¿Es posible garantizar el uso seguro de las nanopartículas?

 En las últimas dos décadas, la exposición de los seres vivos a diversos nanomateriales (NMs) ha incrementado debido a su comercialización y a sus aplicaciones industriales.  Sin embargo, la seguridad del uso de muchas nanopartículas (NPs) que hoy se encuentran en productos comerciales o en formulaciones médicas no ha sido determinada en estudios de exposición crónica. 

 

Una revisión bibliográfica hecha por investigadores de Estados Unidos, evidencia que el número de estudios relacionados con la síntesis de nanopartículas (NPs) ha sido mucho mayor que aquellos sobre la comprensión de sus efectos tóxicos, sus riesgos y su bioseguridad. 

 

La toxicidad de los nanomateriales (NMs) depende de varios factores, entre los que destacan la ruta de administración y su exposición intencional o incidental. Las propiedades fisicoquímicas de los NMs pueden determinar su toxicidad, así como su capacidad de ser incorporados a las células y provocar respuestas de toxicidad aguda o crónica. Los principales mecanismos de toxicidad de los NMs en la interfase nano-bio están asociados al estrés oxidativo, daño al material genético, disfunción de la mitocondria, el núcleo y la membrana plasmática.

 

Para determinar el riesgo de las NPs, los autores proponen establecer si éstas se pueden degradar por efecto del metabolismo celular y entonces evaluar la toxicidad de los productos. Si las NPs son persistentes, las propiedades farmacocinéticas como la biodistribución y excreción determinarán su grado de toxicidad. El riesgo que se ha detectado con ciertas NPs ha ocasionado que casi el 20% de las que se utilizan en aplicaciones biomédicas sean descartadas en las fases pre-clínicas por las distintas agencias de regulación en fármacos y alimentos de Estados Unidos y Europa. 

 

Una de las aplicaciones de las NPs es en la oncología. Aquéllas NPs que han avanzado más en las fases clínicas son fabricadas a base de lípidos como las nanomicelas o polímeros como el polietilenglicol (PEG). Sin embargo, los efectos inmunológicos de estos últimos no son claros y aún faltan evidencias sobre su uso prolongado. 

 

La mayor controversia en este campo radica en que todavía no existen protocolos internacionales estandarizados para todas las agencias de regulación que garanticen la bioseguridad de los NMs. 

 

La revisión fue publicada en International Journal of Molecular Science

 

Más información en National Library of Medicine

Transporte de carga en sólidos de puntos cuánticos nanocristalinos

 Los puntos cuánticos (QD, del inglés quantum dot) coloidales son cristales semiconductores nanométricos que pueden ser sintetizados mediante reacciones químicas de bajo costo. Los QDs poseen propiedades ópticas y electrónicas atractivas para dispositivos basados en películas delgadas, que pueden ser ajustadas variando el tamaño, la forma, la química de superficie y la composición química de los QDs. El ensamblado de nanocristales-QD posee potencial para dispositivos electrónicos y optoelectrónicos, tales como los transistores, diodos emisores de luz, celdas solares, fotodetectores, termoeléctricos y celdas de memoria de cambio de fase.

 

Sin embargo, a pesar del éxito comercial de los nanocristales-QD como absorbentes y emisores ópticos, las aplicaciones que involucran el transporte de carga en sólidos de nanocristales-QD (sólido conformado por el arreglo o ensamble ordenado de QDs) se han visto eludidas debido a la imposibilidad de controlar de manera predictiva sus propiedades electrónicas.

 

Un grupo de investigación de Zürich, Suiza, ha desarrollado una plataforma teórica, respaldada con evidencia experimental, que promueve la comprensión de la naturaleza del transporte de carga en sólidos de nanocristales-QD. Mediante el uso de cálculos ab initio, empleando la teoría del funcional de la densidad a gran escala, los autores presentan cálculos y simulaciones que permiten entender la generación, transporte y trampas de los portadores de carga en tales sistemas de QDs.

 

Este trabajo aporta modelos predictivos que permiten diseñar sólidos semiconductores de nanocristales con propiedades únicas no alcanzables en bulto; asimismo, brinda los fundamentos y el camino para la ingeniería sistemática de estos semiconductores con oportunidades inexploradas de sintonización que no se pueden lograr en otros sistemas de semiconductores.

 

Los resultados fueron publicados en Nature Communications.

 

Más información en MRS Bulletin

Selectividad de la reacción de reducción del oxígeno en materiales de carbono grafítico dopado con nitrógeno

 La reacción de reducción de oxígeno (ORR, por sus siglas del inglés oxygen reduction reaction) es de suma importancia por sus aplicaciones en energías alternativas, en celdas de combustible y para la producción de peróxido de hidrógeno (H₂O₂), utilizado en aplicaciones de remediación ambiental. Las dos vías de reacción principales involucradas en la ORR son la de cuatro electrones que produce agua (H₂O) o la vía de dos electrones que conduce a la formación de H₂O₂. Sin embargo, algunas aplicaciones requieren que se favorezca una o la otra vía de reacción.

Investigadores del Centro de Nanociencias y Nanotecnología de la UNAM emplearon métodos teóricos y experimentales para descifrar los mecanismos involucrados en la ORR en materiales de carbono grafítico dopado con nitrógeno. Este material es mucho más económico que el platino, uno de los componentes que actualmente se usan en los catalizadores de la ORR.

 

Con la incorporación del nitrógeno al carbono grafítico se distinguen tres sitios activos. Los sitios N-grafíticos donde el N sustituye al C en la red cristalina, los sitios N-piridínicos de tipo 1N, 2N o 3N atendiendo al número de átomos de N que sustituyen al C en la vecindad de defectos (vacancias de C), y los pirrólicos N donde un N sustituye al C conformando un anillo de 5 miembros. En este trabajo se demuestra que los sitios N-grafíticos y los 3N-piridínicos favorecen la vía de dos electrones, mientras los sitios 1N- y 2N-piridínicos conducen a la vía de los cuatro electrones.

 

Los cálculos muestran la importancia de los enlaces no saturados y/o anillos de carbono pentagonales en la selectividad hacia la vía de cuatro electrones.

 

La comprensión del mecanismo de la ORR es importante para el diseño y desarrollo de nuevos electrocatalizadores ORR que favorezcan la vía requerida de acuerdo con la aplicación.

 

Los resultados de esta investigación se publicaron en Advanced Energy Materials.