sintesis y caracterización de nanoparticulas oro y plata

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See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://www.researchgate.net/publication/271216157 Síntesis y caracterización de nanopartículas de oro, plata y fierro por el método de fisicoquímica verde. Conference Paper · March 2013 READS 1,453 5 authors, including: Ernesto Torres-Lopez Autonomous University of Nuevo León 32 PUBLICATIONS 105 CITATIONS SEE PROFILE Nora Elizondo Autonomous University of Nuevo León 27 PUBLICATIONS 282 CITATIONS SEE PROFILE All in-text references underlined in blue are linked to publications on ResearchGate, letting you access and read them immediately. Available from: Ernesto Torres-Lopez Retrieved on: 17 May 2016

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Síntesis y caracterización de nanopartículas deoro, plata y fierro por el método de fisicoquímicaverde.

Conference Paper · March 2013

READS

1,453

5 authors, including:

Ernesto Torres-Lopez

Autonomous University of Nuevo León

32 PUBLICATIONS  105 CITATIONS 

SEE PROFILE

Nora Elizondo

Autonomous University of Nuevo León

27 PUBLICATIONS  282 CITATIONS 

SEE PROFILE

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Available from: Ernesto Torres-Lopez

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Síntesis y caracterización de nanopartículas de oro, plata y fierro por el método de

fisicoquímica verde

S. Belmares-Perales1, E. Torres-López

2, J. L. Coparán-Elizondo

1, J. Arriaga-Garza

1, N. Elizondo-Villarreal

1

FCFM-UANLFacultad de Ciencias Físico Matemáticas

Universidad Autónoma de Nuevo León

San Nicolás de los Garza, Nuevo León, México2Departamento de Inmunología, de la Facultad de Medicina, UANL

Resumen:  Las nanopartículas de oro (Au), plata

(Ag) y fierro (Fe) tienen una diversidad de

 propiedades interesantes, que dependen de su

morfología y tamaño, entre las cuales se acentúan

las eléctricas, catalíticas y ópticas. En este trabajo,

hicimos uso de compuestos químicos de plantas

como  Rosa Berberifolia, Geranio Maculatum,  Áloe

 Barbadensis, Cucurbita Digitata y OriganumVulgare, las cuales  se muestran en la figura 1 y se

utilizan para obtener el ácido ascórbico como agente

reductor y saponinas con propiedades tensoactivas

y surfactantes. Este método es una técnica ecológica

que permite sintetizar las nanopartículas metálicas

de manera controlada y reducir la temperatura del

 proceso. El método de fisicoquímica verde es una

técnica ecológica de síntesis. Por este método

sintetizamos nanopartículas metálicas con tamaños

controlados y a bajas temperaturas. Estudios de

TEM, muestran que los extractos de plantas

favorecen la formación y estabilización de

nanopartículas cuasi-esféricas de plata y fierro a unatemperatura de 60  oC.  Se observa también que los

 parámetros que controlan el tamaño y la forma de la

nanopartículas de oro, son la concentración de iones

de oro en la solución precursora y el tiempo de

reducción.

Palabras claves: nanopartículas, síntesis,

caracterización, oro, plata y fierro

Introducción

El estudio de las nanopartículas es una de las

 piedras angulares de la nanotecnología y se enfoca

en tratar de tener una comprensión más completa de

sus estructuras. Las nanopartículas son de graninterés por su enorme diversidad de aplicaciones que

hay actualmente como en optoelectrónica y

medicina. Los nanopartículas metálicas son

interesantes debido al cambio observado en sus

 propiedades fisicoquímicas a escala nanométrica en

el tamaño, la forma, la composición química y los

métodos de síntesis utilizados. Las nanopartículas de

oro presentan propiedades físicas y químicas a

escala nanométrica muy especiales para aplicaciones

como en medicina para el tratamiento de cáncer,

como agentes antivirales y antibacteriales y lo que

las hace interesantes precisamente son sus tamaños

y sus formas [1-3].

Por esto muchos métodos de preparación

coloidal de nanopartículas se han desarrollado para

obtener partículas metálicas a escala nanométrica,

como la reducción directa en solución acuosa [3], o

las reacciones de transferencia de fase [4], como

agentes reductores con citrato de sodio, hidracina,

 NaBH4, trietilborohidruro (LiBEt3H), y cada uno de

ellos se utiliza para preparar nanopartículas con

 propiedades fisicoquímicas, formas, tamaños y

características estructurales muy variadas [5].

Además, el método poliol ha sido considerado uno

de los mejores métodos de reducción directa porque

se pueden preparar por este método nanopartículas

muy pequeñas con un control de la composición y

de tamaños de partícula de manera precisa. Esta

técnica no requiere un agente reductor especial

 porque el mismo solvente, el etilenglicol realiza esafunción directamente. Por otro lado uno de los

 parámetros de proceso importantes es la temperatura

y en el caso del método poliol es muy sensible a

ésta, porque se ha encontrado que se pueden

desestabilizar las nanopartículas y el agente que

modifica la superficie de las mismas el polímero

 polivinilpirrolidona (PVP) por la temperatura, la

cinética de nucleación y crecimiento de las

nanopartículas también se ve alterada por este efecto

[6-11].

En este trabajo, hicimos uso de compuestos

 bioquímicos de plantas como  Rosa Berberifolia,

Geranio Maculatum,  Áloe Barbadensis, Cucurbita Digitata y Origanum Vulgare para obtener el ácido

ascórbico como agente reductor y saponinas con

 propiedades tensoactivas y surfactantes. Este

método es una técnica ecológica que permite

sintetizar las nanopartículas metálicas de manera

controlada y reducir la temperatura del proceso. El

método de fisicoquímica verde es un método no

convencional y amigable que nos puede brindar la

 posibilidad de preparar nanopartículas de oro, plata

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y fierro en solución acuosa a temperatura bajas en

comparación con los métodos tradicionales, usando

extractos de plantas que actúan como agentes

reductores como el ácido ascórbico, el cual es muy

abundante en las plantas y estabilizadores naturales.

Con este método queremos explorar la posibilidad de tener un control del tamaño y la

forma de las nanoparticulas de oro, plata y fierro,

además de reducir las temperaturas de reacción [13].

(a)  (b) 

(c)  (d) 

(e)

Figura 1. 

(a) Rosa Berberifori a , (b) Geranium Maculatum ,(c) Al oe Barbadensis , (d) Cucúrbita Digi tata y (e) OriganumVulgare .

La aplicación de esta tecnología es

económicamente viable, y abre las puertas a una

nueva era de fabricación responsable con el medio

ambiente de partículas a escala nanométrica. 

Método experimental

Método de f isicoquími ca verde de preparación de

nanopar tículas de oro

Se utilizaron los siguientes precursores

metálicos: ácido tetracloroáurico(III) (HAuCl4),

nitrato de plata (I) (AgNO3) y cloruro de fierro

(II)(FeCl2) con una pureza de 99.99 % cada uno.

Se utilizó agua de-ionizada. Se le quitaron las

 partes verdes externas a las plantas de y se

extrajeron 20 gramos de la sabia, la cual se licuó y

se filtró en dos ocasiones.

Las preparaciones de las nanopartículas

monometálicas de oro, plata y fierro fueron

realizadas por el método de reducción química de la

reacciones del esquema 1:

Esquema 1.  Esquema del mecanismo de reacción de

reducción de los iones del oro, la plata y el fierro con el ácido

ascórbico para obtener las nanopartículas de Ag0, Au0 y Fe0. 

Se utilizó un sistema el cual consiste de una

 parrilla de calentamiento, un matraz de bola como

reactor, aceite mineral para el calentamiento del

reactor, medio de medición de temperatura de

reacción y refrigerante en la parte central. Se

realizaron experimentos en el sistema de reflujo con

agitación de temperatura ambiente (30 ºC) hasta

100ºC en intervalos de calentamiento de 10ºC, para

observar el efecto de la temperatura en la morfología

y tamaño de las nanopartículas de oro, plata y fierro.

Al momento de agregar los precursores

metálicos las soluciones cambiaron de color de

amarillo claro a rosa, rojizo, azul-violeta y café-

oscuro en función de la temperatura y del tiempo de

reacción. La duración de las reacciones varió en un

rango de 30 minutos a 24 horas.

Cabe mencionar que las dispersiones así

obtenidas son homogéneas y estables por meses.

Espectroscopia de ul travioleta-visible (UV-Vi s)

El efecto físico de la absorción de la luz en

nanopartículas metálicas se muestra en la figura 2 y

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es conocido como resonancia de plasmones de

superficie (RPS). Esta característica óptica, es de

hecho un efecto de tamaño, porque está ausente

tanto en los átomos individuales como en los

materiales en bulto.

Oscilación colectiva de e  –  

Figura 2. Ilustración esquemática de la resonancia de

plasmones de superficie. 

Di fracción de rayos X por el método de polvos

Los rayos X son la radiación electromagnética,invisible, capaz de atravesar cuerpos opacos. Su

longitud de onda se encuentra entre los 10 a 10.1

nanómetros (nm), correspondiendo a frecuencias del

rango de 30-30 PHz. Los rayos X surgen de

fenómenos extra nucleares, a nivel de la órbita

electrónica, principalmente producidos por

desaceleraciones de electrones. La energía de los

rayos X es del orden de 12.3KeV (kilo

electronvoltio).

La cristalografía de rayos X es una técnica que

utiliza un haz de rayos X que atraviesa un cristal. Al

entrar en contacto con el cristal, el haz se divide en

varias direcciones debido a la simetría y agrupación

de los átomos y, por difracción, da lugar a un patrón

de intensidades que puede interpretarse según la

ubicación de los átomos de los cristales, aplicando la

ley de Bragg.

En el método de polvos la muestra se pulveriza

tan finamente como sea posible y se asocia con un

material amorfo, en forma de eje acicular de 0.2 a

0.3 mm de diámetro. Esta aguja o muestra de polvo

está formada idealmente por partículas cristalinas en

cualquier orientación; para asegurar que la

orientación de estas pequeñas partículas sea

totalmente al azar con respecto del haz incidente, lamuestra generalmente se hace girar en el haz de

rayos X durante la exposición. La cámara de polvo

es una caja plana en forma de disco 

con una aguja 

ajustable en el centro de la misma para montar la

muestra. La pared cilíndrica está cortada

diametralmente por un colimador y un obturador del

rayo opuesto a aquel. Se sitúa la película dentro de

la cámara, con dos agujeros perforados, de modo

que el tubo del colimador y del obturador pasan a

través de ellos una vez que la película se adapta

adecuadamente a la superficie interna de la cámara

(ver figura 3) [14]. 

Figura 3. Esquema del montaje del método de polvos.

Micr oscopía electrónica de transmisión (TEM ) yde alta resolución (HRTEM )

En este trabajo se utilizó un microscopio JEOL-JEM

200 para las observaciones por TEM y microscopios

FEI TECNAI y TITAN para las observaciones por

HRTEM. Las muestras para TEM, se prepararon

dejando evaporar una gota de la suspensión coloidal

de nanopartículas de oro, sobre rejillas de Cu

recubiertas con carbono y Lacey carbono. La

caracterización por TEM fue llevada a cabo con un

Microscopio Electrónico de Transmisión JEOL

operado a un voltaje de aceleración de 200 kV 

Resultados y Discusión

Síntesis y caracter ización de nanopar tículasmetáli cas de oro, plata y fi erro  

Las soluciones acuosas presentan una

coloración característica, la cual refiere a la

formación de nanopartículas de oro, plata y fierro.

Esta coloración se presenta pocos minutos después

de haber agregado los extractos de plantas.

Se pudieron obtener nanopartículas

directamente por reducción de los iones Au(III),

Ag(I) y Fe(II) con ácido ascórbico como agente

reductor de acuerdo a las reacciones de oxidación

reducción del esquema 1 y como se muestran en la

figura 4.

Las nanopartículas de oro, plata y fierro se

caracterizaron por medio de Espectroscopia UV-

Vis; con esta técnica se puede observar el plasmón

de resonancia superficial que se presenta alrededor

de los 540 nm, por ejemplo. Asimismo, se puede

observar el efecto que ejerce el tiempo de reacción

en la síntesis de las nanopartículas de oro, ya que la

intensidad de la absorción a 540 nm en los espectros

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de UV-Vis aumenta en función del tiempo, hasta

alcanzar un valor estable después de

aproximadamente 1 hora y media de reacción como

se muestra en la figura 5.

(a)  (b)

(c)

Figura 4. Imágenes de microscopía electrónica de transmisión

de nanopartículas de oro(a), plata(b) y fierro(c)  con

Geranium Maculatum y fierro con Origanum Vulgaresintetizadas por el método de fisicoquimica verde a una 1

hora y 60°C . 

Se sintetizaron partículas bimetálicas de oro y

 plata (ver espectros de UV-Vis en figura 5) en los

extractos de las plantas mencionadas, encontrándose

 por espectroscopia fotoelectrónica de rayos X (XPS)

que la pata “shell” cubre al oro “core” en todos los

casos.

Figura 5. Espectros UV Visible de nanopartículasmonometálicas y bimetálicas de Au y Ag.

En la figura 6 se muestran los difractogramas de las

nanopartículas de plata y oro sintetizadas utilizando

extracto de Origanum Vulgare a una hora y 60°C.

(a)  (b)Figure 13. Difractogramas de rayos X de nanopartículas de

plata (a), oro (b) sintetizadas con extractos de OriganumVulgare a una hora y 60°C .

Conclusiones 

La síntesis por el método de fisicoquímica

verde de reducción directa de las nanopartículas de

oro (Au), de plata (Ag) y de  fierro (Fe) se logró en

un solo paso usando los surfactantes naturales de

 plantas biodegradables, sin ningún reductor especial

ni agentes encapsulantes.

Se sintetizaron nanopartículas bimetálicas Au-

Ag con diferentes formas y tamaños.

Este método verde utiliza el agua como solvente

y agentes reductores de la planta.

Dependiendo de las concentraciones utilizadas

 para la síntesis y la temperatura de reacción, el Au,

Ag y Fe cristalizan en diversas formas y tamaños

 para formar nanopartículas cuasiesféricas en el caso

de Ag y Fe y de prismas en el caso del Au.

Este método es una excelente ruta de síntesis denanopartículas de oro, plata y fierro dando buenos

resultados en cantidad y calidad, porque permite

regular la forma y el tamaño de las mismas y poder

utilizar las nanopartículas para hacer aplicaciones

como biosensores plasmónicos, agentes

antibacteriales y antivirales en estudios que se

están llevando a cabo actualmente por nuestro grupo

de trabajo.

Referencias 

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[14]. Métodos de difracción de Rayos X,

http://www.rpsqualitas.es/documentacion/dowloads/instrum

ental/tecnicas_de_difraccion_de_rayos_x.pdf, 2002.

Sergio Belmares Perales 

Estudió la licenciatura en Física en la Facultad de

Ciencias Físico-Matemáticas – UANL, 1999; la

maestría en ciencias con especialidad en ingeniería

metalúrgica y el doctorado en ingeniería metalúrgica

 por el CINVESTAV IPN Unidad Saltillo. Pertenece

al Sistema Nacional de Investigadores. Es Profesor

Investigador del Centro de Investigación enCiencias Físico Matemáticas (CICFIM) de FCFM – 

UANL.

Dirección: Email: [email protected]

Ernesto Torres-López

Profesor Investigador del Departamento de

Inmunología de la Facultad de Medicina, Doctorado

en Ciencias con especialidad en Inmunología de la

Facultad de Medicina, Posdoctorado Harvard

Medical School, Boston MA. EUA. Diplomado en

Innovación y Comercialización en Biotecnología,

UANL. Líneas de Investigación: inmunología,

virología, inmunoterapia y biotecnología. Desarrollo

y evaluación de vacunas contra infecciones virales.

Análisis biodirigido para moléculas con actividad

antiviral.

Dirección: Email: [email protected]

José Luis Comparán Elizondo

Es Doctor en Ciencias Pedagógicas por la

Universidad de Camagüey, Cuba, Maestro en

Ciencias por la Universidad de Toronto Canadá y

Jefe de Posgrado de la Facultad de Ciencias Físico

Matemáticas(FCFM) de la Universidad Autónoma

de Nuevo León(UANL).

Jesús Arriaga Garza

Es estudiante del último año del Doctorado enIngeniería Física Industria(DIFI) del Centro de

Investigación en Ciencias Físico

Matemáticas(CICFIM) de la Facultad de Ciencias

Físico Matemáticas(FCFM) de la Universidad

Autónoma de Nuevo León(UANL) y egresado de la

licenciatura en Fisica de la misma.

Dirección: Email:[email protected]

Nora Elizondo Villarreal

Estudió la licenciatura en Ingeniería Química en la

Facultad de Ciencias Químicas – UANL, 1984. Es

egresada del Doctorado en Fisicoquímica por la

Universidad Lomonosov en Moscú, Rusia, 1990.Fue cofundadora del Doctorado en Ingeniería Física

Industria (DIFI) de FCFM – UANL en Agosto de

2000. Pertenece al Sistema Nacional de

Investigadores. Fellow of Nanotechnology Society

and Chemical Society. Ha sido Profesora Visitante

en Nanotecnología de 2007 a 2009 en la

Universidad del Norte de Texas. Es profesora

investigadora del Doctorado en Ingeniería Física

Industria (DIFI) del Centro de Investigación en

Ciencias Físico Matemáticas (CICFIM), de FCFM – 

UANL. Pertenece a la Academia Mexicana de

Ciencias (AMC) Región Noreste.

Dirección: Email: [email protected]