BIOSSÍNTESE DE NANOPARTÍCULAS DE OURO UTILIZANDO VEGETAIS

BIOSSÍNTESE DE NANOPARTÍCULAS DE OURO UTILIZANDO VEGETAIS

Ciro Siqueira Figueira1; Ricardo Pires dos Santos2

1. Aluno do programa de pós-graduação em Biotecnologia da Universidade Federal do Ceará – UFC; 2. Professor Orientador

Edição Vol. 4, N. 14, 11 de Setembro de 2017

DOI: http://dx.doi.org/10.15729/nanocellnews.2017.09.09.004

Não existe uma normatização internacional para definir o conceito de nanopartícula. O uso consensual de que qualquer material que esteja na faixa compreendida entre 0,1 a 100nm é considerado uma nanopartícula (1). Existe uma variedade de tipos desses materiais, oferecendo uma gama de possibilidade de compreensão dos fenômenos físico-químicos que são completamente diferentes devido à grande relação superfície/volume (2).

Os tipos de NP’s podem ser melhor compreendidas conforme a ilustração abaixo:

biossintese-ouro-1

Figura 1: Tipos de Nanopartículas. Nanopartícula inorgânica, nanopartículas poliméricas, nanopartículas lipídicas sólidas, nanossomas, nanocristais ou pontos quânticos, nanotubos de carbono e dendrímeros (3).

A síntese de NP varia de acordo com o propósito. Basicamente existe duas metodologias empregadas na produção das nanopartículas: top-dow e bottom-up. O primeiro consiste, na construção de estruturas nano, a partir de um material de tamanho elevado, por meio de processos físicos (moagem por exemplo). Já o segundo tipo, o material é “montado” átomo a átomo, molécula por molécula (4).

As NP, após serem produzidas, necessitam de uma proteção para que elas não se agreguem, evitando a formação de estruturas aglomeradas, aumentando o tamanho e formando precipitados tendo uma pequena vida útil.  A alta reatividade das NP’s, devido à grande relação superfície/volume, leva a necessidade de estabilização das partículas. A criação de revestimentos superficiais nas estruturas impossibilita fisicamente a agregação, que é conhecida como estabilização estérica. Já o revestimento com cargas elétricas que se repelem, promove a estabilização eletrostática (5).

NANOPARTÍCULAS DE OURO (AuNP)

 Pode-se dizer que a nanociência tem início com os trabalhos do cientista inglês Michael Faraday quando, em 1857, trabalhando com ouro coloidal, desenvolveu uma técnica que sintetizava nanopartículas baseado na redução de íons sais de tetracloroauto (III) em solução básica que, posteriormente, a técnica fora melhorada e aprimorada por outros cientistas, como Turkevich (6) e Brust (7). 

As nanopartículas de ouro exibem uma coloração avermelhada, em contraste com o ouro metálico em estado macrométrico que exibe a coloração dourada. Isso é devido a redução do tamanho da partícula e o aumento da área superficial que cria um fenômeno conhecido como ressonância plasmônica de superfície, que é basicamente uma oscilação coletiva de elétrons das nanopartículas metálicas (8). A Figura 2 demonstra que a oscilação coletiva dos elétrons promove o comportamento do plasmon de superfície.

 biossintese-ouro-2

Figura 2: Escala de cores das nanopartículas em função do tamanho e do plasmon de superfície. À esquerda, soluções de ouro contendo nanopartículas com alcance de 18 a 250nm. E, à direita, a oscilação dos elétrons na superfície das NP. Fonte: Adaptado pelo autor de: http://maisunifra.com.br/wp-content/uploads/img_nan_conceitos-basicos_ouro.jpg  e (10).

SÍNTESE DE AUNP’S 

A abordagem utilizada na síntese química de AuNP’s é a bottom-up, na qual um sal metálico pretendido (HAuCl4 – ácido tetracloroáurico, por exemplo), é reduzido na presença de agente redutor forte para gerar átomos de ouro, que são a base de construção da partícula. A síntese de AuNP’s foi inicialmente sistematizada pelo método da redução por citrato, onde uma solução do sal ácido tetracloroáurico (III) em solução aquosa e de citrato de sódio (agente redutor e estabilizante) é levada à fervura, sob agitação, onde o sal de ouro (Au+3) é reduzido a ouro metálico (Au0). Pode ocorrer a formação de pequenas partículas aglomeradas quando não se utiliza um agente estabilizante, pois o crescimento visa à diminuição na energia total do sistema. Este procedimento, cria nanopartículas com tamanho de aproximadamente 20 nm com certa homogeneidade. Pode-se controlar o crescimento das AuNP’s regulando a temperatura, tempo, concentração do agente redutor, pH; criando NP’s de 20 a 100nm de diâmetro. As nanopartículas de ouro produzidas por esta via, são as mais estudadas, que são amplamente utilizadas nas mais diversas áreas do conhecimento (10). Outra vantagem nesta técnica é que o agente redutor, a molécula de Citrato, além de ser atóxica, ainda atua como agente estabilizante das NP’s, criando AuNP’s termodinamicamente estáveis. O citrato aderido à superfície da partícula forma uma camada elétrica, que interage com o dispersante e impede a agregação das partículas e sua precipitação.

SÍNTESE VERDE 

Geralmente, as nanopartículas são produzidas por meios físicos, químicos e biológicos. As NP’s sintetizadas por métodos físicos e químicos, consomem grandes quantidades de energia e, às vezes, podem utilizar compostos químicos e tóxicos, enquanto as sínteses biogênicas são baratas, limpas, atóxicas e ecologicamente corretas (11). 

A síntese verde, ou biorredução, de NP’s é um processo que utiliza organismos, ou partes deles (como, biomoléculas, células, tecidos ou órgãos), em substituição dos reagentes químicos, nos processos de síntese de nanocompostos, apresentando-se como uma alternativa barata e sustentável (12).  Nesse processo, proteínas e outras biomoléculas, atuam na cobertura e promovem a estabilidade das nanopartículas produzidas. 

A biossíntese a partir de extrato vegetais é uma das abordagens mais simples de se produzir nanopartículas. Extrato de plantas como rota para síntese verde é o método mais fácil e utilizado para sintetizar nanopartículas. A redução de um íon metálico a partir de extratos vegetais já era conhecida desde o início do século XX, apesar do processo ainda não ser totalmente elucidado (13). Sabe-se que a biossíntese por plantas, também chamada de fitossíntese, ocorre por uma combinação de biomoléculas como aminoácidos, proteínas, polissacarídeos, flavonoides, ácido tânico e terpenoides (14). Um ponto importante de se observar, no que se refere à síntese verde, utilizando extratos de plantas, é que, estruturas diferentes da planta, (caule, folhas, raízes, frutos etc.) apresentam concentrações de compostos fitoquímicos diferentes, variando de acordo com fatores ambientais (como umidade, temperatura, luminosidade, CO2, O2 etc.) e com o estresse ao qual a planta possa estar submetida. Dependendo da parte da planta utilizada para fazer o extrato, pode-se alterar algumas características da reação em si e das nanopartículas formadas. Outros fatores, são importantes destacar pois alteram o processo da reação química, como tipo de solvente utilizado, estágio de desenvolvimento da planta, condições ambientais da planta, tipo de extrato utilizado (seco ou fresco), concentração dos reagentes, pH, temperatura. A escolha de extratos provenientes das folhas é a via mais comum e uma das mais relatadas na literatura para a síntese de nanopartículas.

Referências

1. EUSTIS, Susie; EL-SAYED, Mostafa A. Why gold nanoparticles are more precious than pretty gold: noble metal surface plasmon resonance and its enhancement of the radiative and nonradiative properties of nanocrystals of different shapes. Chemical society reviews, v. 35, n. 3, p. 209-217, 2006.

2. THURMAN J.M. Triggers of inflammation after renal ischemia/reperfusion. Clinical Immunology 123: 7–13, 2007.

3. FARAJI, A. H., WIPF, P. Nanoparticles in cellular drug delivery. Bioorganic & Medicinal Chemistry.  v. 17, p. 2950-2962, 2009.

4. LOOS, M. R. NANOCIÊNCIA E NANOTECNOLOGIA: Compósitos Termofixos Reforçados com Nanotubos de Carbono. Editora Interciência RJ 978-3941492257, 300 páginas, ISBN: 9788571933194 1ª Ed. 2014.

5. HANG, Jianzhong et al. Electrostatic and electrosteric stabilization of aqueous suspensions of barite nanoparticles. Powder Technology, v. 192, n. 2, p. 166-170, 2009

6. TURKEVICH, John; STEVENSON, Peter Cooper; HILLIER, James. A study of the nucleation and growth processes in the synthesis of colloidal gold. Discussions of the Faraday Society, v. 11, p. 55-75, 1951.

7. BRUST, Mathias et al. Synthesis of thiol-derivatised gold nanoparticles in a two-phase liquid–liquid system. Journal of the Chemical Society, Chemical Communications, n. 7, p. 801-802, 1994.

8. HICKS, Jocelyn F.; MILES, Deon T.; MURRAY, Royce W. Quantized double-layer charging of highly monodisperse metal nanoparticles. Journal of the American Chemical Society, v. 124, n. 44, p. 13322-13328, 2002.

9. LIZ-MARZÁN, Luis M. Nanometals: formation and color. Materials today, v. 7, n. 2, p. 26-31, 2004.

10. AHMAD, T. et al. Biosynthesis, structural characterization and antimicrobial activity of gold and silver nanoparticles. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, v. 107, p. 227–234, 2013.

11. RAI, Mahendra. Nanobiotecnologia verde: biossínteses de nanopartículas metálicas e suas aplicações como nanoantimicrobianos. Ciência e Cultura, v. 65, n. 3, p. 44-48, 2013.

12. IRAVANI, Siavash. Green synthesis of metal nanoparticles using plants. Green Chemistry, v. 13, n. 10, p. 2638-2650, 2011.

13. MITTAL, Amit Kumar; CHISTI, Yusuf; BANERJEE, Uttam Chand. Synthesis of metallic nanoparticles using plant extracts. Biotechnology advances, v. 31, n. 2, p. 346-356, 2013.

14. AKHTAR, M. S.; PANWAR, J.; YUN, Y.-S. Biogenic synthesis of metallic nanoparticles by plant extracts. ACS Sustainable Chemistry & Engineering, v. 1, n. 6, p. 591-602, 2013.

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