Síntesis de nanopartículas de plata estabilizadas con glucomanano de Konjac biocompatibles, con extracto fenólico de Asystasia gangetica para la detección colorimétrica del ion mercurio (II)

Aug 16, 2023

Scientific Reports volumen 12, número de artículo: 9176 (2022) Citar este artículo

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En este documento, se informa la síntesis de nanopartículas de plata biocompatibles (AgNP), para la detección colorimétrica del ion tóxico mercurio (II) (Hg2+). Se extrajo una fracción rica en fenólicos de la hoja de Asystasia gangetica y se usó como reductor de sal de plata, todo dentro de la solución hidrófila de konjac glucomanano (KgM) como estabilizador, a temperatura ambiente (RT). Los componentes bioactivos del extracto fenólico de Asystasia gangetica (AGPE), dilucidados con (UHPLC-MS-QTOF-MS), revelaron una gran cantidad de compuestos fenólicos que pueden facilitar la reducción de la sal de plata en condiciones ambientales. Se obtuvo una solución coloidal amarilla brillante de KgM-AgNP en 1 h, a temperatura ambiente, con un máximo de UV-vis a 420 nm. Las KgM-AgNP se caracterizaron mediante UV-vis, Raman y (FTIR), TEM, SEM, EDS, XRD, TGA/DTG. Las imágenes TEM y FESEM mostraron que las KgM-AgNP eran esféricas, con una distribución del tamaño de partículas de alrededor de 10 a 15 nm desde TEM. La biocompatibilidad KgM-AgNPs se investigó en fibrobroblastos L929 de ratón y eritrocitos de rata, sin ningún daño dañino en las células analizadas. En un ambiente acuoso, las KgM-AgNP demostraron una buena capacidad de detección de Hg2+, de manera dependiente de la concentración de Hg2+, en 3 minutos. Las relaciones de absorbancia (A360/A408) fueron lineales con concentraciones de Hg2+ de 0,010–10,0 a 10,0–60,0 µM, con un (LOD) estimado de 3,25 nM. La sonda se aplicó en una muestra de agua de lago, con una precisión satisfactoria.

Una de las principales revoluciones de la química de las últimas décadas ha sido la aplicación de nanopartículas metálicas (MNP) en diversas aplicaciones analíticas. Como nanomaterial notable, con tamaños en el rango de los nanómetros (nm), poseen propiedades incomparables en comparación con los fluoróforos comunes disponibles. Estas propiedades incluyen el fenómeno de resonancia de plasmón superficial localizado (LSPR), altos coeficientes de extinción, capacidad catalítica, visualización de color única y morfologías de superficie sintonizables con materiales de reconocimiento comunes1. Todas las propiedades mencionadas están fuertemente correlacionadas con el tamaño de las partículas, la forma, la carga, el dieléctrico del medio en el que están incrustadas, la temperatura, sus recubrimientos superficiales, entre otras2,3. En vista de lo anterior, la aplicación de MNP, particularmente de plata, oro y cobre, ha atraído constantemente la atención de la comunidad científica. Por ejemplo, la funcionalización/modificación de la superficie y los estabilizadores de las nanopartículas de plata desempeñan funciones fundamentales a la hora de determinar la sensibilidad de detección y la selectividad para una amplia gama de analitos4,5,6. Este paso también juega un papel importante en la modulación de la biocompatibilidad de las nanopartículas7,8. También es una práctica común ajustar las superficies de las nanopartículas con ligandos que tienen afinidad específica con el analito de interés. Como tal, la inyección del analito sensor podría inducir cambios significativos en las propiedades ópticas de las nanopartículas modificadas.

La contaminación de las principales matrices ambientales (aire, agua y suelo) es un desafío insuperable para el ecosistema en vista de la enorme cantidad de desechos generados por las actividades humanas. Lamentablemente, algunos de esos desechos con perfiles tóxicos no se gestionan adecuadamente para salvaguardar el medio ambiente. La contaminación por metales pesados ​​es una de ellas, y sigue siéndolo, en parte debido a la explotación de este recurso de alto nivel a escala industrial en un intento por satisfacer las necesidades fundamentales. Desde la perspectiva de la seguridad ambiental, los metales pesados ​​(HM) se definen como metales con capacidad inherente para inducir daños ecofisiológicos derivados de su alta toxicidad9. En este sentido, los metales como el mercurio (Hg), el plomo (Pb), la plata (Ag), el cadmio (Cd) y el cromo (Cr) son los más implicados. Entre estos HM, se dedica especial interés al Hg- debido a su no biodegradabilidad y sus potenciales bioacumulativos adversos. De hecho, el ciclo de contaminación por Hg es preocupante. Por ejemplo, la contaminación por Hg de los cuerpos de agua puede provocar una hiperacumulación del metal en peces y otros animales acuáticos que, cuando son consumidos por humanos, podrían provocar consecuencias nocivas para la salud. El popular desastre de Minamata en la prefectura de Kumamoto, Japón, donde la contaminación del agua con metilmercurio (CH3Hg), procedente de las aguas residuales de una empresa química vecina, provocó la muerte de mascotas y graves problemas de salud en humanos10. Lo anterior ilustró la importancia del monitoreo de Hg en el medio ambiente para el bienestar general de los humanos y otros animales.

La contaminación por Hg adopta dos formas principales; orgánicos e inorgánicos. La forma orgánica incluye: Hg2+, Hg+ y Hg0, mientras que el alquilmercurio, siendo CH3Hg una forma prominente, representa la forma inorgánica de Hg11. Dentro de la lista, CH3Hg y Hg2+ son los más tóxicos12, debido a su efecto sobre órganos humanos como: riñón, hígado, cerebro y todo el sistema nervioso central (SNC), derivado de su alta capacidad de unión a tioles y enzimas, obstruyendo así las funciones óptimas de las enzimas13. Es pertinente enfatizar que el Hg2+ es la forma más abundante de Hg en el agua14, como resultado, la concentración máxima permitida de Hg2+ en el agua potable está fijada en 10 nM por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (USEPA), mientras que las autoridades sanitarias mundiales organización (OMS), estableció el mismo límite que 30 nM. Estos bajos límites regulatorios requieren un diseño cuidadoso de métodos analíticos con altas sensibilidades que se aplicarán para la cuantificación y el monitoreo de Hg2+ en muestras reales. Las estrategias de detección reportadas para Hg2+ incluyen espectroscopia de absorción atómica (AAS)15, espectroscopia de emisión atómica de plasma acoplado inductivamente (ICP-AES)16, detección colorimétrica utilizando nanopartículas de oro y plata17,18,19,20, ensayos basados ​​en fluorescencia21,22 y análisis electroquímicos. sensores que utilizan electrodos modificados23,24. Todos estos métodos se han utilizado con éxito para la detección confiable de Hg2+ en diferentes matrices; sin embargo, se pueden detectar algunos desafíos inherentes. Los métodos que utilizan equipos analíticos, como los métodos AAS e ICP, requieren preparaciones de muestras rigurosas y, por lo tanto, pueden plantear dificultades para aplicaciones que implican actividades in situ. Además, el límite de detección informado en algunos de los trabajos es alto, por lo que los investigadores investigan periódicamente nuevos métodos que combinen simplicidad, sensibilidad y respeto al medio ambiente.

Los biopolímeros son macromoléculas naturales cuyas fuentes se remontan a plantas, animales o microorganismos25. De hecho, existe una enorme colección de materiales en esta categoría, con ejemplos como: alginato, carboximetilcelulosa, quitosano, fucoidano, carragenano, pululano, glucomanano de konjac, etc., todos bien explotados para diversas aplicaciones. El glucomanano de Konjac (KgM), derivado generalmente del tubérculo de (Amorphophallus konjac), es uno de los biopolímeros disponibles más comunes, que se ha popularizado por su perfecta dispersidad acuosa y su propiedad de formación de gel/película26. Desde su perspectiva estructural, los KgM están formados por 1,4-β-D-manosa y una unidad de β-D-glucosa, en una proporción de 1,6 a 1, además de algunos grupos acetilo27. Estas propiedades dotarían a la solución acuosa de KgM de características apropiadas para estabilizar las nanopartículas de plata coloidal, al tiempo que contribuirían a sus propiedades biocompatibles.

Asytasia gengetica o Violeta China, es una maleza común, de la familia Acanthaceae, predominante en los continentes tropicales africanos y asiáticos28. Es una planta de rápido crecimiento, incluso en suelos poco fértiles y en sombra. De hecho, se la considera una maleza notoria que compite con los cultivos por los nutrientes del suelo (nitrógeno y fósforo), reduciendo así la productividad. En Australia, A. gangetica está en la lista de malezas de Alerta Ambiental29, debido a su capacidad de crecer y propagarse, incluso en condiciones desfavorables. Lamentablemente, sólo unos pocos trabajos de investigación se han dedicado a dilucidar los metabolitos activos presentes en esta planta.

La síntesis y aplicaciones de nanopartículas de plata (AgNP) han ocupado una posición envidiable entre los diversos nanomateriales disponibles. Esto puede deberse a la capacidad de las AgNP para usarse como agente antibacteriano (dependiendo del material utilizado para su síntesis)30,31,32, y a su propiedad de resonancia de plasmón superficial localizada (LSPR), que puede ajustarse para la detección. /detección de diversos analitos33,34,35. La capacidad de las AgNP para desempeñar las funciones antes mencionadas depende en gran medida de los materiales precursores utilizados para su fabricación, las condiciones de síntesis, las condiciones de almacenamiento, etc. Hoy en día, dos estrategias de síntesis comunes son bastante populares, a saber: síntesis química y biológica/verde. El uso de agentes químicos reductores está siendo criticado desde el prisma de la seguridad medioambiental, mientras que la síntesis verde sigue siendo la piedra angular de la nanofabricación en el siglo actual.

En esta contribución, hemos conceptualizado el uso de extracto fenólico de una notoria maleza de jardín, A. gangetica, para la reducción de sal de plata dentro de la matriz de biopolímero KgM, para generar KgM-AgNP biocompatibles, en condiciones ambientales. En resumen, AGPE sirvió como reductor de sal de plata, mientras que KgM se aplicó como especie directora de forma/estabilizador de las AgNP realizadas. La síntesis se llevó a cabo a temperatura ambiente, sin el uso de reductores químicos nocivos, la primera aplicación de KgM para la síntesis de AgNP a temperatura ambiente/condiciones ambientales. Las KgM-AgNP fabricadas se aplicaron como sonda colorimétrica para la detección de Hg2+ tóxico con rendimientos analíticos satisfactorios.

El glucomanano de Konjac (KgM), con una pureza del 95,8 %, era de TCS-Mart, Tailandia. (0,25% p/v KgM, 23,0 \(^\circ \)C tenía una viscosidad de 218,0 cP, Mwt era de 250 kDa). AgNO3 (grado analítico), Cr (NO3)3, HgCl2 fueron de Sigma Aldrich, otras sales metálicas incluyen KNO3, NaNO3, ZnSO4.7H20, Ca (NO3)2.4H2O, CoCl2.6H2O, CdCl2.2.5H2O, CuSO4.5H2O y Al (NO3)2.9H2O de APS Ajax Finechem, MnCl2.4H2O de QReC, Pb (NO3)2 de Spectrum Chemical, Fe2SO4.7H2O de Merck, mientras que FeCl3.6H2O, MgCl2.6H2O y NiCl2.8H2O fueron de LOBA CHEMIE. Los productos químicos enumerados se utilizaron para los estudios de selectividad e interferencia. Todos los reactivos se prepararon utilizando agua milli-Q del sistema purificador de agua Millipore.

Se recogió parte aérea fresca de A. gangetica en el campus y se procesó rápidamente como se describió anteriormente36. En resumen, la muestra de planta se secó en un horno a 50 °C hasta un peso constante. Luego, el material vegetal se pulverizó utilizando un molinillo eléctrico hasta obtener un polvo fino. Posteriormente se extrajo el polvo de A. gangetica con etanol al 70 % en una proporción de sólido a disolvente de 1:10 durante 2 h utilizando un agitador superior a temperatura ambiente. La mezcla se filtró usando papel de filtro Whatman No.4. Se repitió la extracción sobre el orujo y se combinó el filtrado. El filtrado combinado se filtró adicionalmente por gravedad usando papel de filtro Whatman No.1 y se concentró usando un evaporador rotatorio. Luego se repartió el filtrado mediante fraccionamiento en frío para recoger la fracción hidrófila. Esta fracción se liofilizó para obtener una fracción rica en fenólico de A. gangetica.

El perfil fitoquímico detallado se determinó cualitativamente mediante análisis UPLC-DAD-ESI-QTOF-MS/MS para obtener una descripción general de los bioactivos individuales presentes en el extracto. Brevemente, se pesó cuidadosamente una cantidad apropiada de extracto y se solubilizó en metanol al 70%. Esta solución se mezcló mediante agitación vorticial durante 5 min. Posteriormente, la solución se centrifugó a 7168 xg durante 5 min. Se recogió el sobrenadante y se filtró con jeringa a través de una membrana de nailon (0,2 µm). Luego, la solución transparente se sometió inmediatamente a análisis LC-MS37.

El contenido fenólico total de A. gangetica se determinó como se detalla en trabajos anteriores38. Brevemente, se agregaron 100 µL de solución acuosa de extracto de A. gangetica (el extracto era soluble en agua) o ácido gálico (estándar) en tubos Eppendorf de 2 ml. Luego se añadieron a la solución 200 µl de reactivo de Folin-Ciocalteu al 10% y se mezclaron. Después de 5 minutos, se añadieron a la mezcla 800 µl de solución de carbonato de sodio recién preparada (700 mM) y se mezclaron mediante agitación vorticial. Luego, la muestra y las soluciones estándar se incubaron en la oscuridad a temperatura ambiente durante 2 h. Posteriormente se leyó la absorancia de las soluciones a 765 nm. El ácido gálico produjo una curva estándar con linealidad entre 0,2 y 0,01 µg (R2 = 0,9985). El contenido fenólico total del extracto de A. gangetica se extrapoló a partir de la curva estándar del ácido gálico.

Para la síntesis de KgM-AgNP, se preparó un 0,25% p/v de KgM disolviendo 0,25 g de KgM en 100 ml de agua con agitación vigorosa a temperatura ambiente. Después de 20 min, la solución se calentó a 60 \(^\circ \)C y se mantuvo durante 1 h. Posteriormente, la solución viscosa se enfrió a temperatura ambiente antes de usarla para la síntesis de KgM-AgNP. Se preparó una solución acuosa de polvo de AGPE utilizado como reductor en una mezcla de agua/etanol (3:1). En un vaso de precipitados de 200 mL, envuelto con papel de aluminio, se agregaron con agitación 93 mL de solución KgM (0,1%), luego se agregaron 2 mL de AgNO3 de diferentes concentraciones, para optimizar la síntesis. La mezcla se mezcló durante 5 minutos, después de lo cual se inyectaron 5 ml de AGPE (cuyo pH se ajustó previamente usando una solución de NaOH 0,1 M). La solución final se mantuvo agitando a temperatura ambiente durante 60 min más. La solución coloidal amarillenta brillante de KgM-AgNP se almacenó a 4 ° C antes de su uso. La solución coloidal se diluyó antes de adquirir los espectros UV-vis. Para la prueba de biocompatibilidad, la concentración de Ag en el material preparado se estimó con ICP-OES, luego se prepararon diluciones en serie y se usaron para el ensayo. Para las caracterizaciones, se liofilizaron KgM-AgNP y la película obtenida se utilizó para la caracterización del material.

Ensayo hemolítico. El posible efecto adverso de AGPE-AgNP sobre los glóbulos rojos se evaluó in vitro como se describió anteriormente38. Las nanopartículas, extracto o KgM, 0,10% (100 µL) se incubaron con muestras diluidas de eritrocitos recién recolectados (400 µL) durante 60 min a 37 °C. Posteriormente, las soluciones se centrifugaron a 112 xg durante 5 min. Se recogieron los sobrenadantes y se tomó la DO a 540 nm. Como control positivo se utilizaron 100 µL de agua destilada (DW) en lugar de la muestra, mientras que como control negativo se utilizó solución salina tampón fosfato (PBS), pH 7,4. El grado de hemólisis de eritrocitos se representó en porcentaje.

Ensayo de citotoxicidad. La citotoxicidad potencial de las nanopartículas se determinó evaluando su efecto sobre la viabilidad en el fibrobroblasto L929 de ratón. Las células se sembraron (1,5 x 104 células/pocillo) en placas de 96 pocillos y se incubaron durante 24 h en una incubadora humidificada con CO2 al 5%. Posteriormente se agregaron a los pocillos 100 µL de solución de nanopartículas, extracto o KgM. Las placas se incubaron adicionalmente durante 24 h y la viabilidad de las células se determinó mediante ensayo MTT de acuerdo con el protocolo del fabricante (Sigma-Aldrich Cell Proliferation Kit I).

Todos los espectros de absorción se adquirieron en un espectrofotómetro UV-vis SPECTROstar Nano/BMG LABTECH, con una cubeta de vidrio de 1 cm de paso óptico y agua destilada como disolvente. Microscopio electrónico de transmisión (TEM), las imágenes se observaron utilizando un JOEL, JEM 2010 de Japón. Aproximadamente 5 µL de las nanopartículas se dejaron caer sobre una rejilla de cobre TEM y se dejaron secar en una desecación 48 h antes de la observación de las imágenes. Se capturaron al menos tres imágenes con cada aumento. El histograma de distribución de tamaño se trazó después de medir alrededor de cien partículas utilizando un software Image J. FEI Apreo (República Checa), se utilizó microscopía de barrido por emisión de campo (FESEM) para la observación de imágenes SEM. La película de muestra se dejó caer sobre un trozo de aluminio SEM, mientras que se adquirieron igualmente tres imágenes replicadas con diferentes aumentos. El equipo está conectado a una instalación de espectroscopía de rayos X de dispersión de energía (EDX) de (X-Max 80, Oxford Instruments, Reino Unido). Los espectros Raman de las muestras se adquirieron en un espectrómetro de microscopio Raman, RAMANforce, Nanophoton, Japón. La difracción de rayos X (XRD) se obtuvo utilizando un difractómetro Empyrean XRD, de 2 theta (grado), rango 5–80\(^\circ \), aplicando un tamaño de paso (2θ) de 0,026\(^\circ \) , valor de tiempo/paso de 70,125 s, velocidad de escaneo de 70,2 s, con valor de radiación Cu Kα de 0,154 nm. Se utilizó el analizador de potencial Brookhaven Nano Brook ZetaPALS (EE. UU.) para la medición del diámetro hidrodinámico de la adquisición del potencial zeta. Las KgM-AgNP sintetizadas se diluyeron cinco veces con agua destilada. La mezcla se vertió en una cubeta de plástico DLS de 5 ml de capacidad y luego se insertó en la cámara de muestra. La máquina se configuró para el análisis de muestras, n = 10 a 25 °C y cada muestra se analizó por triplicado. Además, se utilizó el espectrómetro infrarrojo con transformada de Fourier de reflectancia total atenuada (ATR-FTIR), Vertex70, Bruker, Alemania, para la elucidación de grupos funcionales, adquiridos entre 400 y 4000 cm −1 para las muestras. La estabilidad térmica de las muestras de prueba se adquirió mediante un analizador termogravimétrico, TGA8000, Perkin Elmer USA. Cierta masa de las muestras se sometió a calentamiento de 50 a 1000 \(^\circ \)C a una velocidad de 10 \(^\circ \)C/min en nitrógeno.

La detección de Hg2+ utilizando KgM-AgNP se realizó de la siguiente manera. En un tubo colorimétrico de 2 mL se pipetearon 600 µL de solución coloidal KgM-AgNPs, se añadió 1 mL de solución tampón fosfato (PBS) 50 mM, pH 6,0, se inyectaron 200 µL de Hg2+ de diferentes concentraciones (concentración final 0,0 a 60,0). µM), seguido de la adición de 200 µL de solución de NaCl 0,25 M (concentración final 0,025 M). La mezcla se agitó en un vórtex, mientras se recogían las imágenes fotográficas y los espectros de absorción, después de 3 minutos de incubación a temperatura ambiente, utilizando un teléfono Samsung A50 y un espectrofotómetro UV-vis, respectivamente.

El tipo o grupo específico de compuestos químicos en un extracto de planta preparado para la síntesis verde de nanopartículas de metales nobles juega un papel importante en la determinación de la eficiencia real de la síntesis39. Los extractos de plantas contienen una diversidad de bioactivos, y el más abundante de ellos suele depender de la planta en particular, así como de la fuente y las condiciones en las que se cultivó. Cada vez hay más pruebas de que los compuestos fenólicos son muy eficaces como reductores verdes. Los datos del ensayo de Folin-Ciocalteu revelaron que el extracto de A. gangetica es rico en constituyentes fenólicos con un contenido fenólico total de 135,46 ± 1,01 mgGAE/g AGPE dw

Con respecto a las identidades de los bioactivos individuales presentes en AGPE, se realizó un análisis por cromatografía líquida de ultra alto rendimiento acoplada a espectrometría de masas en tándem (UPLC-ESI-QTOF-MS/MS) para su dilucidación. La espectrometría de masas se realizó en modo de iones negativos. Se identificaron un total de 17 compuestos en AGPE (Tabla S1). Se descubrió que estos compuestos pertenecen a varios subgrupos de fenólicos, como flavonoides, lignanos y apioglucósidos fenólicos. El compuesto n.º 1 produjo un ion original con una masa exacta de 478,1695 y una relación m/z de 523,1677, que correspondía con [M + HCOO-]-, es decir, el aducto formiato del quelampayósido A. La identidad del apioglucósido fenólico se estableció basándose según los datos de EM obtenidos y el informe de la literatura40 y se ha descrito previamente como un fuerte agente eliminador de radicales. Otros glucósidos fenólicos observados en AGPE incluyen bufotenina O-glucósido41, verbasósido o descafeoilverbascósido (un glucósido fenilpropanoide) con un pico principal en m/z 461, correspondiente al ion pseudomolecular desprotonado [MH]-42; 4-glucósido del ácido trans-p-cumárico, quercetina 3-[p-cumaroil-(- > 6)-glucosil-(1- > 2)-glucosil-(1- > 2)-glucósido] (un flavonoide-o- 3-glucósido); Apiósido de glucoliquiritina (un flavonoide-7-o-glucósido) y el glucósido de lignano, 8-acetoxipinoresinol 4-glucósido. Además de los fenólicos, en AGPE también estaban presentes otros compuestos como el glucósido diterpeno, 19-hidroxicinzeilanol-19-glucósido, así como el monoterpenoide iridoide-o-glucósido, el ácido carioptosídico43 y el acilglicósido graso, 1-octen-3-il primeverósido. La presencia de estos compuestos, especialmente los fenólicos, proporcionó una fuerte indicación de la capacidad biosintética de las nanopartículas metálicas del extracto de A. gangetica.

En síntesis en un solo recipiente, utilizando AGPE como reductor de AgNO3, mientras se aplica KgM como estabilizador, se pudieron realizar KgM-AgNP en 1 h, en condiciones ambientales (RT y agitación), Fig. 1. De hecho, la adición de El AGPE con pH ajustado en una mezcla de KgM y AgNO3 dio como resultado un color amarillo instantáneo, que se atribuye a los ricos bioactivos presentes en el AGPE, mientras que el proceso de nucleación y crecimiento de las nanopartículas pudo completarse en 1 h. Los constituyentes bioactivos AGPE pueden facilitar la reducción de la sal de plata, sin el uso de agentes externos, a diferencia de lo informado. Jian et al., informaron la síntesis de AgNP estabilizadas con KgM, mediante irradiación ultravioleta fotocatalítica44, mientras que Chen et al. informaron sobre KgM-AgNP obtenidas mediante el calentamiento de KgM y AgNO3 a 60 °C durante 30 minutos45. Estos trabajos demostraron que la eficacia reductora de KgM está limitada en condiciones ambientales, lo que es igualmente peculiar de otros biopolímeros.

Ilustración esquemática de la estrategia de síntesis de KgM-AgNP a temperatura ambiente (RT).

En este trabajo, encontramos que las concentraciones de AgNO3 en el recipiente de reacción final son clave para la realización de una solución coloidal estable con las mejores propiedades y, por lo tanto, se optimizó. Como se muestra en la Fig. 2a, a medida que aumenta la concentración de AgNO3, aumentan los espectros de absorción de la solución, lo que se atribuye a la formación de más AgNP. La imagen fotográfica de la solución cambió igualmente de gris a amarillo brillante (recuadro de la Fig. 2a). El máximo de absorción obtenido, bajo diferentes concentraciones de AgNO3, se representa como; 0,5 (424 nm), 1,0 (424 nm), 2,0 (420 nm), 3,0 (421 nm) y 4,0 mM (422 nm). Para obtener más información sobre la dispersión y estabilidad de los AgNP realizados, se obtuvo la relación de absorbancia (A420/A650) frente a las diferentes concentraciones de AgNO3 (Fig. S1). En consecuencia, las AgNP sintetizadas con concentraciones finales de AgNO3 produjeron proporciones (A420/A650); 0,5 (3,670), 1,0 (11,568), 2,0 (19,386), 3,0 (17,053) y 4,0 mM (14,893), respectivamente. De lo anterior, utilizando AgNP con el menor máximo de absorción y el valor más alto (A420/A650), se seleccionaron nanopartículas de plata sintetizadas con una concentración final de AgNO3 de 2,0 mM como condición de síntesis óptima. Cabe señalar que la concentración de KgM se fijó en 0,10% en todas las condiciones de síntesis.

Espectros de absorción UV-vis de (a) KgM-AgNP coloidales realizados utilizando diferentes concentraciones de AgNO3, a 0,5 b1,0 c 2,0 d 3,0 y e 4,0 mM, mientras que el recuadro muestra las imágenes fotográficas, (b). Espectros de absorción UV-vis de AgN03 2,0 mM, cinética de síntesis (0,5 a 100 min), seleccionada como condición óptima y (c). Espectros de absorción UV-vis de materiales y nanopartículas de plata realizados utilizando diversos materiales, a. AgNP usando KgM solo b. AgNP usando AGPE solo (c). Síntesis basada en AGPE de KgM-AgNP d. Biopolímero KgM y e. AGPE, mientras que el recuadro muestra las imágenes fotográficas de los diferentes materiales.

Para estudiar la cinética de síntesis en condiciones óptimas, los espectros de absorción se recogieron de 0,5 a 100 minutos, como se muestra en la figura 2b. Como se reveló, la intensidad de la absorción aumentó con el tiempo y luego se estabilizó a los 60 min. La gráfica de A420 nm frente al tiempo se muestra en la Fig. S2, que reveló una saturación de intensidad a los 60 min.

Además, las funciones de las especies reactivas en la síntesis de RT se investigaron y se muestran en la Fig. 2c. Como se reveló, la síntesis de AgNP utilizando solo el biopolímero generó una solución marrón turbia (Fig. 2c (un recuadro)). Vale la pena señalar que la solución no fue diluida, en comparación con la adquirida usando AGPE solo y KgM-AgNP. La síntesis de AgNP utilizando AGPE solo en ausencia del biopolímero mostró un espectro de absorción máximo a 429 nm, con un color amarillento más oscuro (Fig. 2c (recuadro b)). La síntesis generada con AGPE y el biopolímero KgM mostró un desplazamiento hacia el azul, con espectros de absorción máximos a 420 nm (Fig. 2c) aunque con intensidad disminuida. Esto se atribuye a la densa capa de polímero en las superficies de las nanopartículas. Esta observación ha sido reportada46. El desplazamiento hacia el azul también validó el papel de KgM no solo para proporcionar una mayor estabilización para las KgM-AgNP sintetizadas, sino también como especie directora de forma, ya que un desplazamiento hacia el azul puede estar correlacionado con un diámetro de partículas más pequeño. La imagen fotográfica obtenida en esta condición (Fig. 2c (recuadro c)) mostró una dispersión coloidal amarillenta más tenue. Los espectros de absorción y las imágenes fotográficas de KgM (Fig. 2c (recuadro d)) y AGPE (Fig. 2c (recuadro e)) no presentan ningún espectro de absorción máxima característico notable dentro de 400 a 450 nm, mientras que el color amarillo pálido de AGPE se puede diferenciar fácilmente de las nanopartículas de muestra.

La estabilidad de las KgM-AgNP sintetizadas se controló durante veintiséis semanas (Fig. S3). Demostró que no se desarrollan picos en longitudes de onda más largas, característicos de las nanopartículas agregadas, por lo que las KgM-AgNP fabricadas son altamente estables. Esto puede deberse a los efectos sinérgicos de AGPE y KgM, que pueden modular la energía superficial de las nanopartículas evitando la fácil aglomeración de partículas.

De lo anterior, es seguro proponer que al agregar una solución de AGPE con pH ajustado a una mezcla de AgNO3 y KgM, los numerosos fenólicos desprotonados en AGPE liberarán electrones para la reducción de Ag+ a Ag0, todo dentro de la matriz de KgM. Además, la matriz KgM puede mejorar/facilitar el proceso de nucleación y crecimiento y así modular el proceso de síntesis. Con esto, AGPE actuaría como un fácil agente reductor, mientras que KgM actuaría como estabilizador, hacia la síntesis de KgM-AgNPs.

Para conocer en profundidad la microestructura de los materiales y las nanopartículas fabricadas, se aplicaron diversas caracterizaciones instrumentales. Las imágenes TEM de KgM-AgNP obtenidas de las condiciones óptimas de síntesis se muestran en la Fig. 3a, b. Como se puede observar, las partículas se encuentran perfectamente monodispersas con morfologías esféricas. El tamaño promedio de partículas obtenido de TEM, utilizando el software Image J, reveló que las partículas están distribuidas entre 10 y 15 nm (Fig. 3c). Se encontró que el diámetro hidrodinámico de DLS era 60,2 ± 1,5 nm (Fig. S4), mientras que el valor del potencial zeta era −28,8 ± 2,1 mV. Esto muestra que las partículas son estables, con cargas negativas, que pueden ser del grupo carboxilo de las esferas/cubiertas poliméricas KgM. El efecto del pH sobre la estabilidad acuosa de KgM-AgNP, a través del perfil de potencial Zeta, se muestra en la (Fig. S5). Como se muestra, los valores del potencial zeta aumentan a medida que el pH de la solución aumenta de 2 a 4 y luego se estabiliza hasta 12. Esto muestra que las KgM-AgNP son estables en un amplio rango de pH, lo que puede atribuirse al grupo carboxilo desprotonado de KgM en la nanopartícula. superficies.

Imágenes TEM de KgM-AgNP a (a) 100 nm y (b) 50 nm (c) Distribución del tamaño de partículas obtenida del software ImageJ (ImageJ-1.38e: https://imagej.nih.gov/ij), (d) Difracción de electrones de área seleccionada (SAED), imágenes FESEM de (e) KgM y (f) KgM-AgNP.

La imagen de difracción de electrones del área seleccionada (SAED) mostró varios círculos concéntricos, lo que se atribuye a las líneas de difracción cristalinas de AgNP. Para obtener más información sobre KgMP-AgNP, se adquirieron imágenes FESEM de KgM y KgM-AgNP (Fig. 3e, f). Como se muestra, la película KgM mostró una morfología suave (Fig. 3e), mientras que las KgM-AgNP mostraron una morfología rugosa, con una gran cantidad de AgNP intercaladas (Fig. 3f). Estos muestran que las AgNP fabricadas están firmemente protegidas por las capas poliméricas proporcionadas por el biopolímero KgM.

Además, la interacción de los grupos funcionales entre los materiales de síntesis (AGPE, KgM y KgM-AgNP) se reveló mediante espectroscopía FTIR y Raman. Los espectros FTIR de AGPE (Fig. 4a a) muestran picos principales en 3301, 2930,1592,1393,1041 y 611 cm-1. Estos picos se asignan al estiramiento C-OH de grupos OH de compuestos ricos en fenólicos, al estiramiento C-H de grupos alifáticos, grupos C=C o C=O de amida para 1592 cm-147, los picos en 1393 se atribuyen a C- C estiramiento de la estructura del anillo en compuestos aromáticos, mientras que los picos en 1041 y 611 se asignan al estiramiento C – O – C y C – OH de alcoholes secundarios y C – Cl respectivamente48. Los picos principales en KgM (Fig. 4a b) son 3360, 2900, 1639, 1370, 1020 y 808, que se asignan a los grupos OH en KgM, estiramiento C-H del grupo metilo o metileno, C = O a 1639 cm- 1, las vibraciones de estiramiento C – O, mientras que los picos a 1020 y 808 cm-1, son picos característicos de los enlaces glicosídicos de la estructura polimérica de KgM44. Los picos en KgM-AgNP (Fig. 4a c), en 3350, 2900, 1628, 1330, 1017, 808 y 600 cm-1 reflejan los picos característicos identificados en AGPE y KgM. Esto validó que la combinación sinérgica de AGPE y KgM, a través de la interacción de enlaces de hidrógeno, está implicada en la fabricación de KgM-AgNP. Esta observación fue observada por Tian et al.49.

( a ) espectros FTIR y (b) espectros Raman de (a) AGPE (b) KgM c KgM-AgNP.

Se muestran los espectros Raman (Fig. 4b). Se identificó un pico principal a 1696 cm-1 en AGPE (Fig. 4b a), que se atribuye a la vibración O – O, mientras que los picos a 938, 1117, 1370 y 2895 cm-1 son notorios en KgM (Fig. 4b b ). Estos picos (938 y 1117) se asignan a las bandas vibratorias C – O – C de enlaces glicosídicos KgM, mientras que las bandas en 1370 provienen del grupo metilo vibracional en el resto acetilo y el pico en 2895 proviene de los modos de estiramiento C – H50. La Figura 4b c), muestra los espectros Raman de KgM-AgNP, con picos en 1046, 1361 y 1542 cm-1, que son similares a los picos identificados en KgM y AGPE. Esta tendencia similar se observó en los resultados de FTIR discutidos anteriormente.

Los patrones XRD de KgM y KgM-AgNP se muestran en la Fig. 5a. Como se revela, el pico de difracción principal de KgM es 19,7\(^\circ \) (Fig. 5a a), que es atípico de la estructura amorfa de KgM, mientras que alcanza un máximo en 22,9, 38,2, 44,2, 64,9 y 77,2\(^\ circ \) en KgM-AgNP, se asignan a KgM y (111), (200), (220) y (311) de planos de difracción cúbicos centrados en la cara de AgNP44. Se utilizó la ecuación de Scherer para calcular el tamaño de cristalito del material utilizando el plano (111) de plata. La ecuación utilizada, D = kλ/βCosθ, arrojó una estimación del tamaño de cristalito de 17,2 nm, que está cerca del tamaño promedio estimado a partir de TEM.

( a ) XRD de KgM b KgM-AgNP (b) TGA y (c) DTGA de KgM y KgM-AgNP.

Las composiciones elementales que utilizan espectroscopía de rayos X de dispersión de energía (EDS) de los materiales KgM y KgM-AgNP se muestran en la Fig. S6. En consecuencia, los elementos C y O con 71,2 y 28,8% están presentes en KgM (Fig. S6a), mientras que los elementos Ag, C y O con 77,7, 15,2 y 7,1% respectivamente están identificados en KgM-AgNP (Fig. S6b). Además, se observan picos agudos de Ag a aproximadamente 3,0 kev en KgM-AgNP (Fig. S6b). Esto validó la síntesis exitosa de AgNP.

El mapeo elemental de KgM y KgM-AgNP se muestra en la Fig. S7. Los resultados confirmaron los elementos C y O para KgM (Fig. S7a) y Ag, C y O para KgM-AgNP (Fig. S7b), de acuerdo con el resultado de EDS anterior.

La estabilidad térmica de los materiales puede transmitir información sobre las funciones de los materiales que los constituyen en los productos finales generales. La Figura 5b, c muestra el TGA y DTGA de KgM y KgM-AgNP. Como se puede observar, se pueden identificar tres pasos de degradación en el perfil de degradación térmica de KgM y KgM-AgNP (Fig. 5b). Estas etapas se resumen en la Tabla S2. Como se muestra, la temperatura de inicio de degradación de KgM se observó a 51,4 °C. El desglose es el siguiente. Estadio I (51,4–259,8 °C), estadio II (259,8–386,2 °C) y estadio III (386,2–999,3 °C). La pérdida total es de aproximadamente el 97,97%, con un contenido de cenizas del 2,03%. Sin embargo, tres etapas en KgM-AgNP son: etapa I (51,5–237,7 °C), etapa II (237,7–341,5 °C) y etapa III (341,5–999,3 °C). La pérdida total de KgM-AgNP es del 82,7%, con un contenido de cenizas del 17,28%. La etapa I se atribuye a la pérdida de humedad adsorbida por evaporación, la etapa II se atribuye a la ruptura de la estructura polimérica del KgM, mientras que la etapa III, se asigna a la carbonización completa de los materiales. A partir del porcentaje de cenizas, se puede observar que KgM-AgNP es nueve veces más estable térmicamente que KgM. Esto concuerda con el trabajo reportado51.

Con caracterizaciones instrumentales exhaustivas aplicadas, para revelar las composiciones microestructurales de KgM y KgM-AgNP, procedimos a probar las KgM-AgNP para la detección de Hg2+ en solución. Como se busca generalmente hoy en día, la aplicación de nanomateriales ambientalmente benignos como sondas ópticas para evitar la introducción de materiales tóxicos secundarios, derivados del uso de sondas detectoras, fabricadas con reactivos peligrosos. En este sentido, investigamos la perspectiva de biocompatibilidad de KgM-AgNP para determinar su perfil de toxicidad inherente.

El efecto hemolítico de las nanopartículas, así como del extracto y de KgM, se perfiló utilizando eritrocitos de rata. La hemólisis de glóbulos rojos es uno de los enfoques más simples para la evaluación preliminar de los posibles efectos adversos de sustancias en los sistemas biológicos. Los datos del ensayo hemolítico se presentan en la Fig. 6a. Después de 1 h de coincubación con eritrocitos frescos a temperatura fisiológica normal, KGM no mostró ninguna actividad hemolítica sustancial a 100 µg/ml. El nanomaterial y el extracto, por su parte, presentaron niveles mínimos de actividad hemolítica, es decir, 3,54 y 2,55%, respectivamente, a una concentración de 100 µg/mL. No obstante, las KgM-AgNP pueden ser no hemolíticas dado que no cumplieron con los criterios especificados para materiales hemolíticos (efecto hemolítico in vitro de más del cinco por ciento)52.

Efecto de KgM-AgNP, AGPE y KgM sobre (a) hemólisis de eritrocitos de rata y (b) viabilidad de fibroblastos de ratón.

Además, se evaluó el posible efecto citotóxico de las KgM-AgNP en fibroblastos L929 de ratón. Las células se trataron con diversas concentraciones del nanomaterial, así como con el extracto y la goma hidrocoloide durante 24 h. El efecto de las muestras sobre la viabilidad de los fibroblastos de ratón se presenta en la Fig. 6b. Se encontró que en las concentraciones más altas probadas (110 µg/mL), las células tratadas con extracto y goma mostraron viabilidades de 84,41 y 90,07%, respectivamente. Estos valores sugirieron que el extracto y la goma no presentaban ningún efecto adverso grave para las células. Por el contrario, las KgM-AgNP mostraron una reducción dependiente de la dosis en la viabilidad celular, registrándose la menor viabilidad celular (62,21%) a la concentración máxima probada (110%). Es importante señalar que a una concentración de KgM-AgNPs de 55 µg/mL, el fibroblasto presentó una viabilidad del 71,32%. Esta concentración puede considerarse como el umbral de citocompatibilidad de KgM-AgNP, dado que presentaba una viabilidad celular superior al 70% 53. Estudios previos de toxicidad aguda de KgM en ratas y perros encontraron que el hidrocoloide no era tóxico. Por su parte, el Panel EFSA de la Comisión Europea concluyó que KgM hasta 10 g/kg no representaba ningún problema de seguridad para la población general como aditivo alimentario54. Teniendo en cuenta que el KgM, que sirvió como agente de protección predominante en el nanomaterial, era inocuo y que el reductor tampoco era tóxico, es seguro deducir que las propiedades citocompatibles de estos componentes contribuyeron al buen perfil de seguridad de los KgM-AgNP. Además, si bien es seguro concluir que la sonda sintetizada (KgM-AgNPs) es biocompatible, es muy importante señalar que la sonda se encuentra en un entorno diferente de pH y fuerza iónica durante el ensayo de detección de Hg2+. Por lo tanto, la propiedad de biocompatibilidad de KgM-AgNP puede verse comprometida en las condiciones de detección.

Las AgNP y AuNP son populares como sondas ópticas para la detección de diversos analitos en soluciones55,56. Estas sondas aprovecharon las propiedades únicas de la resonancia de plasmón superficial localizada (LSPR) de los nanomateriales. En esta condición, la solución coloidal de AgNP y AuNP muestra espectros de absorción característicos, color único y estabilidad. Por lo tanto, la adición de un analito particular puede alterar estas propiedades, mientras que dichos cambios pueden correlacionarse con las concentraciones de los analitos cargados.

Con este telón de fondo, se investigó la eficacia de las KgM-AgNP para detectar Hg2+ en solución. Para lograr una buena capacidad de detección, se optimizaron sumariamente las condiciones que afectan la estrategia de detección.

La adición de Hg2+ a una solución acuosa de KgM-AgNPs, en una solución de PBS 50 mM, pH 6,0, en ausencia de NaCl, no genera ningún cambio de color. Esto puede atribuirse a la alta estabilidad de las KgM-AgNP, que surgen de las altas esferas poliméricas que protegen las partículas de la fácil interacción en un ambiente acuoso. Sin embargo, con la adición de una solución de NaCl, se pudo observar un cambio de color visible casi instantáneamente. Esto se debe a que el NaCl puede alterar las superficies dieléctricas o (el entorno) de las nanopartículas, mediante la reducción de las barreras energéticas57 y, por lo tanto, someter las partículas a aglomeración, debido al efecto de detección de las fuerzas electrostáticas de las sales55.

Habiendo descubierto que el PBS de pH 6,0 es el más apropiado para la detección de Hg2+ (Fig. S8), investigamos el efecto de diferentes concentraciones de NaCl en la mezcla de reacción de un volumen final de 2 ml. Como se muestra en la Fig. S9, la adición de NaCl con concentraciones finales en el rango de 0,005 a 0,075 M, sin adición de Hg2+, no induce un cambio de color inmediato en las KgM-AgNP en solución de PBS. Además, los espectros de absorción confirmaron igualmente que el NaCl no produce la extinción de los espectros en KgM-AgNP después de 1 h de adición. Para observar más a fondo la estabilidad de la solución coloidal (Fig. S9inset), las imágenes fotográficas se recolectaron después de 24 h de incubación a temperatura ambiente (Fig. S10). Como se puede ver, el NaCl por encima de la concentración final de 0,025 M (marcado con una flecha roja (Fig. S8), impartió cambios de color notables. Este resultado muestra que las KgM-AgNP bajo tratamiento con PBS y NaCl pueden tolerar la concentración final de NaCl, no más allá de 0,025 M. Por lo tanto, se seleccionó esta concentración para la detección de Hg2+.

También se observó que, bajo la presente estrategia de detección, el Hg2+ podía impartir una respuesta rápida; en consecuencia, todos los espectros de absorción y las imágenes fotográficas se recogieron después de 3 minutos de incubación a temperatura ambiente.

La sensibilidad es una medida del cambio en la respuesta del analito a la concentración. Por lo tanto, se cargaron diferentes concentraciones de Hg2+ (0,00–60,0 µM) en KgM-AgNP en PBS 50 mM, pH 6,0 y una concentración de NaCl de 0,025 M de concentración final. Como se muestra en la Fig. 7a, la adición de Hg2 + da como resultado una disminución progresiva en los espectros de absorción de KgM-AgNP, con un desplazamiento hacia el azul. El color de los KgM-AgNP pasó de amarillo brillante a incoloro (recuadro de la Fig. 7a). La gráfica de las relaciones de absorbancia (A360/A408), de KgM-AgNP incoloras (A360) a KgM-AgNP de color amarillo (A408), frente a concentraciones de Hg2+, en todo el rango de 0,00 a 60,0 µM, se muestra en la Fig. 7b. En consecuencia, la relación aumenta a medida que aumenta la concentración de Hg2+, lo que confirma que el color de las KgM-AgNP se desvanece a medida que aumenta la concentración de iones Hg2+ en la mezcla de reacción. La gráfica se puede ajustar en dos rangos lineales, como se muestra en la Fig. 7c, d. Las gráficas de calibración para los dos rangos de concentraciones de Hg2+ incluyen: (A360/A408) = 0,0427 [Hg2+] + 0,5604, R2 = 0,9964, para una concentración de Hg2+ de 0,010 a 10,0 µM (Fig. 7c) y (A360/A408) = 0,0147 [Hg2+ ] + 0,8841, R2 = 0,9909, para una concentración de Hg2+ de 10,0 a 60,0 µM (Fig. 7d). El límite de detección (LOD) y el límite de cuantificación (LOQ) se estimaron utilizando la ecuación, 3,3 S(y/x)/pendiente y 10 S(y/x)/pendiente, respectivamente. Las unidades se explican de la siguiente manera: S(y/x) es la desviación estándar calculada a partir de la regresión, mientras que la pendiente proviene del gráfico de calibración58, de la Fig. 7c. Se calculó que el LOD y el LOQ eran 3,25 y 9,85 nM. El valor LOD obtenido es mejor o bastante comparable con algunos de los trabajos informados para la detección de Hg2+ en solución (Tabla 1). Como se puede observar, el LOD de este trabajo se compararía bastante con otros trabajos reportados. Aunque existen trabajos similares para la detección de Hg2+ basados ​​en la degradación de AgNP mediada por Hg2+19,20, el uso de productos químicos altamente tóxicos como el borohidruro de sodio para la preparación de AgNP15 sería menos deseable bajo el discurso de la “química verde”. Debe igualmente destacarse que el uso de A. gangetica en este trabajo, una notoria maleza de jardín, con una caracterización extensa de sus propiedades físico-químicas, presenta una información interesante para el conjunto de conocimientos. También se puede argumentar que la planta ha sido valorizada con éxito, con su uso como reductor eficaz en la presente síntesis de KgM-AgNP.

(a) Espectros de absorción UV-vis de KgM-AgNP bajo carga de Hg2+ de 0,00 a 60,0 µM; el recuadro muestra las imágenes fotográficas de 0,00 a 60,0 µM, en el sentido de las agujas del reloj (b) Gráfico de A360/A408 frente a la concentración de Hg2+ de 0,00 a 60,0 µM (c) Gráfico de A360/A408 frente a Hg2+ que muestra linealidad entre 0,010 y 10,0 µM de Hg2+ (d) Gráfico de A360/A408 frente a Hg2+ que muestra linealidad entre 10,0 y 60,0 µM de Hg2+.

Además, la precisión de la estrategia de detección se estimó y expresó en términos de desviación estándar relativa (RSD%). Aquí, se monitorearon los espectros de absorción de dos concentraciones de Hg2+ a 5,0 y 30,0 µM (n = 10), para el mismo día (precisión intradiaria) y durante tres días consecutivos (precisión interdía). Los RSD se estimaron en 1,8% y 2,5%, para precisión intradiaria e interdiaria, respectivamente. Esto confirmó que las KgM-AgNP pueden detectar de manera confiable Hg2+ en solución sin mucha variabilidad de datos, por lo tanto, una buena reproducibilidad.

Además, la explicación mecanicista de las KgM-AgNP como sonda óptica para Hg2+ en solución se muestra en la Fig. 8. Hemos explicado a través de los pasos de síntesis de las KgM-AgNP que AGPE facilitó la reducción de Ag+, mientras que la esfera polimérica de KgM proporcionó una mayor estabilización para los AgNP formados. Por lo tanto, la Fig. 8a representa nuestros KgM-AgNP con exceso de esferas de polímero AGPE y KgM, mantenidas en su lugar mediante la interacción de enlaces de hidrógeno. Sin embargo, con la adición de PBS, NaCl y Hg2+ en solución, se altera la arquitectura bien ordenada entre AGPE y KgM, que mantiene las AgNP en forma. En consecuencia, Hg2+ podría tener acceso directo a Ag0 y, por lo tanto, se establece una reacción redox entre Hg2+ y Ag0. El potencial del electrodo estándar de Ag+/Ag0 es 0,80 V, mientras que el de Hg2+/Hg0 es 0,85 V59. En consecuencia, el Hg2+ serviría como agente oxidante en una reacción que involucra Ag0 y Hg2+ en solución. Más, el Hg2+ se reducirá, mientras que el Ag0 se oxida a Ag+. Como se ve en la Fig. 8a, el Hg2+ se reduce a Hg0 y se deposita en la superficie de Ag0 para formar un complejo [Ag-Hg] o amalgama. Esta amalgama es responsable de la reducción gradual de los espectros de absorción de las KgM-AgNP, con un desplazamiento hacia el azul. El color amarillo brillante de las KgM-AgNP se pierde por completo a una alta concentración de Hg2+ debido al grabado o decoloración de las AgNP, con el desarrollo concomitante de una solución incolora. Además, fundamentamos el mecanismo propuesto con la adquisición de imágenes TEM después del tratamiento con Hg2 + en KgM-AgNP a 0,00 y 30,0 µM (Fig. 8b). Como se revela en la Fig. 8b a), la solución en blanco, es decir, KgM-AgNP con 0,00 µM Hg2+, las partículas todavía están bien dispersas en la solución, mientras que el color amarillo brillante de las KgM-AgNP se observa claramente (Fig. 8b a-inserto). . Sin embargo, con la inyección de Hg2+ de 30,0 µM, se observa claramente que las partículas se degradan (Fig. 8b b) y el color amarillo tenue de las KgM-AgNP se representa en el recuadro de la Fig. 8b b. Estos resultados dan más credibilidad al mecanismo propuesto en la confirmación de la oxidación mediada por Hg2+ y una mayor degradación de KgM-AgNP en solución.

(a) Representación de la base mecanicista de KgM-AgNP hacia la detección de Hg2+ en solución acuosa (b) Imágenes TEM de KgM-AgNP bajo tratamiento con Hg2+ a 0,00 y 30,0 µM, el recuadro muestra las imágenes fotográficas de los diferentes tratamientos.

La selectividad de la sonda KgM-AgNPs se estimó cargando diferentes iones metálicos comúnmente existentes en muestras ambientales en la sonda colorimétrica desarrollada. La concentración de Hg2+ se mantuvo en 30,0 µM, mientras que otros iones metálicos comunes se mantuvieron en 150,0 µM. Como se muestra en la Fig. 9a, solo la adición de Hg2+ resultó en un desplazamiento hacia el azul en los espectros de absorción (Fig. 9a), mientras que el desvanecimiento del color se observó solo en presencia de Hg2+ (Fig. 9a (recuadro)), incluso cuando otros Los iones metálicos tienen una concentración cinco veces superior a la del Hg2+. Además, la relación de absorbancia, A360/A408 frente a los iones metálicos probados (Fig. 9b), reveló que solo Hg2+ produjo un incremento significativo, en comparación con el blanco. Sin embargo, el Fe2+ formó un color marrón intenso con un aumento del espectro de absorción (Fig. 9a), que puede atribuirse al desarrollo del color de las sales ferrosas. Esta misma observación ha sido reportada60. Esto muestra que la sonda KgM-AgNPs es selectiva solo hacia Hg2+ y, por lo tanto, puede aplicarse a su detección incluso en presencia de otros iones metálicos. Se investigó un estudio de interferencia adicional mezclando los iones probados con Hg2+, después de lo cual se recogieron los espectros de absorción. La relación de absorbancia (A360/A408) se comparó con el valor obtenido solo para Hg2+, como se muestra en la Fig. S11. No existieron diferencias significativas (P ≥ 0,05) entre la respuesta de Hg2+ (solo) y Hg2+ mezclado con otros iones metálicos, lo que autentificó la capacidad de las KgM-AgNP para detectar Hg2+ en ambientes complejos.

(a) Espectros de absorción UV-vis de KgM-AgNP bajo carga con diferentes iones metálicos, a partir de Hg2+ en blanco (b) Gráfico de A360/A408 frente a varios iones metálicos de importancia ambiental, la concentración de Hg2+ fue de 30,0 µM, mientras que otros iones metálicos se fijaron 150,0 µM.

La aplicación práctica de KgM-AgNP para la detección de Hg2+ en muestras reales se probó en agua de embalse del campus de Hatyai de la Universidad Príncipe de Songkhla. La muestra de agua se sometió brevemente a centrifugación y se pasó a través de un filtro de membrana de 0,22 micrómetros. Posteriormente, una parte del agua fue sometida a cuantificación de Hg2+ mediante ICP-OES. No se detectó Hg2+ en la muestra y, por lo tanto, se aplicó el método de adición estándar, donde se agregaron diferentes concentraciones de Hg2+ a la muestra de agua recolectada. La muestra enriquecida con Hg2+ se procesó en KgM-AgNP como se propone en la sección sobre detección analítica de Hg2+ en solución en los materiales y el método. Los espectros de absorción obtenidos se convirtieron a concentración utilizando los gráficos de calibración estándar obtenidos. La recuperación se estimó utilizando la ecuación de recuperación de la Tabla 2. Según lo estimado, los valores de recuperación oscilaron entre 95,1 y 98,7 %, con una RSD inferior al 5,0 %. Esto muestra que el presente ensayo posee una precisión confiable para la determinación de Hg2+ en muestras ambientales.

En esta contribución, hemos informado sobre la síntesis de AgNP estabilizadas con glucomanano de Konjac (KgM) biocompatibles utilizando extracto fenólico de Asystasia gangetica (AGPE) como agente reductor, para la fabricación de KgM-AgNP dispersas y altamente estables. Este trabajo reveló por primera vez el uso de la planta en la síntesis de AgNP, al tiempo que delineó la primera síntesis de AgNP estabilizadas con KgM a temperatura ambiente. Los compuestos bioactivos identificados en la planta son muy prometedores para una mayor investigación de A. gangetica para aplicaciones farmacobiológicas. Los KgM-AgNP sintetizados mostraron una distribución promedio de partículas entre 10 y 15 nm, un diámetro hidrodinámico de 60,2 ± 1,5 nm y un potencial zeta de −28,8 ± 2,1 mV. La biocompatibilidad de las KgM-AgNP se demostró en fibrobroblastos L929 de ratón y glóbulos rojos de rata, lo que validó que las KgM-AgNP sintetizadas no son tóxicas para las células analizadas. La adición de Hg2+ a KgM-AgNP en solución, con PBS pH 6,0, 50 mM y NaCl (concentración final de 0,025 M), la solución de color amarillo brillante de KgM-AgNP se desvaneció progresivamente hasta volverse incolora, en 3 minutos, con un desplazamiento al azul concomitante en espectro de absorción. Se encontró que la relación de absorbancia A360/A408 era lineal con concentraciones de Hg2+ en dos rangos: 0,010–10,0 y 10,0–60,0 µM. El LOD estimado fue de 3,25 nM. Se demostró la eficacia práctica de la sonda desarrollada, con una estimación de la recuperación aumentada de Hg2+ en una muestra de agua real, con una precisión satisfactoria. A diferencia de algunas estrategias de detección de Hg2+ en las que se han utilizado materiales tóxicos para la fabricación del nanomaterial, este trabajo es completamente ecológico en vista de los materiales contribuyentes adoptados. Por lo tanto, este trabajo mostró un enfoque práctico para la síntesis de AgNP plasmónicas altamente sensibles y estables con una fuerza de detección confiable.

Los conjuntos de datos generados y/o analizados durante el estudio actual no están disponibles públicamente debido a cuestiones de confidencialidad, pero están disponibles a través del autor correspondiente a solicitud razonable.

Nanopartículas de plata

Glucomanano de Konjac

Nanopartículas de plata estabilizadas con glucomanano Konjac a base de AGPE

Extracto fenólico de Asystasia gangetica

Temperatura ambiente

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La FNE agradece al Departamento de Química Farmacéutica y a la Facultad de Ciencias Farmacéuticas de la Universidad Príncipe de Songkla, Hat Yai, por las instalaciones de laboratorio. Los autores agradecen sinceramente a los revisores del manuscrito por sus sugerencias y aportes para llevar el trabajo al nivel actual.

Departamento de Química, Facultad de Ciencias Físicas, Universidad Federal Alex-Ekwueme, Ndufu-Alike Ikwo, PMB 1010, Abakaliki, Estado de Ebonyi, Nigeria

John Jayeoye y Andrew Aondoaver Tyopine

Facultad de Ciencias Farmacéuticas, Universidad Príncipe de Songkhla, Hat Yai, 90112, Songkhla, Tailandia

Federico atrapa al rey

Centro de excelencia del sistema de administración de medicamentos, Universidad Príncipe de Songkhla, Hat Yai, 90112, Songkhla, Tailandia

Federico atrapa al rey

Centro de Investigación e Innovación en Medicina Tradicional Tailandesa, Facultad de Medicina Tradicional Tailandesa, Universidad Príncipe de Songkhla, Hat Yai, 90110, Tailandia

Opeyemi Joshua Olatunji

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TJJ: Conceptualización, Supervisión, Investigación, Análisis formal, Experimentación, Revisión y edición. FNE: Análisis formal, Redacción-Borrador original, Investigación y Experimentación. OJO: Metodología, investigación y visualización. AAT: Metodología, investigación y visualización.

Correspondencia a Titilope John Jayeoye o Fredrick Nwude Eze.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Jayeoye, TJ, Eze, FN, Olatunji, OJ et al. Síntesis de nanopartículas de plata estabilizadas con glucomanano de Konjac biocompatibles, con extracto fenólico de Asystasia gangetica para la detección colorimétrica del ion mercurio (II). Representante científico 12, 9176 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-13384-x

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Recibido: 06 de marzo de 2022

Aceptado: 24 de mayo de 2022

Publicado: 02 de junio de 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-13384-x

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