Nanopartículas de origen natural

Nanopartículas de origen natural

Por: Erick Daniel Aguilar Vela¹, Francisco Paraguay-Delgado² y Nicolaza Pariona Mendoza¹

1. Red de Estudios Moleculares Avanzados, Instituto de Ecología A.C.
2. Laboratorio de Nacional de Nanotecnología, Centro de Investigación de Materiales Avanzados S.C.

 

Resumen

Hoy el día, las nanopartículas inorgánicas (a partir de Fe, Cu, Zn, Ag, etc.) producidos en laboratorio son aplicados en diversos productos básico de consumo (bloqueadores, dispositivos electrónicos, etc.) y las cuales forman parte de nuestro estilo de vida. Sin embargo, las nanopartículas inorgánicas también se originan en la naturaleza y los podemos encontrar en el agua, el aire, suelo.

 

Palabras claves

Nanopartículas naturales, nanopartículas inorgánicas

 

¿Qué es una nanopartícula?, una nanopartícula es aquella partícula formada por átomos o moléculas que tiene el tamaño en el orden de los nanómetros (1nm = 10^-9m), es decir muy pequeñita, menos que una bacteria (las bacterias están en el orden de micras) (Figura 1). Estas nanopartículas tienen propiedades que difieren significativamente de las otras partículas más grande; y estas propiedades dependerán del tamaño, forma y composición química de las nanopartículas. Motivo por el cual, el desarrollo y producción de las nanopartículas inorgánicas depende del tipo de aplicación y uso, a los cuales se les consideran “sintéticos” y probablemente esto podría causar cierta desconfianza en la sociedad. Sin embargo, las nanopartículas inorgánicas también se pueden originar de forma natural, es decir sin la intervención de la mano del hombre.

 

Existen diversos procesos en la naturaleza que conducen a la formación de nanopartículas, y en su mayoría a la formación de nanopartículas inorgánicas (Figura 2); por ejemplo, por las erupciones volcánicas, erosión del suelo y las rocas, polvo cósmico, incendios forestales, microorganismos, entre otros. Entre las fuentes de origen de las nanopartículas están las erupciones volcánicas; donde las cenizas que se liberan durante las erupciones volcánicas pueden alcanzar temperaturas que superan los 1000°C. Las nubes de cenizas volcánicas contienen una gran variedad de nanopartículas de diferentes formas, tamaños y composiciones químicas. El tamaño de estas nanopartículas puede oscilar entre 100 y 200 nm; y están compuestos de silicato y hierro principalmente [1]. Así mismo, los incendios forestales pueden generar nanopartículas, ejemplo de ello es la aparición de “Nanotubos de Carbono” con tamaños de 15 a 70 nm, los cuales fueron recolectados en el aire después de la quema de madera de Pino Piñón de Texas [2].

Por otro lado, la formación de nanopartículas también se origina a partir de sistema biológicos, es decir, nanopartículas generadas por seres vivos (plantas, bacterias, virus). Ejemplo de ello, encontramos a las bacterias magnetotácticas, las cuales forman nanopartículas de magnetita bien definidas dentro de su único orgánulo llamado “magnetosoma” (Figura 3). Los magnetosomas consisten en una membrana unida a una bicapa lipídica en la que se biomineralizan cristales de magnetita de tamaños nanométricos [3]. Estas bacterias magnetotácticas son acuáticas y por lo general se encuentran en sedimentos de agua dulce, salobre, marinos e hipersalinos. Otra bacteria que genera nanopartículas de magnetita de manera intracelular es la bacteria Acidithiobacillus ferrooxidan. Estas bacterias comúnmente se encuentran en drenajes ácido de minas (ambientes ácidos ricos en minerales) y utiliza en el hierro como fuente de energía y como micronutriente para su crecimiento [4].

Así como las bacterias, encontramos algas que son fuentes naturales de materiales nanoestructurados. Entre estás algas están las diatomeas, las cuales son algas fotosintéticas unicelulares y se encuentran en aguas marinas. Las diatomeas absorben el silicio del medio ambiente y las depositan en sus paredes celulares formando nanoestructuras porosas, homogéneas y espaciadas, a las cuales se les llama frústulas (Figura 4)[5]

Como podemos ver, en este pequeño artículo se ha mostrado solo algunas fuentes naturales de nanopartículas, lo que nos muestra que la nanotecnología no es nueva, sino que siempre ha existido. Por lo tanto, los científicos se inspiran en la naturaleza para el desarrollo de las nanopartículas.

 

Figuras:

Figura 1. Escala de las nanopartículas.

Figura 2. Fuentes naturales de origen de nanopartículas en el medio ambiente.

Figura 3. Nanopartículas de magnetita producida por una bacteria magnetotáctica. Adaptado de Lin et al. Microbiome (2020) 8:152 [3].

Figura 4. (a) Imagen de microscopia electrónica de barrido de una frústula de diatomea, donde se observa las nanoestructuras porosas (b). Adaptado de M. Soleimani, et al. Scientific Reports (2020):10 [6].

 

Referencia

[1]         S. Griffin, M.I. Masood, M.J. Nasim, M. Sarfraz, A.P. Ebokaiwe, K.H. Schäfer, C.M. Keck, C. Jacob, Natural nanoparticles: A particular matter inspired by nature, Antioxidants. 7 (2018). https://doi.org/10.3390/antiox7010003.

[2]         L.E. Murr, P.A. Guerrero, Carbon nanotubes in wood soot, Atmospheric Science Letters. 7 (2006) 93–95. https://doi.org/10.1002/asl.

[3]         W. Lin, W. Zhang, G.A. Paterson, Q. Zhu, X. Zhao, R. Knight, D.A. Bazylinski, A.P. Roberts, Y. Pan, Expanding magnetic organelle biogenesis in the domain Bacteria, Microbiome. 8 (2020) 1–14. https://doi.org/10.1186/s40168-020-00931-9.

[4]         L. Wu, B. Yang, X. Wang, B. Wu, W. He, M. Gan, G. Qiu, J. Wang, Effects of single and mixed energy sources on intracellular nanoparticles synthesized by acidithiobacillus ferrooxidans, Minerals. 9 (2019). https://doi.org/10.3390/min9030163.

[5]         M. Mishra, A.P. Arukha, T. Bashir, D. Yadav, G.B.K.S. Prasad, All new faces of diatoms: Potential source of nanomaterials and beyond, Frontiers in Microbiology. 8 (2017). https://doi.org/10.3389/fmicb.2017.01239.

[6]         M. Soleimani, L. Rutten, S.P. Maddala, H. Wu, E.D. Eren, B. Mezari, I. Schreur-Piet, H. Friedrich, R.A.T.M. van Benthem, Modifying the thickness, pore size, and composition of diatom frustule in Pinnularia sp. with Al3+ ions, Scientific Reports. 10 (2020). https://doi.org/10.1038/s41598-020-76318-5.