Síntese verde de nanopartículas de prata com extrato aquoso de folhas de Brosimum gaudichaudii, caracterização fisicoquímica, morfológica e suas aplicações no desenvolvimento de um nanobiossensor eletroquímico

Abstract

As técnicas fisicoquímicas utilizadas tradicionalmente na síntese de nanopartículas metálicas (NPMs) envolvem solventes tóxicos e a geração de resíduos potencialmente nocivos à saúde e ao meio ambiente, limitando em diversas circunstâncias o seu amplo uso em aplicações biomédicas. Diante desse quadro, surge grande interesse na busca por rotas alternativas de síntese mais seguras e com menor impacto ao meio ambiente. A síntese verde de NPMs visa à utilização de organismos biológicos, ou partes deles (como órgãos, tecidos, células ou biomoléculas), como substituintes de reagentes químicos tóxicos nas reações de síntese de nanocompostos, apresentando-se como uma alternativa sustentável. O presente projeto propôs sintetizar nanopartículas de prata (AgNPs) por rotas de síntese verde utilizando o extrato aquoso proveniente das folhas de Brosimum gaudichaudii Trécul (Moraceae), uma planta abundante no cerrado brasileiro. O aperfeiçoamento dos parâmetros e condições da síntese foi realizado visando à obtenção de nanopartículas com características almejáveis de monodispersividade e estabilidade em suspensão coloidal, além da caracterização quanto aos parâmetros morfológicos e fisicoquímicos. Após otimização das condições de síntese, foram obtidas AgNPs com o diâmetro médio de aproximadamente 21 nm e potencial Zeta de -30 mV. A formação eficiente de AgNPs foi dependente de parâmetros do processo, como concentração do extrato, pH inicial da reação e presença/ausência de surfactantes. O extrato de B. gaudichaudii atuou na biorredução e no recobrimento das NPs e verificou-se que o período de coleta das folhas (inverno ou verão) influenciou diretamente na taxa de síntese das partículas e nas suas características morfológicas e fisicoquímicas. A cinética de formação das AgNPs, monitorada por microscopia de força atômica, descreveu a nucleação e crescimento das AgNPs, começando com o surgimento de duas populações que, ao longo do tempo, aumentaram de tamanho e formaram uma única população. Também foi avaliado o perfil de dissolução das AgNPs em meio salino e observou-se que nas condições testadas elas não sofrem o processo de dissolução. Ensaios de viabilidade celular mostraram que as AgNPs sintetizadas apresentaram atividade citotóxica dependente da sua concentração, e comparáveis à ação da prata livre, para as linhagens de células eucarióticas tumorais MCF-7 e não tumorais NIH3T3. A sua atividade antibacteriana em Escherichia coli foi dependente do período de coleta das folhas da planta e não houve atividade antifúngica em ensaio com a levedura Saccharomyces cerevisiae. Adicionalmente, as AgNPs foram aplicadas na construção de um nanobiossensor à base de grafeno com o objetivo de possivelmente potencializar o sinal eletroquímico e os resultados preliminares indicam que, embora a capacidade de detecção do dispositivo seja promissora, as AgNPs não aumentaram a condutividade elétrica do sensor devido à formação de artefatos no dispositivo e estudos futuros são necessários. Todas as etapas desse trabalho foram realizadas para que as AgNPs obtidas por essa rota consistissem em um material de interesse no desenvolvimento de novos produtos nanotecnológicos com bases sustentáveis. O processo de síntese apresentou uma alta reprodutibilidade e está de acordo com os princípios da química verde, apresentando-se como uma alternativa sustentável, eco-amigável, de custo baixo e biocompatível na síntese de AgNPs. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT

The physicochemical techniques traditionally used in the synthesis of metallic nanoparticles (MNPs) involve toxic solvents and the generation of residues potentially hazardous to health and to the environment limiting their use in biomedical applications. Therefore, great interest arises in the search for safer and eco-friendly alternative routes for MNP synthesis. The green synthesis of MNPs aims to utilize biological organisms, or parts of them (such as organs, tissues, cells or biomolecules), as substitutes for chemical toxic reagents as a sustainable approach in the synthesis of nanomaterials. The present work aims to greenly synthesize silver nanoparticles (AgNPs) using the aqueous extract from the leaves of Brosimum gaudichaudii, a plant abundantly present in the Brazilian Cerrado vegetation. The synthesis parameters optimization was performed in order to obtain nanoparticles with the desired properties of monodispersity and colloidal stabillity and the AgNPs were also characterized concerning its morphological and phisicochemical properties. After the synthesis conditions optimization, AgNPs showed an average diameter of approximately 21 nm and a Zeta potential of -30mV. The efficient AgNPs formation was dependent on the synthesis parameters, such as extract concentration, inicial pH of the reaction and the presence of surfactants. The leaf extract of B. gaudichaudii was responsible for the metal reduction and capping of the nanoparticles. It was also verified that the season when the plant leaves were harvested (winter or summer) had a major influence in the particle synthesis rate and in its morphological and physicochemical characteristics. The AgNPs formation kinetics, evaluated by atomic force microscopy, described the AgNPs nucleation and growth, starting with two particle populations that, trough time, increased in size leading to the formation of only one particle population. The particle dissolution profile in saline solutions was also evaluated and the data showed that the AgNPs do not dissolve in saline media. Cell viability assays revealed that the AgNPs citotoxic activity was concentration-dependent and comparable to that of silver nitrate with breast cancer cells (MCF-7) and normal cells (NIH3T3). Their antimicrobial activity in Escherichia coli was dependent on the season when the leaves were collected and the AgNPs showed no antifungal activity against Saccharomyces cerevisiae. Furthermore, the synthesized AgNPs were utilized in the assembly of a biosensor aiming to enhance its electrochemical signal and the preliminary results indicated that the biosensing system had a promising detection range, but the AgNPs did not enhance the electrical conductivity due to the formation of artifacts in the device and further studies are necessary. All the stages of this study were performed aiming that the AgNPs synthesized through this route would consist in a material of interest in the development of new nanotechnological products with a sustainable approach. The synthesis process is in accordance with the green chemistry principles, presenting itself as a sustainable alternative, eco-friendly, biocompatible and low cost alternative for AgNP synthesis.