Nanopartículas verdes sintetizadas para aplicaciones de imágenes de TC

Nanopartículas verdes sintetizadas para aplicaciones de imágenes de TC


La ablación por láser pulsado en medio líquido (PLAL) es una técnica respetuosa con el medio ambiente que permite la formación de nanomateriales de alta pureza. Es una alternativa física a los métodos químicos tradicionales. En un artículo reciente publicado en la revista Scientific Reportslos investigadores analizaron la preparación de nanopartículas de oro (AuNP) en una solución de goma arábiga (GA) utilizando la ablación con láser como agente de contraste para la tomografía computarizada (TC).

Nanopartículas verdes sintetizadas para aplicaciones de imágenes de TC

Estudio: Síntesis verde de nanopartículas de oro en goma arábiga usando ablación con láser pulsado para imágenes de TC. Crédito: Conoce/Shutterstock.com

El equipo evaluó las propiedades ópticas de las NP sintetizadas mediante la técnica de espectroscopia de absorción. La información sobre la forma y el tamaño de las nanopartículas preparadas se obtuvo a partir de imágenes de microscopio electrónico de transmisión (TEM) y el software ImageJ. Las imágenes TEM mostraron que los GA-AuNP eran esféricos con buena estabilidad y más pequeños que los AuNP sin GA.

El espectro de absorción de los GA-AuNP mostró un desplazamiento hacia el azul a una longitud de onda más baja con una altura de pico de plasmón más alta a 514 nanómetros. Con la ayuda del presente trabajo, los investigadores demostraron la influencia positiva de GA en AuNP.

Nanomateriales en la tomografía computarizada

Los nanomateriales tienen propiedades físicas únicas y son una herramienta robusta para aplicaciones biomédicas. Las NP metálicas se utilizan en los campos de la medicina, la biodetección, la alimentación, la cosmética y las ciencias biomédicas.

Las AuNP son intrínsecamente no tóxicas, fácilmente disponibles, de forma y tamaño controlados, y tienen la capacidad de modificar la superficie con una alta reactividad de partículas. Debido a la resonancia de plasmón de superficie localizada (LSPR) de AuNP, las AuNP muestran un color púrpura o rojo a una longitud de onda de 530 nanómetros. Además, las propiedades de las AuNP se modifican controlando la forma y el tamaño o modificando la superficie mediante un proceso sintético.

Las NP sintetizadas pueden funcionalizarse en la superficie introduciendo ligandos. Esta funcionalización aumenta su hidrofilicidad y estabilidad, evitando la colisión y posterior aglomeración de NPs.

Para funcionalizar las nanopartículas, los ligandos se agregan durante su síntesis. Además, los medios en los que se sintetizan las NP juegan un papel crucial en su funcionalización. Las interacciones iónicas entre los medios y los agentes funcionalizantes pueden conducir a la inestabilidad de las NP que conduce a su agregación.

PLAL implica la ablación de objetivos sólidos mediante el uso de potentes rayos láser, lo que da como resultado la producción de nanomateriales. PLAL es un método económico y no tóxico que permite la producción de nanomateriales de alta pureza. Con este método, se pueden obtener AuNP sin agentes reductores.

La tomografía computarizada (TC) es un enfoque de diagnóstico que utiliza rayos X en imágenes anatómicas 3D de alta resolución. Sin embargo, la atenuación de rayos X muestra una pequeña diferencia para los tejidos blandos, lo que dificulta la distinción entre los tejidos circundantes. Aunque el contraste de yodo puede superar estas limitaciones, los nanomateriales son mejores agentes de contraste.

GA-AuNP en imágenes de TC

En el presente estudio, los investigadores querían utilizar GA-AuNP en imágenes de TC como agentes de contraste y estudiar sus propiedades. Utilizaron el método PLAL para sintetizar GA-AuNP con láseres de diferentes energías. Estudiaron la variación del tamaño de las partículas variando las concentraciones de GA y el número de pulsos de láser.

Los AuNP se sintetizaron en agua desionizada en presencia y ausencia de GA y mediante ablación con láser. Los investigadores observaron un cambio de color después de segundos de ablación. La muestra de AuNP apareció de color rojo brillante y los GA-AuNP eran de color púrpura oscuro. Este cambio de color se debió a LSPR.

La espectroscopia de absorción atómica (AAS) reveló que la concentración de GA-AuNP era más alta que la de AuNP debido al recubrimiento de GA, que impedía la agregación de AuNP. Por otro lado, los AuNP desnudos se agregaron en partículas más grandes y, en consecuencia, redujeron el número de partículas.

La absorción a alta potencia de láser mostró un aumento en la altura del pico de plasmón, lo que indica que no hubo cambios significativos en la concentración de AuNP. Con el aumento de la energía, el pico mostró un cambio azul. Además, a altas energías, las NP mostraron una distribución y un tamaño promedio inicialmente más grandes. Sin embargo, con la irradiación láser continua, el tamaño y la distribución mostraron una tendencia decreciente debido a la fragmentación.

Conclusión

En resumen, los investigadores ilustraron la síntesis de AuNP utilizando la técnica PLAL. Observaron que la presencia de GA afectó significativamente el tamaño y la producción de NP. En comparación con las AuNP, las GA-AuNP tenían un tamaño más pequeño sin agregación porque la GA actuaba como un agente estabilizador que controlaba la producción y el recubrimiento de las AuNP.

Veinte miligramos de GA lograron un desplazamiento hacia el azul con un pico de absorción a 514 nanómetros, lo que le dio a las NP una mayor estabilidad y reducción de tamaño. Los parámetros de ablación con láser tuvieron un tremendo impacto en las propiedades de las GA-AuNP. Además, la cantidad de pulsos de láser afectó las propiedades de las GA-AuNP.

Una energía de más de 200 milijulios aseguró una alta estabilidad y tamaños más pequeños para las NP. La concentración de GA-AuNP afectó la calidad de la imagen de TC. Además, aumentar la concentración de GA-AuNP a 54 partes por millón mejoró el contraste de la imagen al aumentar el número de CT.

Sobre la base de estos resultados, los investigadores concluyeron que GA podría servir como un agente de contraste prometedor para aplicaciones biomédicas como imágenes médicas e imágenes por resonancia magnética (MRI) y como un agente específico para la terapia del cáncer.

Relación

Mzwd E, Ahmed NM, Suradi N, Alsaee SK, Altwyan AS, Almessiere MA, Omar AF et al. (2022) Síntesis verde de nanopartículas de oro en goma arábiga mediante ablación con láser pulsado para imágenes de TC. Informes científicos. https://doi.org/10.1038/s41598-022-14339-y

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