NANOPARTÍCULAS DE ORO Y SUS APLICACIONES

1. Introducción

Las nanopartículas de metales nobles y, más específicamente, las nanopartículas de oro (AuNPs), exhiben excelentes propiedades físicas, químicas y biológicas, que son intrínsecas a su tamaño nanométrico. Destacan especialmente sus peculiares e inesperadas propiedades fototérmicas, por las que al ser activadas en presencia de luz láser, desprenden calor, actuando como auténticos nano-calefactores. Las AuNPs pueden ser producidas con distintos tamaños y formas y ser fácilmente funcionalizadas con un amplio abanico de ligandos (anticuerpos, polímeros, sondas de diagnóstico, fármacos, material genético, etc.). Por todo ello, las AuNPs despiertan un gran interés en diversos campos que veremos más adelante.

2. Referencias teóricas y aplicaciones de las nanopartículas de oro

PROPIEDADES

Las interacciones de las nanopartículas de oro con la luz están fuertemente determinadas por su entorno, tamaño y dimensiones físicas. Los campos eléctricos oscilantes de un rayo de luz propagado cerca de una nanopartícula coloidal, interacciona con los electrones libres produciendo una oscilación concertada de la carga del electrón que está en resonancia con la frecuencia de la luz visible. Estas oscilaciones resonantes son conocidas como plasmones de superficie. Para pequeñas nanopartículas de oro dispersas (aprox. 30 nm), el fenómeno de resonancia de plasmones de superficie causa una absorción de la luz en la porción azul-verde del espectro (aprox. 450 nm), mientras que la luz roja (aprox. 700 nm) es reflejada dando un color rojo intenso. A medida que aumenta el tamaño de la partícula, la longitud de onda de la resonancia de los plasmones de superficie afines, se desplaza hacia más largos, longitudes de onda más rojas. La luz roja es entonces absorbida, y la luz azul es reflejada, dando soluciones con un color azul o púrpura pálido. Dado que el tamaño de partículas sigue aumentando hacia el límite de volumen, las longitudes de onda de resonancia de plasmones superficiales se mueven dentro de la porción del IR del espectro y las longitudes de onda más visibles se reflejan, dando a las nanopartículas un color transparente o translúcido. La resonancia del plasmón superficial se puede ajustar variando el tamaño o la forma de las nanopartículas, dando lugar a partículas con propiedades ópticas adaptadas para diferentes aplicaciones.

PREPARACIÓN

Las AuNPs se pueden preparar fácilmente, obteniéndose sistemas coloidales monodispersos estables con un tamaño entre 1 nm y 150 nm y una distribución de tamaños bien controlada. Se representan algunos ejemplos de estas AuNPs y sus denominaciones: nanoesferas, nanocilindros, nanocubiertas, nanojaulas, nanopartículas y «SERS» (Surface-enhanced Raman spectroscopy).

APLICACIONES

1) Electrónica - Las nanopartículas de oro se han diseñado para su uso como conductores de las tintas de imprimir a chips electrónicos. A medida que el mundo de los componentes electrónicos se hacen más pequeños, las nanopartículas son componentes importantes en el diseño de chips. Las nanopartículas de oro a nanoescala se utilizan para conectar las resistencias, conductores y otros elementos de un chip electrónico.

2) Terapia fotodinámica - La absorción IR de nanopartículas de oro (incluyendo nanocápsulas de oro y nanorods) producen calor cuando es excitado por la luz en longitudes de onda 700 a 800 nm. Esto permite que estas nanopartículas sirvan para erradicar tumores específicos. Cuando la luz se aplica a un tumor que contiene nanopartículas de oro, las partículas se calientan rápidamente, matando a las células tumorales en un tratamiento conocido como terapia de hipertermia.

3) Entrega de Agentes Terapéuticos - Los agentes terapéuticos también pueden ser recubiertos sobre la superficie de nanopartículas de oro. La extensa área superficial - a - volumen de nanopartículas de oro permite que su superficie sea recubierta con cientos de moléculas (incluidos los agentes terapéuticos, agentes de direccionamiento, y polímeros anti-suciedad).

4) Sensores - Las nanopartículas de oro se utilizan en una variedad de sensores. Por ejemplo, un sensor colorimétrico basado en nanopartículas de oro puede identificar si los alimentos son adecuados para el consumo. Otros métodos, tales como la espectroscopia Raman de superficie mejorada, explotan las nanopartículas de oro como sustratos para permitir la medición de las energías de vibración de los enlaces químicos. Esta estrategia también podría ser utilizada para la detección de proteínas, contaminantes y otras moléculas no identificadas.

5) Sondas – Las nanopartículas de oro también dispersan la luz y pueden producir una variedad de colores interesantes bajo microscopía de campo oscuro. Los colores dispersos de las nanopartículas de oro se utilizan actualmente para la formación de imágenes con aplicaciones biológicas. Además, las nanopartículas de oro son relativamente densas, lo que las hace útiles como sondas para microscopía electrónica de transmisión.

6) Diagnóstico – Las nanopartículas de oro también se utilizan para detectar biomarcadores en el diagnóstico de las enfermedades del corazón, cáncer y agentes infecciosos. También son comunes en inmunoensayos de flujo lateral, un ejemplo doméstico común es la prueba de embarazo casera.

7) Identificación de células cancerígenas, virus y bacterias – Se puede lograr que las nanopartículas de oro se unan selectivamente a células cancerígenas y no a células sanas. observando en la imagen con un microscopio se observa que las células cancerosas están brillando intensamente. Las células sanas no se unen específicamente a las nanopartículas, de manera que no se ven donde están dichas células. También pueden ser partículas que ataquen a algún virus o tumor, ya que al estar en solución se pueden tomar como medicamentos, pero a diferencia de los medicamentos comunes, que van a todo el cuerpo, los nanomedicamentos se dirigen a sitios específicos para liberar un fármaco.

8) Catálisis - Las nanopartículas de oro se utilizan como catalizadores en un gran número de reacciones químicas. La superficie de una nanopartícula de oro se puede utilizar para la oxidación selectiva o en ciertos casos la superficie puede reducir una reacción (óxidos de nitrógeno). Las nanopartículas de oro se están desarrollando para aplicaciones en celdas de combustible. Estas tecnologías serían útiles en la industria de los automóviles y la industria de las pantallas.

9) Tratamiento de aguas - Las nanopartículas de oro presentan una gran actividad química en especial en las reacciones de oxidación y podrían utilizarse como catalizadores para eliminar contaminantes orgánicos, difíciles de degradar, útiles en la descontaminación de las aguas residuales. Por ejemplo en la eliminación del formaldehido en aguas residuales.

3. Conclusiones

La peculiaridad de las propiedades ópticas y fototérmicas de las AuNPs proviene de las oscilaciones resonantes de sus electrones libres en presencia de luz («Resonancia localizada de plasmón de superficie»), gracias a la cual las nanopartículas pueden radiar luz (Mie scattering) o absorber luz que se transforma rápidamente en calor.

Las propiedades físicas y químicas de las nanopartículas de oro (AuNPs), tales como la interacción con la luz, solubilidad, catálisis, etc. dependen de varios factores: El tamaño y la forma: la interacción de las AuNPs con la luz depende mucho de sus dimensiones físicas. Estos parámetros son cruciales para la aplicación de estos nanomateriales. El ligando puede modificar las propiedades ópticas, las propiedades químicas, la estabilidad y la solubilidad de las AuNPs.

El estudio de las propiedades de las nanopartículas de oro es muy importante para lograr avances y aportes en beneficio del desarrollo humano.

4. Bibliografía

“Nanopartículas metálicas: oro”. Sonia Al-Qadi – Carmen Remuñán-López. Dpto. Farmacia y Tecnología Farmacéutica, Universidad de Santiago de Compostela. España.

http://www.sigmaaldrich.com/materials-science/nanomaterials/gold-nanoparticles.html

http://www.jpbsonline.org/article.asp?issn=0975-7406%3Byear=2010%3Bvolume=2%3Bissue=4%3Bspage=282%3Bepage=289%3Baulast=Mody

http://nanocomposix.com/kb/gold/optical-properties

http://www.invdes.com.mx/medio-ambiente/561-utilizan-oro-para-descontaminar-aguas-negras-y-residuales