nanopartícula de cobre

Una nanopartícula de cobre es una partícula a base de cobre  con un tamaño de entre 1 y 100 nm. ^{[ 1 ] [ 2 ]} Al igual que muchas otras formas de nanopartículas , una nanopartícula de cobre puede prepararse mediante procesos naturales o mediante síntesis química. ^{[ 3 ]} Estas nanopartículas son de particular interés debido a su aplicación histórica como agentes colorantes y a sus usos biomédicos y antimicrobianos . ^{[ 4 ]}

Uno de los primeros usos de las nanopartículas de cobre fue para colorear vidrio y cerámica durante el siglo IX en Mesopotamia . ^{[ 2 ]} Esto se lograba creando un esmalte con sales de cobre y plata y aplicándolo a la cerámica de arcilla. Al cocer la cerámica a altas temperaturas en condiciones reductoras, los iones metálicos migraban a la parte exterior del esmalte y se reducían a metales. ^{[ 2 ]} El resultado era una doble capa de nanopartículas metálicas con una pequeña cantidad de esmalte entre ellas. Al exponer la cerámica terminada a la luz, esta penetraba y se reflejaba en la primera capa. La luz que penetraba la primera capa se reflejaba en la segunda capa de nanopartículas y causaba efectos de interferencia con la luz que se reflejaba en la primera capa, creando un efecto de brillo que resulta tanto de la interferencia constructiva como de la destructiva. ^{[ 3 ]}

Se han descrito varios métodos para sintetizar químicamente nanopartículas de cobre. Un método antiguo implica la reducción de carboxilato de hidrazina de cobre en una solución acuosa mediante reflujo o calentamiento por ultrasonidos bajo una atmósfera inerte de argón. ^{[ 5 ]} Esto da como resultado una combinación de óxido de cobre y cúmulos de nanopartículas de cobre puro, dependiendo del método utilizado. Una síntesis más moderna utiliza cloruro de cobre(II) en una reacción a temperatura ambiente con citrato de sodio o ácido mirístico en una solución acuosa que contiene sulfoxilato de formaldehído de sodio para obtener un polvo de nanopartículas de cobre puro. ^{[ 6 ]} Si bien estas síntesis generan nanopartículas de cobre bastante consistentes, también se ha informado sobre la posibilidad de controlar los tamaños y las formas de las nanopartículas de cobre. La reducción de acetilacetonato de cobre(II) en disolvente orgánico con oleilamina y ácido oleico provoca la formación de nanopartículas en forma de varilla y cubo, mientras que las variaciones en la temperatura de reacción afectan el tamaño de las partículas sintetizadas. ^{[ 7 ]}

Otro método de síntesis implica el uso de sal de carboxilato de hidrazina de cobre (II) con ultrasonido o calor en agua para generar una reacción radicalaria, como se muestra en la figura de la derecha. Las nanopartículas de cobre también pueden sintetizarse mediante química verde para reducir el impacto ambiental de la reacción. El cloruro de cobre puede reducirse utilizando únicamente ácido L-ascórbico en una solución acuosa caliente para producir nanopartículas de cobre estables. ^{[ 8 ]}

Las nanopartículas de cobre presentan características únicas, incluyendo actividades catalíticas y antifúngicas/antibacterianas que no se observan en el cobre comercial. En primer lugar, las nanopartículas de cobre demuestran una actividad catalítica muy fuerte, propiedad que puede atribuirse a su gran superficie catalítica. Gracias a su pequeño tamaño y gran porosidad, las nanopartículas logran un mayor rendimiento de reacción y un menor tiempo de reacción cuando se utilizan como reactivos en síntesis orgánicas y organometálicas. ^{[ 9 ]} De hecho, las nanopartículas de cobre utilizadas en una reacción de condensación de yodobenceno alcanzaron una conversión de aproximadamente el 88% a bifenilo, mientras que el cobre comercial mostró una conversión de solo el 43%. ^{[ 9 ]}

Las nanopartículas de cobre, extremadamente pequeñas y con una alta relación superficie-volumen, también pueden actuar como agentes antifúngicos/antibacterianos. ^{[ 10 ]} La actividad antimicrobiana se induce por su estrecha interacción con las membranas microbianas y los iones metálicos liberados en solución. ^{[ 10 ]} A medida que las nanopartículas se oxidan lentamente en solución, se liberan iones cúpricos que pueden generar radicales libres hidroxilo tóxicos en presencia de la membrana lipídica. Estos radicales libres descomponen los lípidos de las membranas celulares mediante oxidación, degenerando dichas membranas. Como resultado, las sustancias intracelulares se filtran fuera de las células a través de las membranas dañadas, lo que impide que estas puedan llevar a cabo procesos bioquímicos fundamentales. ^{[ 11 ]} Finalmente, todas estas alteraciones intracelulares causadas por los radicales libres conducen a la muerte celular. ^{[ 11 ]}

Las nanopartículas de cobre con gran actividad catalítica pueden aplicarse a biosensores y sensores electroquímicos. Las reacciones redox utilizadas en estos sensores suelen ser irreversibles y requieren altos sobrepotenciales (mayor energía) para llevarse a cabo. De hecho, las nanopartículas tienen la capacidad de hacer reversibles las reacciones redox y reducir los sobrepotenciales cuando se aplican a los sensores. ^{[ 12 ]}

Uno de los ejemplos es un sensor de glucosa. Con el uso de nanopartículas de cobre, el sensor no requiere ninguna enzima y, por lo tanto, no tiene que lidiar con la degradación y desnaturalización de enzimas. ^{[ 14 ]} Como se describe en la Figura 3, dependiendo del nivel de glucosa, las nanopartículas en el sensor difractan la luz incidente en un ángulo diferente. En consecuencia, la luz difractada resultante da un color diferente según el nivel de glucosa. ^{[ 13 ]} De hecho, las nanopartículas permiten que el sensor sea más estable a altas temperaturas y pH variable, y más resistente a sustancias químicas tóxicas. Además, utilizando nanopartículas, se pueden detectar aminoácidos nativos. ^{[ 14 ]} Un electrodo de carbono serigrafiado recubierto con nanopartículas de cobre funciona como un sistema de detección estable y eficaz para la detección de los 20 aminoácidos. ^{[ 15 ]} Un método in situ, verde y rápido puede sintetizar óxido de cobre/óxido de zinc en tejido de algodón utilizando ácido fólico para aumentar las propiedades de protección UV del tejido. ^{[ 16 ]}

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