Resumen de Nanopartículas como herramientas analíticas y estudios toxicológicos asociados
RESUMEN DE LA TESIS DOCTORAL DE D./Dª ENCARNACIÓN CABALLERO DÍAZ El resumen de la tesis para la base de datos Teseo debe ser una presentación de la tesis y tener la extensión suficiente para que quede explicado el argumento de la tesis doctoral. El formato debe facilitar la lectura y comprensión del texto a los usuarios que accedan a Teseo, debiendo diferenciarse las siguientes partes de la tesis:
1. Introducción o motivación de la tesis Las nanopartículas (NPs) exhiben unas magníficas propiedades fisicoquímicas que las hacen ser excelentes candidatas para su uso en numerosos campos de aplicación incluyendo el ámbito de la Química Analítica. Con este fin, las NPs pueden emplearse como materiales sorbentes en los métodos de tratamiento de muestra que constituyen la primera etapa de la mayoría de los procedimientos analíticos [1]. La enorme habilidad de adsorción superficial que muestran hacia numerosos compuestos tanto orgánicos como inorgánicos, justifica la utilización de las NPs para la extracción y preconcentración de los contaminantes de interés ambiental. Asimismo, y dada su versatilidad de aplicación, las NPs también pueden ser explotadas en otras etapas del procedimiento analítico como en la etapa de detección, para incrementar la sensibilidad de la técnica instrumental y así permitir la detección de contaminantes a bajas concentraciones.
Otra faceta más negativa de las NPs pero no por ello menos importante, es la consideración de sus posibles efectos toxicológicos sobre los seres vivos y el medio ambiente. La evaluación de la Nanotoxicidad (toxicidad causada por las NPs) adquiere una importancia mayor dada la imposibilidad de comparar el comportamiento de estos nanomateriales con otros contaminantes ambientales ya estudiados cuando entran en contacto con los sistemas biológicos. Las características inherentes de las NPs junto con su interacción con otras especies presentes en su entorno, pueden condicionar y variar su toxicidad. La enorme complejidad asociada al establecimiento de efectos toxicológicos bien definidos para las NPs que se están sintetizando continuamente, junto con la variabilidad de los mismos según las condiciones del entorno, hace necesaria y casi obligatoria la investigación en este ámbito de estudio.
2. Contenido de la investigación En cuanto a la aplicabilidad de las NPs, a lo largo de esta Tesis Doctoral se ha abordado el empleo de nanopartículas de carbono (concretamente, nanodiamantes y nanotubos de carbono) como fases sorbentes en tres técnicas de extracción diferentes utilizadas para el tratamiento de muestras ambientales. Asimismo, también se evaluó el potencial de las NPs de plata (AgNPs) para incrementar la señal analítica obtenida por Espectroscopía Raman.
Las técnicas de extracción tomadas como referencia fueron la extracción punto de nube (cloud point), la extracción líquido-líquido y la extracción en fase sólida, y fueron empleadas para la determinación de diversos contaminantes ambientales. La extracción punto de nube estuvo asistida por nanodiamantes que permitieron la consecución del proceso [2]; la extracción líquido-líquido fue modificada con la inclusión de una interfase de nanotubos de carbono que reforzó la extracción del analito de la matriz [3]; y finalmente, la extracción en fase sólida fue realizada empleando nanotubos de carbono como material sorbente empaquetado a través del cual se hizo pasar la muestra acuosa con la consecuente separación del analito de la matriz [4]. En los dos primeros casos, la función desempeñada por las NPs en los esquemas de extracción convencionales fue evaluada por primera vez. En el último caso, se desarrolló un procedimiento muy simple y económico para la determinación de un compuesto farmaceútico en muestras de agua.
Como ya se comentó anteriormente, las NPs (en concreto, las AgNPs) fueron propuestas por su capacidad para incrementar la sensibilidad de la etapa de detección por Raman. En este caso, el tratamiento de muestra consistió en el empleo de un sistema comercial de microextracción en fase sólida, y la etapa de detección estuvo asistida por un sustrato de AgNPs que incrementaron considerablemente la señal del analito a determinar por el conocido efecto SERS (Espectroscopía Raman amplificada por superficie) [5].
Respecto a la evaluación de la nanotoxicidad, se llevaron a cabo dos estudios con diferentes NPs, y varios factores influyentes fueron tenidos en cuenta en cada estudio. Un primer estudio, consistió en evaluar la influencia de las propiedades superficiales de las AgNPs (en especial, su recubrimiento) sobre su estabilidad coloidal, su tasa de oxidación, su habilidad de internalización celular, y finalmente sobre su citotoxicidad [6]. El segundo estudio estuvo enfocado a clarificar la existencia de mecanismos de toxicidad combinada, de tipo sinergia, adición o antagonismo, como consecuencia de la interacción de los nanotubos de carbono con otros contaminantes comunes como el 4-nonilfenol [7].
3. Conclusiones Esta Tesis Doctoral ha permitido profundizar en el conocimiento de las NPs como herramientas analíticas, así como objetos sometidos a evaluación toxicológica. Estas dos facetas de las NPs deben desarrollarse de forma equilibrada de manera que la búsqueda de nuevas y originales aplicaciones de las NPs vaya de la mano de una evaluación sistemática de sus efectos tóxicos asociados.
En el desarrollo de la fase experimental de la investigación, se han propuesto distintos procedimientos analíticos que emplean NPs como herramientas para la determinación de cuatro contaminantes de gran relevancia ambiental. La aplicabilidad de las NPs se ha centrado en el tratamiento de las muestras o bien en la etapa de detección de los procedimientos de análisis.
Además, los estudios sobre citotoxicidad de las NPs han complementado a la perfección la investigación sobre aplicaciones analíticas. Los ensayos de toxicidad con líneas celulares nos han permitido extraer conclusiones relevantes sobre cómo la superficie de las NPs puede variar su interacción con las células y su toxicidad. Asimismo, la presencia de proteínas u otros compuestos químicos, puede condicionar el diferente comportamiento de las NPs frente a los sistemas biológicos.
4. Bibliografía [1] Carbon nanostructures as sorbent materials in analytical processes; M. Valcárcel, S. Cárdenas, B.M. Simonet, Y. Moliner-Martínez, R. Lucena, Trends in Analytical Chemistry 27 (2008) 34-43.
[2] Nanodiamonds assisted-cloud point extraction for the determination of fluoranthene in river water, Analytical Methods 5 (2013) 3864-3871.
[3] Liquid-liquid extraction assisted by a carbon nanoparticles interface. Electrophoretic determination of atrazine in environmental samples. Analyst 138 (2013) 5913-5919.
[4] Carbon nanotubes as solid-phase extraction sorbents for extraction of salicylic acid from river water, Journal of Separation Science DOI: 10.1002/jssc.201301204 [5] Microextraction by packed sorbents combined with surface-enhanced Raman spectroscopy for determination of musk ketone in river water, Analytical and Bioanalytical Chemistry 405 (2013) 7251-7257.
[6] The toxicity of silver nanoparticles depends on their uptake by cells and thus on their surface chemistry, Particle and Particle Systems Characterization 30 (2013) 1079-1085.
[7] Effect of the interaction of single-walled carbon nanotubes with 4-nonylphenol on their in vitro toxicity, submitted to Journal of Hazardous Materials.
