Introducción

Las nanopartículas de plata (NPs Ag) han sido estudiadas ampliamente debido a sus propiedades ópticas, magnéticas, eléctricas y catalíticas únicas, con aplicaciones en farmacología, medicina, procesamiento de alimentos y agricultura (^{Luo, Zhang, Zeng, Zeng, & Wang, 2005}; ^{Petica, Gavriliu, Lungu, Buruntea, & Panzaru, 2008}; ^{Sondi & Salopek-Sondi, 2004}). La síntesis de NPs Ag se puede realizar mediante reducción química, electroquímica y fotoquímica, radiación UV, ablación láser, síntesis asistida por ultrasonido y microonda, entre otros (^{Kumar, Smita, Cumbal, & Debut, 2017}; ^{Mahendran & Ranjitha-Kumari, 2016}). Dichos procesos suelen tener un costo elevado e implican el uso de disolventes orgánicos y agentes reductores tóxicos, como el borohidruro de sodio y la N,N-dimetilformamida (^{Raja, Ramesh, & Thivaharan, 2017}).

Por otro lado, la síntesis biológica ha surgido como una opción nueva para obtener materiales a nanoescala, principalmente como resultado de la necesidad creciente de utilizar métodos de síntesis amigables con el ambiente. La biosíntesis implica el uso de microorganismos (bacterias, levaduras, hongos) o extractos vegetales para lograr la reducción de iones metálicos, incluyendo plata, oro y cobre (^{Basavaraja, Balaji, Lagashetty, Rajasab, & Venkataraman, 2008}; ^{Bradley, Schmid, Shevchenko, & Weller, 2004}; ^{He et al., 2007}; ^{Sastry, Ahmad, Khan, & Kumar, 2003}; ^{Vigneshwaran et al., 2007}).

Es de particular interés que los extractos de plantas que actúan como agentes reductores pueden proporcionar una vía rápida para la preparación de nanopartículas. Algunos ejemplos incluyen la síntesis de nanopartículas metálicas que utilizan extractos de cilantro (^{Narayanan & Sakthivel, 2008}), cedrón (^{Cruz et al., 2010}), cáscara de naranja (^{Kaviya, Santhanalakshmi, Viswanathan, Muthumary, & Srinivasan, 2011}) o cáscara de plátano (^{Bankar, Joshi, Kumar, & Zinjarde, 2010}) como agentes reductores o pasivantes.

Crataegus spp. es una planta mexicana conocida como tejocote, que posee propiedades medicinales, además de tener usos industriales y ornamentales (^{Nieto-Ángel, Pérez-Ortega, Núñez-Colín, Martínez-Solís, & González-Andrés, 2009}). El extracto vegetal de Crataegus gracilior contiene un porcentaje alto de pectina, compuesta principalmente de ácido D-galacturónico y, en menor proporción, D-galactosa, L-arabinosa, D-xilosa y L-ramnosa. En la síntesis de NPs Ag, la pectina forma redes poliméricas en las que dichas nanopartículas se embeben, además actúa como agente reductor y protector de iones de plata (^{Krivorotova et al., 2016}; ^{Zahran, Ahmed, & El-Rafie, 2014}; ^{Zainudin, Wong, & Hamdan, 2018}). Sin embargo, hasta donde se sabe, esto no se ha abordado en la literatura. Por ello, el objetivo del presente estudio fue sintetizar NPs Ag con extracto acuoso de corteza de Crataegus gracilior como precursor.

Materiales y métodos

Las NPs Ag se sintetizaron a partir de nitrato de plata (AgNO₃ > 99.8 %, Sigma-Aldrich®, EUA) como precursor, y extractos acuosos de corteza de tejocote como agente reductor y pasivante. Se utilizó agua desionizada (18 MΩ·cm^-1, Easypure II, Thermo Scientific^TM, España) durante los experimentos e hidróxido de sodio (NaOH) para ajustar el pH.

Para la síntesis se colocaron 100 mL de extracto acuoso de corteza de tejocote en un matraz de fondo redondo, donde se ajustó el pH con HCl al 0.1 M e NaOH al 0.1 M. Posteriormente, la solución se calentó a 75 °C bajo agitación constante; cuando alcanzó la temperatura deseada, se agregaron 10 mL de AgNO₃ al 0.1 M. La mezcla continuó en agitación durante 30 min a la misma temperatura. Se realizaron análisis preliminares a concentraciones de sólidos de 1, 5 y 10 % (m/v), y pH₀ de 6, 8 y 10. Las muestras al 10 % de sólidos y pH de 10 presentaron las nanopartículas más pequeñas y estables.

Resultados y discusión

UV-vis. Después de añadir AgNO₃ a la solución del extracto, el color de la solución cambió de incoloro a café, lo que indica la formación NPs Ag. Es posible que la pectina, los taninos hidrolizables, los polifenoles y los flavonoides presentes en el extracto de tejocote hayan actuado como agentes reductores para producir Ag⁰. Los valores de absorbancia máximos de las suspensiones de NPs Ag con extracto de tejocote se obtuvieron a los 500 nm.

La posición y la forma de la banda de absorción del plasmón superficial depende del tamaño y la forma de las partículas: incrementos en tamaño conducen al desplazamiento de la banda de absorción hacia longitudes de onda mayores (^{Slistan-Grijalva et al., 2008}). Con base en las señales espectrales registradas (^{Mitra & Bhaumik, 2007}), las nanopartículas obtenidas con los extractos de tejocote presentaron un tamaño promedio ≤ 30 nm (Figura 1).

Figura 1 Espectro de absorción UV-vis de un sistema coloidal de nanopartículas de plata con extracto acuoso de corteza de tejocote (Crataegus gracilior). 

FTIR. En la Figura 2 se muestran los espectros FTIR de los precursores (AgNO₃ y extracto de tejocote) y de las NPs Ag. El espectro del extracto de tejocote denota bandas de absorción de 1 045 y 1 115 cm^-1 (correspondientes a vibraciones de CO), 3 417 cm^-1 (amida A, estiramiento de NH, y flexión y estiramiento de OH), 1 619 cm^-1 (amida I, estiramiento de C=O), 1 520 cm^-1 (amida II, vibraciones de flexión de NH y estiramiento de CN) y 1 254 cm^-1 (amida III, vibraciones de flexión de NH) (^{Hayashi & Mukamel, 2008}). El espectro de AgNO₃ reveló una banda de absorción intensa a los 1 376 cm^-1, característica del par ion Ag⁺NO₃ ^-.

Figura 2 Espectro FTIR de AgNO₃, extracto de tejocote y nanopartículas de plata; estas últimas interactúan con diferentes grupos funcionales de carbohidratos y proteínas. 

Por otro lado, en el espectro de las NPs Ag, las bandas de absorción correspondientes a los grupos de amidas se desplazaron hacia valores menores de número de onda. Dichos cambios en la posición de las bandas pueden deberse a las interacciones de las proteínas que están, posiblemente, unidas a las NPs Ag a través de los grupos de aminas. Adicionalmente, la intensidad de la banda del par ion Ag⁺NO₃ ^- disminuyó y cambió a un valor de número de onda mayor; este pico, centrado en 1 385 cm^-1 es característico del ion NO₃ ^- en forma libre, y el desplazamiento de la banda de absorción es causado por un cambio en el entorno electrónico del anión, como resultado de la separación de su contraparte Ag⁺ (^{Cho & So, 2006}).

MET. En la Figura 3a se observan las NPs Ag embebidas en una red polimérica a concentraciones de tejocote de 10 %. Las zonas oscuras corresponden a NPs Ag, y las zonas claras a diferentes compuestos presentes en el extracto vegetal. Las NPs Ag presentaron un diámetro promedio de 30 nm, y una morfología esferoidal, aunque la aproximación mostró una forma ovoide. Por su parte, en la Figura 3b se ejemplifica un patrón de difracción de electrones de las NPs Ag. El acercamiento pronunciado evidenció una fase cúbica centrada en las caras (FCC), un grupo espacial de Fm-3m (225) y un parámetro de red a = 4.09 Å.

Figura 3 Imágenes de microscopia electrónica de transmisión de nanopartículas de plata (NPs Ag): a) NPs Ag embebidas en una red polimérica (10 kV) y b) acercamiento de imagen y patrón de difracción de electrones de NPs Ag (120 kV). Las líneas de contorno de extinción mostradas en la sección superior de la partícula confirmaron un grosor variable.  

XRD. Los resultados obtenidos en el MET y los cálculos con la ecuación de Scherrer, se explicaron de mejor manera mediante un tamaño promedio de 26 nm. La Figura 4 muestra el patrón de difracción de rayos X obtenido de las NPs Ag, en donde se pueden observar cinco reflexiones de Bragg en ángulo 2θ centradas en 38.0°, 44.0°, 64.4°, 77.32° y 81.34°, correspondientes a los planos (111), (200), (220), (311) y (222), respectivamente, de la FCC de la Ag con el grupo espacial Fm-3m (225), de acuerdo con el análisis de difracción PDF-04-0783. El difractograma indica la presencia de cristales de tamaño nanométrico sin dirección preferencial para el crecimiento.

Figura 4 Difractograma de nanopartículas de plata embebidas en una red polimérica. 

Distribución del tamaño de las nanopartículas y potencial zeta. De acuerdo con el análisis de DLD, las partículas obtenidas son una mezcla polidispersa con diámetro hidrodinámico medio de 108 nm e índice de polidispersidad de 0.24. Por otro lado, la solución coloidal de NPs Ag tuvo un valor de potencial zeta de -21.9 ± 5.11 mV, lo cual indica buena estabilidad de las NPs. Dicha estabilidad depende principalmente de la carga superficial; por lo que, las partículas con carga superficial similar se repelen entre sí debido a las fuerzas de repulsión electrostática (^{Khan, Mukherjee, & Chandrasekaran, 2011}). De acuerdo con ^{Sun et al. (2014)}, una suspensión con un valor absoluto de potencial zeta inferior a 20 mV se considera inestable, por tanto, sus partículas constituyentes tenderán a precipitarse; mientras que un valor de potencial zeta superior a 20 mV es indicativo de una solución estable.

Conclusiones

La biosíntesis de NPs Ag se realizó con AgNO₃ y extractos acuosos de corteza de tejocote (Crataegus gracilior) como precursores, con lo cual se logró una síntesis eficiente, de bajo costo y amigable con el ambiente. Los resultados de FTIR confirmaron la estabilización de las NPs Ag mediante su interacción con los componentes orgánicos del extracto, principalmente carbohidratos y proteínas. La MET mostró que las NPs Ag fueron mayormente esferoidales, con tamaño promedio de 30 nm. Adicionalmente, los patrones de difracción de electrones confirmaron una estructura de FCC.