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Revista de la Sociedad Química del Perú

versão impressa ISSN 1810-634X

Rev. Soc. Quím. Perú vol.87 no.3 Lima jul./sep 2021

http://dx.doi.org/10.37761/rsqp.v87i3.354 

Trabajos originales

Química verde - Una alternativa eco-amigable en la obtención de nanopartículas de Ag0

Green chemistry - An eco-friendly alternative in obtaining Ag0 nanoparticles

Hugo Alarcón*  a 

Macarena Tolmosa 

Nelson Villacrésa 

Emily Huarotea 

a Facultad de Ciencias, Universidad Nacional de Ingeniería, Av. Túpac Amaru 210, Rímac, Lima, Perú.

RESUMEN

El interés por las nanopartículas de plata (AgNPs) se debe a sus propiedades ópticas, catalíticas y antibacterianas; las cuales dependen de su tamaño, forma y estabilidad coloidal. Las AgNPs pueden ser obtenidas mediante técnicas químicas, físicas y biológicas; sin embargo, el enfoque de “Química Verde” promueve el desarrollo de investigaciones que no incluyan sustancias tóxicas o condiciones de costo elevado en la síntesis de nanopartículas, una alternativa es el uso de extractos de plantas, algas, hongos, bacterias y virus como agentes reductores y estabilizantes en el proceso de síntesis. Por tal motivo esta investigación emplea extractos etanólicos pétalos y hojas de t para la obtención de AgNPs con un tamaño de partícula menor a 50 nm. Mediante UHPLC-ESI-Q-Orbitrap-MS-MS se identificaron los metabolitos secundarios mayoritarios presentes en los extractos etanólicos, las AgNPs fueron caracterizadas mediante UV-Vis, FTIR, DLS y FE-SEM.

Palabras clave: Nanopartículas; Solanum grandiflorum; Química Verde

ABSTRACT

Attentiveness in silver nanoparticles (AgNPs) is due to their optical, catalytic and antibacterial properties; which depend on its size, shape and colloidal stability. AgNPs can be obtained by chemical, physical and biological techniques; However, “Green Chemistry” approach promotes the development of research that does not include toxic substances or high-cost conditions in the synthesis of nanoparticles, an alternative is the use of extracts of plants, algae, fungi, bacteria and viruses as agents. reducers and stabilizers in the synthesis process. For this reason, this research employs ethanolic extracts of petals and leaves of Solanum grandiflorum Ruiz & Pav to obtain AgNPs with a particle size less than 50 nm. Using UHPLC- ESI-Q-Orbitrap-MS-MS, the mayor secondary metabolites present in ethanolic extracts were identified, AgNPs were characterized by UV-Vis, FTIR, DLS and FE-SEM.

Key words: Nanoparticles; Solanum grandiflorum; Green Chemistry

INTRODUCCIÓN

Hoy en día la nanotecnología ocupa un lugar importante en el desarrollo científico debido a sus diferentes morfologías, tamaños y propiedades fisicoquímicas; en los últimos años las nanopartículas de plata (AgNPs) se han convertido en uno de los productos de mayor crecimiento en la industria de la nanotecnología, esto se debe a sus diversas propiedades antimicrobianas1, cicatrizantes, antivirales y funguicidas2.

Existen diversos métodos para realizar síntesis de nanopartículas, entre ellos se mencionan: sol-gel, reducción química, tecnología aerosol, litografía, etc. Sin embargo, estos requieren el uso de reactivos químicos peligrosos y altamente contaminantes al medio ambiente3. Un nuevo método es mediante Química Verde, la cual utiliza los extractos de las plantas para obtener metales cerovalentes a escala nanométrica, reduciendo el impacto generado por la síntesis convencional sobre el medio ambiente4, además el uso de extractos vegetales en la síntesis influye en la calidad, tamaño y morfología de las nanopartículas obtenidas5.

El uso de plantas en la síntesis de nanomateriales puede ser mediante biorremediación (técnica en la cual la planta extrae los metales del suelo y/o agua y fabrica nanopartículas metálicas, o mediante el uso de extractos de diversas partes de la planta, los cuales poseen metabolitos secundarios (terpenos, flavonoides, enzimas, proteínas y cofactores) que actúan como agentes reductores6 (Figura 1). Los estudios del género Solanum sp. reportan diversos metabolitos secundarios entre ellos: glicoalcaloides esteroideos biológicamente activos, alcaloides esteroideos, saponinas, esteroides, flavonoides y alcaloides7. Dentro del género Solanum sp. se hace mención que la Solanum grandiflorum Ruiz & Pav. (Solanum lycocarpum A. St.- Hill), contiene taninos, flavonoides, saponinas, cumarinas, terpenos/esteroles, alcaloides y esteroides8.

Figura 1 Representación esquemática de la síntesis de nanopartículas de plata16

PARTE EXPERIMENTAL

El proceso de obtención de AgNPs empleando extractos etanólicos de hojas y pétalos de Solanum grandiflorum Ruiz & Pav. se evidencia en la figura 2.

Obtención de extractos etanólicos

Las hojas y pétalos de Solanum grandiflorum Ruiz & Pav. se lavaron y secaron a 30 °C; luego se pulverizaron y almacenaron en frascos ámbar. La extracción se realizó por maceración durante 5 días, empleando 0.5 g de hojas y pétalos pulverizadas con 50 mL de etanol 96° cada uno, (relación 1:100); los extractos obtenidos se almacenaron a 4 °C en frascos ámbar.

Análisis fitoquímico

1 gr de hojas y pétalos pulverizados, fueron analizadas con la prueba sal-gelatina (determinación de taninos), tricloruro férrico al 1% (determinación de flavonoides) y reactivo de Shinoda (determinación de polifenoles).

Análisis por UHPLC-ESI-Q-ORBITRAP-MS/MS

Los extractos etanólicos de hojas y pétalos de Solanum grandiflorum Ruiz & Pav., fueron disueltos en metanol (grado HPLC) asistidos por ultrasonido y filtrados para ser analizados en el Ultra High Performance Liquid Chromatography- Electrospray ionization - Quadrupole-Orbitrap - Mass Spectrometry (UHPLC-ESI-Q-Orbitrap-MS-MS) de Fase reversa C-18, acoplado a un Espectrofotómetro Masas (THERMO Q-Exactive) con precursor de cuadrupolo, operado en modo de Electro-Spray con ionización positiva (ES+).

La separación cromatográfica de 10 μL fue en gradiente con las siguientes condiciones: caudal de la fase móvil - 1 mL min-1 y tiempo de carrera 47 min.

Síntesis de AgNPs

1 ml de AgNO3 (0.01 mol L-1) con 4 mL de extracto etanólico (relación 1:4), a pH 9 (KOH - 1 M), se agitó durante 60 min. El cambio de color indica la formación de AgNPs. Finalmente, las AgNPs sintetizadas fueron lavadas a 10 000 rpm por triplicado.

Figura 2 Obtención de AgNPs de extractos etanólicos de hojas y pétalos de Solanum grandiflorum Ruiz & Pav

Caracterización de AgNPs

Las AgNPs obtenidas se caracterizaron mediante Microscopía Electrónica de Barrido de Emisión de Campo (FE-SEM) (SU8230, Hitachi), Espectroscopía Ultravioleta - Visible (UV-Vis) (Lambda 25, Perkin elmer), Espectroscopia Infrarroja por Transformada de Fourier (FTIR) (IR Prestige - 21, Shimadzu) y Dispersión Dinámica de Luz (DLS) (Brookhaven Big sizer 90 Plus).

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Del análisis fitoquímico

En la tabla 1, se evidencia la presencia de polifenoles (flavonoides) y taninos presentes en hojas y pétalos Solanum grandiflorum Ruiz & Pav.

Tabla 1 Ensayos fitoquímicos. 

Extractos Sal-gelatina (Taninos) FeCl3 (Flavonoides) Shinoda (Polifenoles)
Pétalos - + (magenta) + (transparente → negro)
Hojas + - (verde) + (verde claro → verde marrón)

+: reacción positiva

-: no reaccionó

Del análisis por UHPLC-ESI-Q-ORBITRAP-MS/MS

Está técnica permitió identificar los compuestos orgánicos presentes en los extractos etánólicos de hojas y pétalos de Solanum grandiflorum Ruiz & Pav., tal como se evidencia en la tabla 2. Los compuestos identificados presentan grupos -OH en su estructura, pertenecientes a compuestos fenólicos, los cuales presentan actividad antioxidante la cual reside en su capacidad para donar electrones o átomos de hidrógeno.

Tabla 2 Metabolitos secundarios presentes en extractos de hojas y pétalos. 

Identificación Partes de la planta Composición elemental (M-H) tR (min.) Masa teórica (m/z) Masa medida (m/z) Iones MSn (ppm)
Nicotiflorin (Kaempferol-3- rutinoside)9 Pétalo C27H30O15 15.48 593.5102 593.15143 255.02982
285.03848
1,3-Dicaffeoylquinic acid10 Pétalos y hojas C25H24O12 16.12 515.4429 515.11902 173.0449
135.04443
Chlorogenic acid10 Pétalos y hojas C16H18O9 13.71 353.3008 353.0878  
Quinic acid10 Pétalos y hojas C7H12O6 3.66 191.1586 191.05573 191.0556
N(2)-Malonyl-D-tryptophan11 Pétalos C14H14N2O5 4.08 290.275 290.0881  
3,4 Dicaffeoylquinic acid12 Pétalos y hojas C25H24O12 16.1 515.447 515.11914 173.0448
179.0345
4-caffeoylquinic acid12 Pétalos C16H18O9 14.39 353.303 353.08783 173.04482
191.05557
Esculetin12 Hojas C9H6O4 14.75 177.135 177.01897 135.04449
Caffeic acid13 Hojas C9H8O4 14.8 179.151 179.03448 135.04457

De la síntesis de AgNPs

La síntesis de AgNPs a partir de extractos etanólicos de hojas y pétalos de Solanum grandiflorum Ruiz & Pav. con AgNO3, genera un cambio de color de amarillo a rojo o naranja durante la reacción, tal como se evidencia en la figura 3.

Solanum grandiflorum Ruiz & Pav. 

La reducción de iones plata a AgNPs se realiza empleando agentes reductores (compuestos fenólicos y flavonoides) enriquecidos con grupos funcionales hidroxilos presentes en los extractos etanólicos14, estas moléculas actúan como agentes reductores y estabilizadores de las nanopartículas, tal como se observa en la figura 4, realizando una combinación de reducción de iones Ag+ y oxidación de grupos OH18.

Figura 4 Mecanismo de reducción de iones plata a AgNPs mediante el agente reductor fenólico (ácido clorogénico) presente en los extractos etanólicos de hojas y pétalos de Solanum grandiflorum Ruiz & Pav

De la caracterización de AgNPs

Los resultados obtenidos de las diferentes técnicas de caracterización en las AgNPs se detallan a continuación:

Espectroscopía Ultravioleta - Visible (UV-Vis)

En el espectro UV-Vis las AgNPs exhiben una absorción máxima en el rango de 400 a 500 nm17, tal como se observa en los espectros UV-Vis (ver figura 5) de las AgNPs sintetizadas a partir de los extractos etanólicos de pétalos y hojas de Solanum grandiflorum Ruiz & Pav. con AgNO3, los cuales presentan una absorción máxima a 412 nm y 418 nm, respectivamente.

Figura 5 Espectros UV-Vis de las AgNPs obtenidas a partir de extractos etanólicos de hojas y pétalos. 

Espectroscopia Infrarroja por Transformada de Fourier (FTIR)

La figura 6 muestra el espectro FTIR de las AgNPs sintetizadas con extractos etanólicos de Solanum grandiflorum Ruiz & Pav. en el rango de 500 - 4000 cm-1. Los espectros FTIR de las AgNPs evidencian incremento en los picos cercanos a 3245 cm-1 y 3288 cm-1 pertenecientes al grupo OH, 1042 cm-1 y 1028 cm-1 enlace C-O, y a 2931 cm-1 y 2097 cm-1 correspondientes al enlace C-H de los alquenos aromáticos. Lo que indica una interacción (-C-O - - - Ag0) de los grupos carbonilos cercanos a dobles enlaces conjugados de los compuestos fenólicos y flavonoides presentes en los extractos de hojas y pétalos Solanum grandiflorum Ruiz & Pav. y la plata reducida; estos metabolitos desempeñan un papel importante en la protección y estabilidad de las AgNPs15.

Figura 6 Espectros FTIR de las AgNPs obtenidas a partir de extractos etanólicos de A) hojas y B) pétalos. 

Dispersión Dinámica de Luz (DLS)

Empleando DLS se determinó el tamaño hidrodinámico de las AgNPs, los resultados obtenidos en la tabla 3, evidencian un incremento del diámetro hidrodinámico entre la primera y tercera semana después del proceso de síntesis, por lo que se presume un proceso de aglomeración entre nanopartículas según el tiempo.

Tabla 3 Estabilidad de AgNPs en las primeras tres semanas. 

  Diámetro hidrodinámico promedio (nm)
MUESTRA 1° Semana 2° Semana 3° Semana
AgNPs - Hojas 49.1 50 83.8
AgNPs - Pétalos 33.35 33.4 101.45

Microscopía Electrónica de Barrido de Emisión de Campo (FE-SEM)

La imagen FE-SEM, tal como se observa en la figura 7, proporciona características morfológicas de las AgNPs sintetizadas a partir de los extractos etanólicos de hojas y pétalos de Solanum grandiflorum Ruiz & Pav. En la figura 7A se observa la forma esférica de las AgNPs las cuales están recubiertas por los metabolitos que participan en el proceso reducción

- oxidación, y en la figura 7B la estabilización de las AgNPs recubiertas por los metabolitos a otra escala.

Figura 7 Imagen FE-SEM de las AgNPs obtenidas a partir de extracto etanólico de Solanum grandiflorum Ruiz & Pav. 

CONCLUSIONES

Los polifenoles presentes en los extractos etanólicos de las hojas y pétalos de Solanum grandiflorum Ruiz & Pav. permiten la síntesis de AgNPs con un tamaño de partícula menor a 50 nm. durante la primera semana, evidenciándose un crecimiento del tamaño de partícula en la tercera semana posterior a la síntesis, por lo cual esta metodología no permite la síntesis de AgNPs estables en solución coloidal.

AGRADECIMIENTO

Agradecimiento al Vicerrectorado de Investigación de la Universidad Nacional de Ingeniería por el financiamiento al proyecto.

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Recibido: 02 de Noviembre de 2021; Aprobado: 23 de Diciembre de 2021

* Autor de correspondencia: Hugo Alarcón, email: halarcon@uni.pe

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