La interacción de las nanopartículas con microorganismos es un área de investigación que se encuentra en desarrollo y que está induciendo la evaluación de la capacidad antimicrobiana de ciertas nanopartículas que contienen plata contra diferentes tipos de bacterias, lo que ha motivado a los científicos al estudio de una variedad de formulaciones que contengan iones de plata [91].
Las nanopartículas han sido sintetizadas empíricamente por miles de años. El primer ejemplo de considerable reconocimiento es la obra maestra de los Romanos que data del siglo IV después de Cristo, conocida como la Copa Lycurgus, una copa de bronce que
36 exhibe la propiedad inusual de dicronismo, luciendo de color verde en luz reflejada (si la fuente de luz proviene de la parte exterior) y roja en luz transmitida (si la fuente de luz se mantiene dentro de la copa), debido a las nanopartículas suspendidas en el vidrio (Figura 2.20), esta copa contiene muy pequeñas cantidades de oro (alrededor de 40 ppm) y plata (alrededor de 300 ppm) en la forma de nanopartículas [1].
Figura 2.20. Copa de Lycurgus.
Las nanopartículas de oro y plata se han empleado más frecuentemente como colorantes, particularmente para ventanas de iglesias [92].
Muchas aplicaciones, incluyendo la producción de productos alimenticios, así como médicos, pudieran beneficiar mediante la incorporación de biocidas (perdurables por un tiempo largo, además de seguros y baratos) en el interior de polímeros, pinturas, o textiles.
El efecto antimicrobiano de los aditivos de plata es ampliamente usado en productos plásticos fabricados por el proceso de moldeo-inyección en la industria textil, y en aplicaciones basadas en recubrimientos, incluyendo ductos de aire, mostradores y áreas donde se preparan alimentos. Algunas ventajas importantes del uso de antimicrobianos base plata es su excelente estabilidad térmica y su seguridad ambiental [93].
La plata también se encuentra en líquidos para el lavado de verduras en México (Microdyn), sin embargo la exposición más común a la plata es en las amalgamas, las cuales contienen alrededor de un 35 % de Ag. Tradicionalmente sales de plata (1.5 % de AgNO3) eran administradas por ley a los ojos de los infantes recién nacidos para prevenir infecciones neonatales [94].
Los compuestos de plata tiene aplicaciones en muchas industrias, como en la aeroespacial, recubrimiento de superficies (por ejemplo, refrigeradores, teléfonos celulares, lavadoras, procesamiento de alimentos, mobiliario de cocina, etc.), y para uso en hospitales. Diversas
37 investigaciones indican además que la plata puede también ser efectiva en sistemas de purificación para desinfectar agua o aire [95].
El uso de nanotecnología y nanomateriales en investigaciones médicas es un campo que está en rápido crecimiento en el cual los mecanismos funcionales de las nanopartículas a base de un metal dentro de un sistema biológico complejo apenas están en proceso de su entendimiento [91]. Ha sido reconocido en particular por muchas industrias el potencial benéfico de los materiales de nano-plata debido a su fuerte actividad antimicrobiana contra un amplio espectro de bacterias, virus, hongos y por su baja frecuencia de estos a desarrollar resistencia [93].
El uso más amplio y mejor conocido de las preparaciones de plata en medicina es como agente antimicrobiano para el tratamiento de quemaduras serias. Inicialmente se usaba sulfadiazina de plata de forma tópica (crema), pero recientemente se ha optado por la incorporación de este ingrediente activo directamente en las vendas usadas sobre la superficie de la piel quemada y de forma similar en heridas grandes que están expuestas, causadas por algún trauma o en pacientes diabéticos. Un resumen general de algunos usos de la plata puede ser encontrado en la página The Silver Institute (http://www.silverinstitute.org) [94].
Por otra parte, la plata está surgiendo como un material interesante para ser usado en diferentes clases de fibras textiles, mostrando durabilidad de lavado contra S. aureus y K.
pneumoniae, además las nanopartículas de plata también se pueden recubrir sobre espumas de poliuretano y puede ser lavado varias veces sin pérdida alguna de las nanopartículas [96].
Debido a sus buenas propiedades antibacterianas en años recientes se han usado en una variedad de aplicaciones médicas que van desde vendajes para heridas a catéteres urinarios [97]. Generalmente, los aditivos antimicrobianos basados en plata consisten de iones de plata integrados dentro de una matriz inerte consistente de cerámica, vidrio, o zeolita [93].
Existen varias razones por las cuales se usa poliestireno como el material hidrófobo de encapsulación en aplicaciones biomédicas, ejemplos de estos son: que es barato, puede ser funcionalizado por grupos carboxílicos que faciliten la unión covalente de anticuerpos, proteínas o células, además de permitir la adsorción física de anticuerpos o proteínas [98].
38 El equipo de trabajo de S. Kim et al. manufacturaron un piso de madera laminada con un revestimiento que contiene plata coloidal, ellos observaron una actividad antibacteriana contra Escherichia coli y Pseudomonas aeruginosa superiores al 98 % (Figura 2.21), además examinaron la efectividad de evasión del piso tratado contra cucarachas, obteniendo muy buenos resultados, como puede observarse en la figura 2.22 [97].
Figura 2.21. Comparación de actividad antibacteriana.
Figura 2.22. Actividad pesticida del piso tratado con iones de plata.
El grupo de investigación de H. Kong fabricó exitosamente una nanofibra de PMMA que contiene nanopartículas de plata (NAg) mediante polimerización en dispersión, usando AIBN como iniciador y evaluaron su actividad contra Escherichia coli y Staphylococcus aureus, sus resultados muestran que sus compuestos híbridos tienen una mejor efectividad antimicrobiana contra estos microorganismos patógenos en comparación con sulfadiazina de plata y nitrato de plata a la misma concentración de plata (Figura 2.23). En base a sus observaciones, ellos prevén que estas partículas NAg/polímero pueden ser usadas en diversas aplicaciones, como por ejemplo vendajes para evitar la infección de heridas
39 graves en pacientes, como bioadhesivos, biopelículas y recubrimiento de materiales biomédicos [99].
Figura 2.23. Comparación del efecto antimicrobiano de un látex que contiene plata contra un producto comercial.
La plata generalmente no presenta efectos secundarios para humanos, sin embargo existen casos registrados de Argiria, una enfermedad caracterizada por una coloración permanente e irreversible de la piel (grisácea o azul) debido a depósitos de gránulos de plata, el caso hasta ahora más escuchado es el de Rosemary Jacobs quien observó un cambio en la coloración de su piel a la edad de 14 años, se piensa que el origen de esto fue el uso de gotas nasales que contenían plata para el tratamiento de sus alergias o resfriado común, las cuales fueron recetadas por un médico general a la edad de 11 años, este padecimiento es raro y es atribuido en la mayoría de los casos a productos cosméticos que contienen compuestos de plata. Debido a esto es necesario realizar estudios más detallados antes de que un producto sea introducido al mercado [94].
Nanopartículas de plata (NAg), óxidos de plata y sales de plata han sido incorporadas en matrices poliméricas para proveerles de actividad antimicrobiana/biocida. Se ha observado que la actividad antimicrobiana de la plata de tamaño nanométrico es mejor en comparación con las partículas de plata a nivel microescala cuando se incorpora como aditivo al nylon 6. También existen reportes de que las NAg con un tamaño de 5 a 50 nm exhiben una alta actividad antibacteriana en cementos óseos de PMMA [100].
La nanotecnología y formación de películas delgadas basadas en sistemas novedosos que asocian partículas metálicas a una matriz polimérica han abierto una amplia gamma de nuevas aplicaciones como por ejemplo fibras ópticas, unidades magnético-ópticas para almacenar datos, lentes para cámaras fotográficas profesionales, materiales biomédicos, así como bio-películas con propiedades antimicrobianas por la acción de materiales con plata.
40 Las propiedades de los materiales compuestos pueden ser ajustadas al cambiar el tamaño de la partícula, así como su distribución de tamaños o forma de las partículas. Los problemas clave en esta área involucran la síntesis, funcionalización de las nanopartículas y su dispersión en la matriz polimérica [101].
41 3. Hipótesis
Es posible preparar nanocompuestos híbridos polímero-plata nanométrica con propiedades antimicrobianas al polimerizar monómeros como estireno y metil metacrilato, empleando la técnica de polimerización en miniemulsión, en presencia de partículas de plata recubiertas con 3-aminopropiltrimetoxisilano. Los grupos carboxílicos introducidos al copolimerizar estos monómeros con ácido metacrílico mejorarán la estabilidad de las dispersiones, permitiendo mantener más cantidad de plata en estado coloidal. La plata presente en los látices obtenidos deberá inhibir el crecimiento microbiano.
42 4. Objetivos