panoramica UJI

Un equip internacional de recerca obté un nou material que mostra una forta acció contra fongs i tumors

24/10/2019 | SCP

Un equip format per investigadors i investigadores dels Departaments de Química Física i Analítica (Juan Andrés Bort); Química Inorgànica i Orgànica (Eloísa Cordoncillo i Héctor Beltrán) i Física (Gladys Mínguez) de la Universitat Jaume I de Castelló en col·laboració amb l'amb el Centre de Desenvolupament de Materials Funcionals (CDMF), Centre de Recerca, Innovació i Difusió (CEPID) de la FAPESP amb seu en la Universitat Federal de São Carlos (UFSCar), al Brasil, dirigit pel professor Elson Longo, han desenvolupat un nou material amb propietats antifúngiques i antitumorals.

El compost s'ha obtingut a partir d'una mostra d'un òxid mixt de wolframi i plata (α-Ag2WO4) irradiat amb electrons i amb feixos de làsers amb polsos a una escala de femtosegons (milbillonèsimes de segons) en la qual ocorren les reaccions químiques, amb intercanvis d'electrons entre àtoms i molècules, i els resultats de les quals s'han publicat en un article en la revista la revista Scientific Reports del grup Nature en 2019.

L'ús cada vegada major de semiconductors ha desencadenat una onada de desenvolupament de nous materials amb una àmplia gamma d'aplicacions tecnològiques. En particular, una de les famílies de semiconductors que més ha cridat l'atenció dels investigadors en l'àrea de Ciència de Materials és la dels òxids mixtos que contenen wolframi en la seva composició.

Dins d'aquesta família, l'òxid mixt de wolframi i plata és un material inorgànic amb aplicacions en fotocatalitzadors i fotointerruptors, o com a alternativa als semiconductors convencionals de banda ampla. Aquest compost i els seus polimorfs ha sigut el focus de diferents estudis teòrics i experimentals des de fa més de cinc anys, dins d'un ampli projecte de recerca entre l'UJI i el CDMF-CEPID.

«La plata és un element químic que a escala nano és capaç d'augmentar les propietats bactericides respecte a l'òxid mixt de wolframi i plata sense irradiar. El notable ha estat que després de la irradiació amb electrons i/o làser de femtosegon, i la producció dels filaments de plata, el compost modificat va passar a exhibir una acció antibactericida fins a 32 vegades més eficaç que l'anterior a la irradiació», ha explicat el professor Longo.

L'acció antifúngica de l'òxid mixt irradiat també s'ha verificat en plaques de Petri amb cultius del fong candida albicans, que causa la infecció anomenada candidiasis. Com ja es coneixia la quantitat mínima de l'òxid mixt de wolframi i plata capaç d'eliminar un cultiu d'aquest fong, l'equip investigador va aplicar la mateixa quantitat del compost modificat sobre el cultiu. El resultat que es va observar va ser anàleg. Després van disminuir a la meitat el volum de la substància i van repetir l'experiment, eliminant novament els fongs.

Per a verificar l'acció antitumoral del compost es van utilitzar cèl·lules tumorals de carcinoma de bufeta en rates exposades durant 24 hores a diferents concentracions del compost. Els resultats van mostrar una disminució significativa de la viabilitat cel·lular, i el millor resultat es va obtenir amb la concentració de 11,58 µg ml, en la qual es va observar una disminució del 80% en la viabilitat de les cèl·lules del carcinoma de bufeta.

Després de constatar les propietats antifúngiques i antitumorals del nou compost, els investigadors de l'UJI i CDMF-CEPID han estudiat la seva seguretat en un eventual ús en pacients humans. Es van analitzar quatre concentracions del compost irradiat de l'òxid mixt de wolframi i plata, que se situaven en la franja d'excel·lent activitat fungicida (de 3,9 μg/ ml a 31,2 μg/ ml), en llinatges cel·lulars de fibroblastos gingivals humans. Després de 24 hores d'incubació, es van avaluar els efectes dels compostos sobre la viabilitat cel·lular, sobre la proliferació cel·lular i sobre la morfologia cel·lular mitjançant l'assaig fluorimètric quantitatiu i amb microscòpia confocal làser d'escombratge, respectivament. «Els resultats van demostrar que no va haver-hi una pèrdua estadísticament significativa de la viabilitat cel·lular per a aquestes concentracions, la qual cosa revela que el compost no revesteix riscos per a la salut», ha comentat l'equip investigador.

DUALITAT ONA-PARTÍCULA

Aquesta recerca pot considerar-se com un exemple clar de recerca fonamental, ja que ha confirmat i demostrat tant teòrica com experimentalment una de les bases de la mecànica quàntica, la dualitat ona-partícula. Es tracta d'una propietat fonamental de la matèria descrita pel físic francès Louis-Victor De Broglie l'any 1924 i mereixedora d'un Nobel de Física en 1929, segons la qual els electrons poden comportar-se com a partícules o com a ones depenent de l'experiment.

«Durant nou dècades aquesta dualitat ha estat observada en nombrosos experiments científics, però encara no s'havia demostrat en termes experimentals mitjançant l'ús de feixos de partícules [en aquest cas, electrons] i feixos d'ones [làsers] per a l'obtenció d'alteracions idèntiques en compostos materials», explica el professor Longo i «quan ens adonem que la irradiació amb electrons feia que sorgissin els filaments de nanopartícules de plata en el wolframato de plata, decidim investigar si no podria obtenir-se aquest mateix resultat aplicant feixos de làser en lloc de la irradiació d'electrons i comprovem experimentalment la dualitat ona-partícula que De Broglie va proposar fa 95 anys» conclou Longo.

La literatura científica actual mostra que existeix una utilització cada vegada major punt de les tècniques de microscòpia avançades, que involucren irradiació d'electrons, com de làsers de femtosegons en el processament de materials per a l'obtenció de nous compostos amb propietats altament atraients i que aporten avanços tecnològics. «Durant el procés d'irradiació amb electrons i làser, s'introdueix un desordre electrònic i estructural en l'òxid mixt de wolframi i plata, que compleix un important paper en la nucleación i en el creixement de filaments de plata» explica el professor Andrés

En principi, la segregació dels àtoms de plata a causa de la irradiació de làsers en femtosegons ocorreria de manera anàloga, però es produeix de forma més ràpida, pel fet que un pols de làser de femtosegons és capaç de subministrar una potència màxima en un lapse de temps summament curt. «A causa de la diferent velocitat de segregació, es va predir teòricament que la morfologia obtinguda de les nanopartícules de plata tendiria a ser diferent sota la radiació de feix d'electrons que l'obtinguda quan s'irradia la mostra amb radiació làser de femtosegons», han comentat els autors.

Aquest fet s'ha confirmat experimentalment. En fer incidir feixos de làsers de femtosegons en la superfície de l'òxid mixt s'ha verificat anàlogament la formació de filaments de nanopartícules de plata amb diferent morfologia, i «així aconseguim obtenir el mateix resultat que s'havia obtingut mitjançant la irradiació amb electrons, la qual cosa demostra en la pràctica la dualitat ona-partícula», indica Andrés.

A més els tres primers articles publicats en els anys 2013 i 2014 en les revistes Scientific Reports i Journal of Physical Chemistry C han estat citats més de 280 vegades. D'altra banda, l'articulo «Formation of Ag nanoparticles under electron beam irradiation: Atomistic origins from first-principles calculations», en la revista International Journal of Quantum Chemistry, ha estat un de l'articles més descarregats en la revistes de l'àrea de Química de l'editorial Wiley l'any 2018. Fruit també d'aquesta col·laboració internacional ha estat l'aprovació d'una patent internacional de «Materials basats en nanopartícules de plata amb alta activitat antimicrobiana» (BR 10 2019 015473).

Les recerques han estat finançades per la Fundação d'Amparo à Perquisició do Estat de São Paulo -FAPESP, FINEP-, Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientifico e Tecnològic - CNPq i CAPIS, Universitat Jaume I de Castelló, Generalitat Valenciana, i Ministeri de Economia i Competitivitat d'Espanya.

Referència: MACEDO, Nadia G., et al. Tailoring the bactericidal activity of Ag nanoparticles/α-Ag2WO4 composite induced by electron beam and femtosecond laser irradiation: Integration of experiment and computational modeling. ACS Applied Bio Materials, 2019, vol. 2, no 2, p. 824-837


Notícia publicada a Facebook | Twitter | LinkedIn | Instagram

Universitat Jaume I CIF: Q-6250003-H Av. Vicent Sos Baynat, s/n 12071 Castelló de la Plana, Espanya
Tel.: +34 964 72 80 00 Fax: +34 964 72 90 16