Mexicanos desarrollan nanopartículas que eliminan microorganismos

La innovación del CIQA también puede ser usada para la fabricación de lubricantes industriales, circuitos electrónicos y sustancias que ayuden a transferir calor de manera más adecuada.

Científicos mexicanos del Centro de Investigación en Química Aplicada (CIQA), desarrollan nanopartículas hechas de metales y con tamaños de millonésima de milímetros que ya sirvieron para elaborar una pintura de agua que elimina microorganismos, pero también pueden ayudar para crear nuevos lubricantes industriales, circuitos electrónicos y sustancias que ayuden a transferir calor de manera más adecuada.


Estos avances fueron dados a conocer por Gregorio Cadenas Pliego, investigador del Departamento de Síntesis de Polímeros de CIQA, que es uno de los 26 Centros Públicos de Investigación (CPIs), del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología.


El CIQA está ubicado en Saltillo, Coahuila, y cuenta con otra unidad en Monterrey, Nuevo León. La institución se especializa en desarrollo de materiales poliméricos abarcando toda la cadena de valor del plástico, desde su síntesis en laboratorio hasta su transformación en un producto final. Además, desarrolla materiales compuestos nanoestructurados con características para ser considerados como materiales inteligentes, es decir, que responden a un estímulo.


En la nanoescala, la materia exhibe algunas propiedades que pueden ser diferentes de las propiedades tanto de átomos y moléculas como del material macroscópico. La aparición de estas propiedades se relaciona con la gran energía superficial y el mayor número de átomos superficiales porque cuanto más pequeña es una partícula, la fracción de átomos en la superficie aumenta.


En la última década, el desarrollo de proyectos de investigación que involucran el uso de nanopartículas se incrementó mundialmente. En ese periodo, diferentes grupos de investigación del CIQA han incursionado en el área de nanotecnología con gran éxito.


En una revisión amplia hecha por Cadenas Pliego explicó que en el centro de investigación donde labora se han desarrollado diferentes proyectos relacionados con nanopartículas (NPs) orgánicas e inorgánicas. El experto en síntesis de nanopartículas tiene más de 20 años de experiencia desarrollando proyectos de investigación en ciencia básica y de interés industrial.

“Las NPs metálicas son uno de los materiales más fascinantes para ser estudiados debido al enorme potencial en distintos campos de aplicación y que son importantes para el ser humano. Algunas de las aplicaciones potenciales que presentan las NPs incluyen desde catalizadores, aditivos para lubricantes, nanofluidos de transferencia de calor, fabricación de dispositivos electrónicos y ópticos, tintas conductoras, materiales para conversión de energía solar, biosensores, agentes anti-incrustantes, agentes antimicrobianas, tratamientos de células cancerosas, entre otros”, indicó el científico doctorado en Química por el Centro de Investigación y de Estudios Avanzados (Cinvestav).

NANOPARTÍCULAS METÁLICAS. Las nanopartículas metálicas con capacidad antimicrobianas, han despertado interés científico desde hace muchos años y éste se incrementó con la aparición de la pandemia COVID-19.


En la actualidad existen nanopartículas de una gran variedad de metales y aleaciones, sin embargo, las NPs más empleadas comercialmente son de fierro, oro y plata, las cuales se usan principalmente como agentes antimicrobianos de recubrimiento de instrumental médico, en textiles de uso clínico, en diagnósticos y como agentes terapéuticos en la medicina.


El éxito de comercialización de estas NPs radica en su baja toxicidad así es que su empleo en diferentes productos no tiene ninguna restricción ambiental y sanitaria.


El cobre es un material mucho más barato que el oro y la plata, también posee excelentes propiedades antimicrobianas pero su desarrollo comercial se ha visto obstaculizado debido a que se considera tóxico.


Estudios recientes demuestran que el cobre no es tan tóxico como lo han etiquetado durante muchos años, además se conoce que la toxicidad de un metal se disminuye al ser recubierta su superficie con moléculas pequeñas y/o polímeros. El destino del cobre podría cambiar en los próximos años, la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos (EPA, por sus siglas en inglés) lo ha registrado como el primer y único metal con propiedades antimicrobianas, esta aprobación permite que productos con cobre anuncien sus bondades contra algunas bacterias.


“Los efectos antimicrobianos del cobre que se han estudiado en los últimos 20 años, arrojan resultados sorprendentes, el cobre es capaz de eliminar virus de la gripa porcina o gripe A (MERS) y coronavirus 229E, un virus muy parecido al SARS-CoV-2 y que provoca resfriado común y neumonía. En realidad la gran capacidad antimicrobiana del cobre se conoce desde 3000 años antes de Cristo cuando se usaban piezas de cobre para desinfectar heridas y evitar infecciones”, explicó Gregorio Cadenas en su artículo de divulgación Síntesis de Nanopartículas Metálicas y Estudio de sus Aplicaciones.


Otro estudio interesante que demuestra el poder del cobre fue realizado en hospitales, el uso de cobre en diferentes superficies (reposa brazos, barandillas, etc.), fue estudiado durante 43 meses y demostró una reducción del 83 por ciento de microbios en todos los objetos de cobre, en relación con los que estaban fabricados con otros materiales. La conclusión fue contundente las infecciones hospitalarias redujeron en un 58 por ciento.


Un estudio reciente demostró que la pandemia COVID-19 podría controlarse con el cobre, las superficies de cobre resultaron ser las mas eficientes para eliminar el SARS-Cov-2, solo se requieren de cuatro horas de contacto para eliminar el virus, mientras que en otros materiales los virus pueden permanecer hasta 3 días.


Es conocido que el cobre es eficaz contra los microbios, pero parece que esta propiedad no la estamos aprovechando en el mundo, muy probablemente porque el cobre ha sido satanizado injustamente. Afortunadamente, muchas empresas están apostando por este material y se considera que deberá tener menos regulaciones en un futuro.


“En nuestro grupo de investigación se considera que el cobre podría dar solución a varios problemas nacionales aplicando pocos recursos, a continuación, se describen algunos proyectos que hemos desarrollado en diferentes áreas. La síntesis de nanopartículas de cobre solas o combinadas con otros elementos, como plata, selenio y óxido de zinc, son metodologías de preparación que hemos reportado en diferentes artículos científicos y patentes El tamaño y forma de las nanopartículas se pueden controlar con los métodos de preparación que se han estudiado, esto es importante por que no sólo las nanopartículas de forma esférica y de unos cuantos nanómetros tienen aplicaciones”, detalla el investigador del CIQA.


Las pinturas antifouling marinas, normalmente contienen en su formulación entre 40-55 por ciento de micropartículas de óxido de cobre (CuO), este biocida será remplazado en los próximos años y es necesario buscar alternativas. En CIQA se emplearon NPs Cu en este tipo de pinturas y con 3.0 por ciento de este biocida se logró formular una pintura antifouling con características semejantes a las comerciales.


Las nanopartíuclas de cobre son factibles a oxidarse fácilmente. En el caso de las nanopartículas sintetizadas por los investigadores del CIQA esa oxidación no es un problema; no obstante, en ese Centro Público de Investigación son combinadas con otros elementos como selenio y plata para incrementar su resistencia a la oxidación.

PINTURAS CON NANOPARTÍCULAS. Las pinturas base agua para casa habitación, con nanopartículas metálicas, iniciaron su comercialización recientemente en México. Los científicos de CIQA desarrollaron una pintura comercial con un aditivo de cobre que fue capaz de eliminar microorganismos desde 50-100 partes por millón (ppm). Además, el poder antimicrobiano se puede incrementar en función del contenido de cobre.


Otra ventaja que se estudia en CIQA es que las nano partículas de cobre se pueden mezclar con polímeros para formar nanocompuestos, desplegando muchas aplicaciones; por ejemplo, nanocompuestos de cobre con Nylon 6 y polipropileno muestran excelentes propiedades antimicrobianas y térmicas.


“El tema de las nanopartículas y sus aplicaciones de manera general brinda muchas oportunidades profesionales y empresariales para desarrollar proyectos de gran impacto, en especial las nanopartículas de cobre podrían ofrecer a los jóvenes investigadores una herramienta poderosa para fortalecer su carrera científica. Es necesario tomar esta oportunidad, que ofrece la nanotecnología para avanzar a nivel profesional y convertirse en pioneros de nuevos descubrimientos importantes para nuestro país México. Es urgente evolucionar hacia un futuro que no se imaginaba hace algunos años y la nanotecnología aplicada a polímeros nos brinda esta enorme oportunidad, solo debemos conocerla muy bien”, concluye el Doctor Gregorio Cadenas Pliego.


INSTITUCIÓN. El CIQA fue creado oficialmente en noviembre de 1976, mediante un decreto presidencial, publicado en el Diario Oficial de la Federación. Sin embargo, la gestación del Centro comenzó con un proyecto de investigación puesto en marcha en 1972 cuando la Comisión Nacional de Zonas Áridas, el Conacyt y la UNAM iniciaron un proyecto para impulsar el desarrollo de las zonas áridas de México. El uso del hule fue el primer tema de estudio de CIQA pero en la actualidad aborda decenas de temas de química aplicada.