Resumen

El estudio se enfoca en aprovechar las propiedades antimicrobianas de nanopartículas de cobre para desarrollar un producto desinfectante capaz de controlar y eliminar virus, bacterias y otros patógenos comunes.
Al reducir el tamaño de partícula a menos de 100 nanómetros, aumentan las propiedades del cobre lo que permite su incorporación en productos de desinfección.
Esto podría reemplazar a productos químicos menos efectivos y dañinos para el medio ambiente. Para lograrlo, se eligió el método de síntesis conocido como “”síntesis verde””, que utiliza extracto acuoso de Callistemon citrinus, y sulfato de cobre como agentes reductores y precursores.
Las nanopartículas de cobre resultantes se caracterizaron mediante espectroscopía ultravioleta visible, mostrando longitudes de onda en el rango de 400-420 nm y morfología esférica con tamaños de 20 a 40 nm.
Se eligieron las nanopartículas de cobre debido a sus propiedades antimicrobianas y su capacidad desinfectante, el estudio incluye la dispersión de las nanopartículas de cobre en un sanitizante orgánico aplicado en la vestimenta quirúrgica, con la intención de evaluar y, si es posible, escalar la producción. Se opta por un método de síntesis orgánico
para minimizar el impacto ambiental y garantizar la seguridad en caso de contacto con heridas abiertas. El objetivo es desarrollar una solución de aerosol que contenga estas nanopartículas, que además sea efectiva, segura y respetuosa con el medio ambiente para la desinfección de ropa quirúrgica, para uso de médicos cirujanos y enfermeros que trabajan con patógenos.

Pregunta de Investigación

Planteamiento del Problema

Se busca mitigar el uso de materiales desinfectantes poco efectivos en contra de microorganismos multirresistentes, ya que tras el paso de la pandemia COVID-19 el consumidor ha buscado maneras más eficientes de proteger la seguridad
sanitaria.
En la búsqueda continua de soluciones efectivas para combatir la propagación de enfermedades infecciosas, especialmente en entornos de atención médica, la nanotecnología ha surgido como una posible respuesta. En particular, las nanopartículas de cobre y plata han demostrado tener propiedades antimicrobianas significativas que pueden ser aprovechadas en la fabricación de sanitizantes quirúrgicos más eficaces.

Antecedentes

En la búsqueda continua de soluciones efectivas para combatir la propagación de enfermedades infecciosas, especialmente en entornos de atención médica, la nanotecnología ha surgido como una posible respuesta. En particular, las nanopartículas de cobre y plata han demostrado tener propiedades antimicrobianas significativas que pueden ser aprovechadas en la fabricación de sanitizantes quirúrgicos más eficaces. Sin embargo, su producción tradicional conlleva el uso de sustancias químicas tóxicas y métodos energéticamente intensivos, lo que plantea preocupaciones
ambientales y de seguridad.
Los avances en la nanotecnología han impulsado la investigación y el desarrollo de materiales nanoestructurados con propiedades antimicrobianas. Entre estos materiales, las nanopartículas de cobre y plata han sido objeto de un
interés significativo debido a su capacidad para eliminar microorganismos patógenos, como bacterias, virus y hongos.

2.2.1. Propiedades antimicrobianas

Se ha demostrado que las nanopartículas de cobre y plata poseen propiedades antimicrobianas debido a su capacidad para liberar iones metálicos que interfieren con las funciones celulares de los microorganismos. Esto las hace efectivas contra una amplia gama de patógenos y las convierte en candidatas prometedoras para aplicaciones sanitarias.

2.2.2. Métodos de síntesis convencionales

La producción de nanopartículas de cobre y plata se ha llevado a cabo tradicionalmente utilizando métodos químicos convencionales que involucran reactivos tóxicos y consumen grandes cantidades de energía. Estos métodos plantean
preocupaciones ambientales y de seguridad.

2.2.3. Síntesis verde

En respuesta a los desafíos ambientales y de seguridad asociados con la síntesis convencional, ha surgido un enfoque de síntesis verde. Este enfoque implica la producción de nanopartículas utilizando extractos de plantas, microorganismos u otras fuentes naturales como agentes reductores y estabilizadores. La síntesis verde busca reducir el impacto ambiental y mejorar la sostenibilidad del proceso.

2.2.4. Aplicaciones en sanitizantes quirúrgicos

Las nanopartículas de cobre y plata sintetizadas de manera verde ofrecen la posibilidad de ser utilizadas en la fabricación de sanitizantes quirúrgicos más efectivos. Estos sanitizantes podrían desempeñar un papel crucial
en la prevención de infecciones en entornos médicos, reduciendo la propagación de patógenos durante procedimientos quirúrgicos y cuidado de pacientes.

2.2.5. Investigación en curso

La investigación actual se centra en desarrollar métodos de síntesis verde eficaces y escalables para la producción de nanopartículas de cobre y plata con propiedades antimicrobianas. Además, se busca comprender mejor cómo estas
nanopartículas interactúan con microorganismos y cómo se pueden incorporar de manera segura en productos sanitarios.
Se busca mitigar el uso de materiales desinfectantes poco efectivos en contra de microorganismos multirresistentes, ya que tras el paso  de la pandemia COVID-19 el consumidor ha buscado maneras más eficientes de proteger su seguridad
sanitaria. El proyecto tiene la finalidad de implementar las nanopartículas de cobre como un potencial material bactericida; aplicar el cobre a diversas superficies, como reposa brazos, barandillas, entre otros.
Al ser estudiado durante 43 meses, se obtuvo como resultado la reducción del 83% de microbios en los objetos de
cobre, en comparación con otros objetos hechos con otros materiales; en conclusión, las infecciones hospitalarias disminuyeron en un 58% (Pilego, 2021).

Objetivo

Desarrollar una solución de aerosol que contenga estas nanopartículas, que además sea efectiva, segura y respetuosa con el medio ambiente para la desinfección de ropa quirúrgica.

Justificación

La justificación para investigar y desarrollar nanopartículas de cobre y plata por síntesis verde radica en los siguientes puntos: la necesidad de soluciones efectivas, ya que, en un contexto global, de aumento de las infecciones resistentes a los antibióticos y la propagación de enfermedades infecciosas, es fundamental desarrollar y mejorar las herramientas de desinfección y esterilización; sostenibilidad ambiental y seguridad, porque gracias a la síntesis verde, se ofrece la oportunidad de producir nanopartículas antimicrobianas de manera más respetuosa con el medio ambiente y con menor riesgo para la salud humana, lo que es fundamental en el ámbito de la atención médica; finalmente con el control de calidad y eficacia, puesto que el desarrollo de métodos de síntesis verde puede mejorar la precisión en la producción
de nanopartículas, lo que a su vez aumentaría su eficacia antimicrobiana y su potencial para reducir la propagación de infecciones en entornos médicos.

Hipótesis

La síntesis verde de nanopartículas de cobre y plata permitirá la producción de materiales antimicrobianos altamente efectivos y seguros para su incorporación en sanitizantes quirúrgicos, lo que resultará en una reducción significativa de la propagación de infecciones en entornos médicos y un impacto positivo en la sostenibilidad ambiental.
Esta hipótesis sugiere que la síntesis de nanopartículas de cobre y plata mediante enfoques sostenibles y naturales tendrá un impacto positivo en la eficacia de los sanitizantes quirúrgicos y en la reducción de la propagación de infecciones, al tiempo que mejorará la seguridad y la sostenibilidad de la producción de estos materiales. Para probar esta hipótesis, se requerirá una investigación detallada y análisis experimental.

Método (materiales y procedimiento)

Para llevar a cabo la investigación y el desarrollo de la metodología llamada “síntesis verde” fue necesario recopilar grandes cantidades de información y antecedentes.
Sintetizar nanopartículas de plata y cobre mediante un enfoque de síntesis verde implica el uso de agentes reductores y estabilizadores naturales o ambientalmente benignos para reducir los iones metálicos y formar las nanopartículas.

3.1. Materiales necesarios:

• Nitrato de plata y sulfato de cobre
• Extractos de plantas (en el caso de las nanopartículas de plata se utilizó la planta de cilantro y bottle brush para
las nanopartículas de cobre
• Un recipiente de reacción (como un matraz de fondo redondo).
• Una fuente de calentamiento (como una plancha de calentamiento).
• Agua destilada.

3.2. Síntesis

• Preparación de las soluciones de sales metálicas: Se disuelven el nitrato de plata y el sulfato de cobre por separado en agua destilada para crear soluciones acuosas de iones metálicos. La concentración y la relación entre las dos sales dependerán de la composición deseada de las nanopartículas.
• Preparación del agente reductor natural: Se utilizan los extractos de plantas o microorganismos previamente preparados como agentes reductores. Estos extractos suelen contener compuestos orgánicos que pueden reducir los
iones metálicos.
• Mezcla de soluciones: Se combinan las soluciones de los reactivos y el agente reductor en el recipiente de
reacción. Se ajustan las concentraciones y las relaciones según las propiedades deseadas de las nanopartículas (tamaño, forma, composición).
• Calentamiento: Se calienta la mezcla a una temperatura adecuada, generalmente entre 60°C y 90°C, utilizando una fuente de calentamiento. El calor activará el agente reductor natural y comenzará la reducción de los iones metálicos.
• Formación de nanopartículas: A medida que los iones metálicos se reducen, las nanopartículas de plata y cobre comenzarán a formarse. La reacción puede llevar varias horas, y el tiempo puede afectar el tamaño y la forma de las nanopartículas.
• Caracterización: Luego de haber sintetizado las nanopartículas se requiere una técnica de caracterización, tal como la
espectroscopia UV-Vis, para conocer las propiedades de las nanopartículas sintetizadas, incluyendo su tamaño, forma y composición.
• Lavado y almacenamiento: Se lavan las nanopartículas para eliminar cualquier exceso de reactivo y luego se almacenan en una solución adecuada para su posterior uso.

Galería Método

Resultados

Una vez realizado el método de síntesis de NPs de cobre con hojas de Bottle brush, se obtuvo que, al mezclar la solución de nitrato cúprico con el extracto, se obtuvo el color deseado, agregando aproximadamente 1 ml de extracto. Al obtener las propiedades físicas aparentemente adecuadas, llevamos nuestra muestra a hacer un análisis de espectroscopía UV-Vis, los
resultados arrojaron un espectrograma donde muestra un pico en 600nm, indicando la formación de nanopartículas de plata y cobre.

Galería Resultados

Discusión

En este trabajo investigativo se estudió el efecto antimicrobiano que el cobre y la plata pueden tener sobre diferentes agentes patógenos, como virus y bacterias. Al reducir el tamaño de estos materiales hasta nanopartícula, es decir, menos de 100 nm, las propiedades aumentaron su efectividad y acortó el tiempo de respuesta de eliminación de estos agentes. El cobre, de igual manera, resulta mucho menos tóxico que otros materiales desinfectantes, esto se tradujo en un menor daño a la piel, evitando lesiones y afecciones graves.

Conclusiones

Los resultados demuestran que las nanopartículas de cobre y plata pueden ser un gran material para sustituir el alcohol etílico al momento de eliminar agentes patógenos y otros microorganismos resistentes a medicamentos en la actualidad. Es relevante centrar toda nuestra atención sobre el proceso de síntesis para obtener de manera exitosa el tamaño de partícula que deseamos y las propiedades que más nos benefician de este mineral.

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Summary

Research Question

Problem approach

Background

Objective

Justification

Hypothesis

Method (materials and procedure)

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Results

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Discussion

Conclusions

Bibliography