8,6; valor por alrededor del pKa3, al que ocurre la

    desprotonacin del grupo lateral sulfhdrilo.

    Y finalmente un pH igual a 11,0; cercano al pKa2, al cual el grupo -

    amino sufre la desprotonacin.

    Estos ensayos se realizaron bajo agitacin magntica a una velocidad de

    agitacin aproximada a 1078 rpm. La funcionalizacin se realiz durante 10

    minutos a una temperatura de 18 C. Los agregados producto del

    acoplamiento Ag-Cys fueron caracterizados por UV-Vis, as como por DLS

    para medir el tamao de las partculas y conocer el valor de potencial zeta

    para cada uno de los sistemas formados.

  • 39

    3.3.4 Estudio del tiempo de interaccin Ag-Cys Los agregados de Ag-Cys formados a los valores de pH establecidos

    anteriormente, fueron analizados por ultravioleta visible. Se recolectaron

    espectros UV-Vis durante un tiempo de 30 minutos para cada uno de los

    ensayos, con el fin de establecer la susceptibilidad e inestabilidad de la

    interaccin Ag-Cys en estos sistemas.

  • 40

    4. RESULTADOS Y ANALISIS RESULTADOS

    4.1 CARACTERIZACIN DE AgNP El espectro UV-Vis obtenido del coloide de plata cuya coloracin

    caracterstica fue amarillo intenso, es presentado en la figura 7. En l puede

    observarse la longitud de onda de mxima absorbancia de plasmn a 396

    nm caracterstica para partculas esfricas con una distribucin de tamaos

    inferiores a 50 nm, la intensidad de la absorbancia fue de 1,46 unidades.

    El pico presenta una forma bien definida, con alta simetra y una lnea base

    bastante ceida al lmite inferior con denominacin cero, esto indica una

    distribucin estrecha de tamaos de partculas. Para asegurar esto se

    realizaron los anlisis correspondientes a TEM y DLS, las microfografas

    corroboraron la presencia de partculas de morfologa esfrica (figura 8) con

    una distribucin estrecha de tamaos inferiores a 20 nm. Los anlisis por

    DLS mostraron radios hidrodinmicos comprendidos entre rAg = 1,6 nm

    (6,7%) y rAg = 13,5 nm (93,7%).

    Figura 7. Espectro UV-Vis de Coloide de plata sintetizado

  • 41

    Figura 8. Microfotografa TEM de AgNP sintetizadas

    Figura 9. Potencial zeta del coloide de plata sintitezado

  • 42

    Figura 10. Tamao de partcula del coloide de plata sintetizado

    Adicionalmente, el sistema coloidal registro un potencial zeta de -36 mV

    como puede ser observado en la figura 9. Esta medida indica que la

    suspensin es termodinmicamente estable, en un lapso de tiempo

    considerable, ya que las fuerzas de repulsin electrostticas que deben

    vencer las partculas para acercarse y aglomerarse son significativamente

    altas, dentro de un rango especifico de < -30 mV y > 30 mV16.

  • 43

    4.2 FUNCIONALIZACIN

    4.2.1 Anlisis UV-Vis del efecto de concentracin Los resultados obtenidos han sido condensados en las figuras A2-A6 en la

    seccin de anexos. Se incluyen los espectros UV-Vis para las concentraciones de L-cistena de 0.5mM, 1mM, 3mM, 5mM y 10mM

    funcionalizadas con AgNP a diferentes relaciones volumtricas.

    Los resultados obtenidos mostraron que existe interaccin en cada uno de

    los ensayos realizados, en algunos caso se manifiesta como el

    desplazamiento de la longitud de onda desde los 396 nm que fue la

    registrada para el coloide de plata inicialmente, hacia longitudes de onda que

    van hasta los 415 nm. Este efecto batocrmico indica el crecimiento y

    agregacin de las nanopartculas bajo las condiciones trabajadas. En otros

    casos puede apreciarse la aparicin de un hombro al lado derecho del pico,

    tambin dirigido hacia longitudes de onda mayores.

    Por observacin de los comportamientos presentados en los espectros UV-

    Vis se escogi la concentracin de L-cistena 10mM, ya que se lograron

    resultados ms evidentes de la interaccin, por los efectos batocrmicos

    observados, lo cual coincide con lo reportado por otros autores31.

    4.2.2 Anlisis UV-Vis del efecto de la relacin volumtrica y el pH En la fotografa mostrada en la figura 11 puede observarse los cambios de

    coloracin registrados a estos valores de pH.

  • 44

    Figura 11. Cambio de coloracin del coloide en la funcionalizacin con L-Cys 10mM en relacin 1:2 a diferentes valores de pH

    A continuacin se presentan los espectros UV-Vis de la funcionalizacin de

    L-cys 10mM a los diferentes valores de pH estudiados, variando la relacin

    volumtrica anteriormente descrita, tambin se muestra la informacin en

    forma de tablas para las longitudes de onda con su respectiva absorbancia y

    los valores de potencial zeta y tamao de partcula medido para cada uno de

    los nuevos sistemas estos ltimos incluidos en la seccin de anexos. Los

    anlisis por DLS y UV-Vis se realizaron simultneamente, despus de

    transcurridos 10 minutos de agitacin magntica a una velocidad aproximada

    de 1078 rpm para cada ensayo.

  • 45

    Figura 12. Espectro UV-Vis. Funcionalizacin AgNP con L-cys 10mM a pH 1,5 y diferentes relaciones volumtricas a pH aproximadamente neutro

    Tabla 2. Anlisis UV-Vis de funcionalizacin Ag-Cys con L-cis [10mM] a pH 1,5 y diferentes relaciones volumtricas

    ENSAYO 1(nm) Abs(uni) 2 (nm) Abs(uni) *AgNP 396 1,476 - -

    Ag-Cys. Relacin 1:1 390 0,247 596 0,242

    Ag-Cys. Relacin 1:2 323 0,111 607 0,111

    Ag-Cys. Relacin 1:3 393 0,173 598 0,177

    Ag-Cys. Relacin 1:5 401 0,117 582 0,126

    Ag-Cys. Relacin 1:8 397 0,174 577 0,174

  • 46

    Figura 13. Espectro UV-Vis. Funcionalizacin AgNP con L-cys 10mM a pH 3,0 y diferentes relaciones volumtricas

    Tabla 3. Anlisis UV-Vis de funcionalizacin Ag-Cys con L-cis [10mM] a pH 3,0 y diferentes relaciones volumtricas

    ENSAYO 1(nm) Abs(uni) 2 (nm) Abs(uni) *AgNP 396 1,476 - -

    Ag-Cys. Relacin 1:1 419 0,602 - -

    Ag-Cys. Relacin 1:2 415 0,328 572 0,329

    Ag-Cys. Relacin 1:3 405 0,235 565 0,212

    Ag-Cys. Relacin 1:5 391 0,144 587 0,130

    Ag-Cys. Relacin 1:8 394 0,118 574 0,102

  • 47

    Figura 14. Espectro UV-Vis. Funcionalizacin AgNP con L-cys 10mM a pH 6,0 y diferentes relaciones volumtricas

    Tabla 4. Anlisis UV-Vis de funcionalizacin Ag-Cys con L-cis [10mM] a pH 6,0 y diferentes relaciones volumtricas

    ENSAYO 1(nm) Abs(uni) 2 (nm) Abs(uni) *AgNP 396 1,476 - -

    Ag-Cys. Relacin 1:1 400 0,610 - -

    Ag-Cys. Relacin 1:2 400 0,437 - -

    Ag-Cys. Relacin 1:3 398 0,321 - -

    Ag-Cys. Relacin 1:5 398 0,221 - -

    Ag-Cys. Relacin 1:8 395 0,166 - -

  • 48

    Figura 15. Espectro UV-Vis. Funcionalizacin AgNP con L-cys 10mM a pH 7,5 y diferentes relaciones volumtricas.

    Tabla 5. Anlisis UV-Vis de funcionalizacin Ag-Cys con L-cis [10mM] a pH 7,5 y diferentes relaciones volumtricas

    ENSAYO 1(nm) Abs(uni) 2 (nm) Abs(uni) *AgNP 396 1,476 - -

    Ag-Cys. Relacin 1:1 397 0,595 - -

    Ag-Cys. Relacin 1:2 396 0,535 - -

    Ag-Cys. Relacin 1:3 394 0,251 - -

    Ag-Cys. Relacin 1:5 397 0,220 - -

    Ag-Cys. Relacin 1:8 397 0,186 - -

  • 49

    Figura 16. Espectro UV-Vis. Funcionalizacin AgNP con L-cys 10mM a pH 8,6 y diferentes relaciones volumtricas

    Tabla 6. Anlisis UV-Vis de funcionalizacin Ag-Cys con L-cis [10mM] a pH 8,6 y diferentes relaciones volumtricas

    ENSAYO 1(nm) Abs(uni) 2 (nm) Abs(uni) *AgNP 396 1,476 - -

    Ag-Cys. Relacin 1:1 398 0,608 - -

    Ag-Cys. Relacin 1:2 395 0,387 - -

    Ag-Cys. Relacin 1:3 393 0,238 - -

    Ag-Cys. Relacin 1:5 397 0,209 - -

    Ag-Cys. Relacin 1:8 396 0,191 - -

  • 50

    Figura 17. Espectro UV-Vis. Funcionalizacin AgNP con L-cys 10mM a pH 11,0 y diferentes relaciones volumtricas

    Tabla 7. Anlisis UV-Vis de funcionalizacin Ag-Cys con L-cis [10mM] a pH 11,0 y diferentes relaciones volumtricas

    ENSAYO 1(nm) Abs(uni) 2 (nm) Abs(uni) AgNP 396 1,476 - -

    Ag-Cys. Relacin 1:1 399 0,131 563 0,130

    Ag-Cys. Relacin 1:2 396 0,175 557 0,177

    Ag-Cys. Relacin 1:3 396 0,120 553 0,107

    Ag-Cys. Relacin 1:5 396 0,106 556 0,094

    Ag-Cys. Relacin 1:8 394 0,094 554 0,080

    Datos obtenidos para el coloide de plata sintetizado inicialmente.

  • 51

    Como puede observarse en los espectros UV-Vis registrados, el parmetro

    ms influyente en la funcionalizacin es el pH del aminocido.

    A un pH igual 1,5; valor por debajo del pka1 (1.9), es atribuida una carga

    positiva (+1) al aminocido, producto del estado protonado del grupo -amino

    (-NH+3); adicional a esto, el grupo -carboxilo se encuentra an en su forma

    inica protonada. Dados estos parmetros, ha de esperarse que la

    interaccin con estos dos grupo no sea favorecida significativamente, ya que

    las AgNP con superficie electropositiva tendrn mayor afinidad por grupos

    funcionales de naturaleza nucleoflica, de este modo ser mucho ms factible

    la absorcin de las molculas de L-cistena a travs su grupo lateral libre

    sulfhdrilo (-SH), que pese a no encontrarse an ionizado es un grupo

    altamente donador de electrones. La funcionalizacin bajo este pH se

    evidenci por un cambio de coloracin en la solucin, desde amarillo a

    morado y finalmente permaneci con una coloracin rosada.

    En el espectro UV-Vis (figura 12) se observa la disminucin en la

    absorbancia correspondiente a la banda de resonancia plasmnica del

    coloide de plata, y tambin se hace evidente la aparicin de una segunda

    banda de absorcin entre 577-607 nm, de acuerdo con la relacin

    volumtrica usada. ste comportamiento en el espectro, indica la presencia

    de agregados Ag-Cys que bajo este valor de pH ha sido favorecida.

    Por otra parte, s aumentamos un poco el pH a un valor igual a 3,0; por

    encima del pKa1, el grupo -carboxilo se encontrar en su forma

    desprotonada, otorgando al aminocido una carga neta igual a cero. El

    anlisis UV-Vis mostr un comportamiento similar al alcanzado con un pH

    igual a 1,5. Sin embargo a este valor de pH igual a 3,0 la interaccin de las

    molculas del aminocido es favorecida para dos grupos funcionales, tanto

    para el carboxilato (COO-) como por el sulfhdrilo (-SH). La funcionalizacin

    a este valor de pH, dio como resultado una solucin de coloracin rosada

    intensa que con el tiempo se fue debilitando y la aparicin de una segunda

  • 52

    banda de absorcin ubicada alrededor de 575-587 nm que se observa en el

    espectro UV-Vis (figura 13).

    Al evaluar un pH igual a 11,0; valor por encima de los tres pKa; el

    aminocido tendr atribuida una carga neta (-2) producto de la

    desprotonacin que sufren: el grupos -amino, -carboxilo y el sulfhdrilo.

    Este comportamiento inico de las molculas de L-cistena favorece tres

    posibles interacciones con las AgNP. Siendo la interaccin con el grupo -

    amino la menos favorecida por el impedimento estrico causado por los

    tomos de hidrogeno enlazados al nitrgeno, este ltimo, quien sera el

    donador de electrones.

    Los resultados obtenidos para los valores de pH iguales a 6,0 y 7,5, cercanos

    a la neutralidad, mostraron interacciones muy dbiles, no se observ la

    presencia de otras bandas de absorbancia diferentes a las del coloide, sin

    embargo se dio lugar al ensanchamiento del pico y disminucin de la

    abosrbancia de ste, lo cual puede indica el crecimiento de las

    nanopartculas y la formacin de agregados. A los valores de pH

    mencionados se presenta en gran medida el comportamiento zwitteinico del

    aminocido, lo que dar lugar a fuertes interacciones intermoleculares de las

    molculas de L-cistena en solucin.

    Por tanto, la interaccin que pueda existir entre molculas de L-cys y AgNP

    es dbil y favorecida en menor proporcin comparada con otros valores de

    pH.

    Al fijar el pH en 8,6; muy cercano al pKa3, al cual el grupo sulfhdrilo se

    encuentra en su forma desprotonada, dando al aminocido una carga neta

    (-1). El anlisis por ultravioleta visible mostr el ensanchamiento de los

    picos, lo cual est relacionado como ya se ha mencionado al crecimiento y

    agregacin de las NP. Sin embargo se observ que para las relaciones

    volumtricas 1:2 y 1:3 aparece un hombro a lado derecho del pico, atribuido

    a la interaccin Ag-Cys que puede tener lugar. Este pH en comparacin con

  • 53

    valores cidos, no mostr interacciones fuertes, posiblemente como

    resultado de la abundancia de iones OH- que resultan ser ms lbiles en la

    absorcin de iones negativos sobre la superficie de AgNP.

    4.2.3 Anlisis DLS del efecto de la relacin volumtrica y el pH Los anlisis por DLS confirmaron la formacin de agregados, Ag-Cys, en los

    cuales se observ el crecimiento elevado de las partculas, ya que el coloide

    de plata de partida present dimetros de 1,6 nm en un 6,7% y 13,4 nm en

    un 93,3%. Como producto de la funcionalizacin se alcanzaron dimetros

    desde 210-300 nm para L-cys a pH 1,5; 180-685 nm para L-cys a pH 3,0;

    266-414 nm para L-cys a pH 11,0. Los agregados presentes en los sistemas

    a pH 6,0; 7,5 y 8,6 presentaron distribuciones de tamaos muy amplias y

    polidispersin en las medidas, entre las cuales se observan dimetros an

    alrededor de 6,5-169 nm para L-cys a pH 6,0; 1-300 nm para L-cys a pH 7,5;

    2-212 nm para L-cys a pH 8,6. (Esta informacin se recopilo a manera de

    tablas en la seccin de Anexos)

    El efecto del pH fue altamente significativo sobre las fuerzas de repulsin

    electrostticas, por las cuales se estabiliz el coloide de plata formado; la

    presencia de iones H+ provenientes de la soluciones acidas del aminocido,

    extraen y equilibran muchos de los iones OH- que en un principio fueron

    absorbidos por la superficie de las AgNP, este efecto crea una

    descompensacin y por ende la inestabilidad del coloide; por otra parte, la

    presencia de ms iones OH-, aumenta la cantidad de iones absorbidos y por

    tanto el potencial zeta del sistema tomar valores ms negativos. Este

    comportamiento es observado en las mediciones de potencial zeta para cada

    uno de los ensayos realizados, los cuales se presentan a manera de tablas

    en la seccin de anexos.

  • 54

    4.2.4 Anlisis UV-Vis de la estabilidad en el tiempo de la interaccin Ag-Cys

    El estudio cintico se inici 1 minuto despus de haber introducido la

    muestra en el espectrofotmetro. La adquisicin de espectros se realiz

    cada 5 minutos hasta alcanzar un tiempo total de 30 minutos, acumulando un

    total de 7 espectros. Para estos ensayos se considero la relacin

    volumtrica 1:2. Se escogi los valores de pH iguales a 1,5; 3,0 y 11,0

    respectivamente.

    Figura 18. Espectro UV-Vis. Funcionalizacin AgNP con L-cys 10mM a pH 1,5 en relacin volumtrica 1:2

  • 55

    Figura 19. Espectro UV-Vis. Funcionalizacin AgNP con L-cys 10mM a pH 3,0 en relacin volumtrica 1:2

  • 56

    Figura 20. Espectro UV-Vis. Funcionalizacin AgNP con L-cys 10mM a pH 11,0 en relacin volumtrica 1:2

    En los anlisis UV-Vis se observ la fuerte tendencia en la disminucin de la

    absorbancia para los ensayos realizados en un lapso de tiempo de 30

    minutos. Esta disminucin es producto de la inestabilidad de las

    interacciones electrostticas que tienen lugar en la funcionalizacin. La

    presencia de otros iones circundantes, tanto negativos como positivos

    generados en la sntesis de la AgNP, y los provenientes del proceso de

    funcionalizacin y los ajustes de pH con cido y base, influyen drsticamente

    sobre la estabilidad del sistema ya que modifican las fuerzas electrostticas

    que all tienen lugar, beneficiando la agregacin y sedimentacin de las

    partculas en un corto periodo de tiempo.

  • 57

    5. CONCLUSIONES

    La efectividad de los procesos de funcionalizacin de nanopartculas de plata

    con aminocidos est directamente relacionada con el control estricto que se

    realice sobre los parmetros experimentales, como lo es, especialmente el

    pH. Ya que bajo ciertos valores ser favorecida en gran medida o

    medianamente, la interaccin entre la AgNP con alguno de los grupos

    funcionales presentes en la molcula, no solo por la forma inica del

    aminocido dependiente del pH, sino adems por el efecto significativo que

    tiene este parmetro sobre los valores de potencial zeta del sistema. Las

    nanopartculas de plata absorbieron satisfactoriamente los grupos

    funcionales donadores de electrones como lo son la forma desprotonada del

    grupo -carboxilo y el grupo sulfhdrilo, sin embargo puede existir clara

    competencia entre ellos, o an ms, ambos grupos pueden estar siendo

    absorbidos simultneamente, cuando el valor de pH del medio supera el

    pKa1 (1,9). La experimentacin a valores de pH bsicos, tambin favoreci

    el acoplamiento entre las molculas del aminocido y las NP.

    Por medio de este trabajo se logr establecer un mnimo de concentracin

    molar para la L-cistena, que bajo las condiciones trabajadas arroj

    resultados ptimos para la funcionalizacin, sin embargo debe considerarse

    que prcticamente para un rango entre 0,5-10mM se observ una respuesta

    positiva frente a la conjugacin con AgNP, siendo la mayor concentracin

    dentro de este rango, la que brindo apreciaciones ms significativa de los

    fenmenos que tiene lugar en dicho proceso. En cuanto a la relacin

    volumtrica se puede inferir que a medida que las se aumenta esta relacin,

    las intensidades de absorbancia tanto para el coloide de plata, como para los

    conjugados formados disminuyen. Este comportamiento se relaciona

    directamente con el efecto que tienen la presencia de contra iones, H+

    circundantes, para el caso de valores de pH cido, estos iones aumentan en

    la medida en que es adicionada ms solucin de L-cistena, los cuales

  • 58

    equilibran los iones negativos presentes en lo que se conoce como la capa

    difusa de iones absorbidos, reduciendo la distancia de sta, lo cual conlleva

    finalmente a la reduccin de las fuerzas de repulsin electrostticas y por

    ende la agregacin y sedimentacin.

    Es imprescindible para estos estudio de funcionalizacin, hacer uso de las

    tcnicas espectroscpicas como: ultravioleta visible, la cual permiti

    profundizar acerca de los efectos significativos sobre la longitud de

    absorbancia del plasmn que tiene lugar por cambios en de los parmetros

    de funcionalizacin; UV-Vis es una tcnica rpida, no destructiva que fue

    utilizada en este trabajo para realizar un seguimiento continuo en cada uno

    de los experimentos realizados. El uso de tcnicas microscpicas como:

    microscopia de transmisin electrnica y dispersin de luz dinmica, son de

    gran utilidad en el momento de caracterizar sistemas coloidales, permitiendo

    el anlisis profundo de la estructura, tamao y morfologa de las partculas

    presentes en dichos sistemas. Adicionalmente, las medidas de potencial

    zeta son una herramienta eficaz para predecir la estabilidad termodinmica

    de las nanopartculas as como de los agregados funcionalizadas.

  • 59

    RECOMENDACIONES

    Es necesario estandarizar un mtodo de sntesis de nanopartculas de

    plata por reduccin con borohidruro de sodio, que permita ejercer el

    control estricto sobre las variables del proceso de reduccin, para as

    obtener con precisin NP con tamao y forma especificas.

    Para investigaciones futuras en el campo de la funcionalizacin de

    aminocidos, s se desea orientar el acoplamiento de las NP con un sitio

    especfico de la molcula, especialmente, la interaccin con el grupo

    sulfhdrilo, (SH), se recomienda usar derivados del aminocido que

    tengan el grupo -carboxilo metilado; esto evita significativamente la

    competencia de estos dos grupos donadores de electrones por ser

    absorbidos sobre la superficie de las nanopartculas.

  • 60

    REFERENCIA BIBLIOGRAFICA

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  • 64

    ANEXOS

    FORMA IINCA DE LA L-CISTENA EN FUNCIN DEL pH

    SH CH2 CH

    NH3

    C

    O

    OH SH CH2 CH

    NH3

    C

    O

    O-

    -S CH2 CH

    NH3

    C

    O

    O-

    pH < pK1

    pK1 = 1,9 (-COOH)

    pK2 = 10,8 (NH2)

    pK3 = 8,3 (-SH)

    pH > pK1

    + +

    pK3 < pH < pK2

    +

    -S CH2 CH

    NH2

    C

    O

    O-

    pH > pK2

    Carga Neta = +1 Carga Neta = 0

    Carga Neta = -1 Carga Neta = -2

    Figura 21. Esquema forma inica de la L-cistena en funcin del pH.

  • 65

    ESPECTROS UV-Vis PARA LA FUNCIONALIZACIN DE AgNP CON L-CISTENA DE DIFERENTE CONCENTRACIN MOLAR.

    Figura 22. Espectro UV-Vis funcionalizacin Ag-Cys con L-Cys [0.5mM] en diferentes relaciones volumtricas

    Tabla 8. Anlisis UV-Vis de funcionalizacin Ag-Cys con L-cys [0,5mM] en diferentes relaciones volumtricas a pH neutro

    ENSAYO Mx, (nm) Abs, (unidades)

    *AgNP 396 1,476

    Ag-Cys. Relacin 1:1 408 0,550

    Ag-Cys. Relacin 1:2 408 0,406

    Ag-Cys. Relacin 1:3 412 0,261

    Ag-Cys. Relacin 1:5 415 0,192

    Ag-Cys. Relacin 1:8 414 0,131

    *Datos obtenidos para el coloide de plata sintetizado inicialmente.

  • 66

    Figura 23. Espectro UV-Vis funcionalizacin Ag-Cys con L-Cys [1mM] en diferentes relaciones volumtricas

    Tabla 9. Anlisis UV-Vis de funcionalizacin Ag-Cys con L-cys [1mM] en diferentes relaciones volumtricas a pH neutro

    ENSAYO Mx, (nm) Abs, (unidades)

    *AgNP 396 1,476

    Ag-Cys. Relacin 1:1 397 0,630

    Ag-Cys. Relacin 1:2 397 0,586

    Ag-Cys. Relacin 1:3 401 0,374

    Ag-Cys. Relacin 1:5 402 0,218

    Ag-Cys. Relacin 1:8 402 0,182

  • 67

    Figura 24. Espectro UV-Vis funcionalizacin Ag-Cys con L-Cys [3mM] en diferentes relaciones volumtricas a pH neutro

    Tabla 10. Anlisis UV-Vis de funcionalizacin Ag-Cys con L-cys [3mM] en diferentes relaciones volumtricas a pH neutro

    ENSAYO Mx, (nm) Abs, (unidades)

    *AgNP 396 1,476

    Ag-Cys. Relacin 1:1 398 0,621

    Ag-Cys. Relacin 1:2 395 0,450

    Ag-Cys. Relacin 1:3 401 0,260

    Ag-Cys. Relacin 1:5 401 0,243

    Ag-Cys. Relacin 1:8 399 0,195

  • 68

    Figura 25. Espectro UV-Vis funcionalizacin Ag-Cys con L-Cys [5mM] en diferentes relaciones volumtricas a pH neutro

    Tabla 11. Anlisis UV-Vis de funcionalizacin Ag-Cys con L-cys [5mM] en diferentes relaciones volumtricas a pH neutro

    ENSAYO Mx, (nm) Abs, (unidades)

    *AgNP 396 1,476

    Ag-Cys. Relacin 1:1 397 0,663

    Ag-Cys. Relacin 1:2 398 0,369

    Ag-Cys. Relacin 1:3 396 0,313

    Ag-Cys. Relacin 1:5 395 0,270

    Ag-Cys. Relacin 1:8 394 0,147

  • 69

    Figura 26. Espectro UV-Vis funcionalizacin Ag-Cys con L-Cys [10mM] en diferentes relaciones volumtricas a pH neutro.

    Tabla 12. Anlisis UV-Vis de funcionalizacin Ag-Cys con L-cys [10mM] en diferentes relaciones volumtricas a pH neutro

    ENSAYO Mx, (nm) Abs, (unidades)

    *AgNP 396 1,476