Biosíntesis de nanopartículas de TiO2

December 9, 2022

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Este artículo revisa la biosíntesis de nanopartículas de TiO₂ mediante microorganismos (bacterias, hongos, levaduras) y extractos vegetales, destacando su ventaja frente a métodos químicos: mayor estabilidad, menor agregación y control sobre tamaño, forma y fase cristalina (anatasa, rutilo, brookita). Se describen mecanismos clave como bioabsorción, bioreducción y complejación, así como factores influyentes (pH, potencial redox, enzimas). Además, se presentan aplicaciones prometedoras: propiedades antimicrobianas, antioxidantes, anticancerígenas (contra osteosarcoma), inhibición de biopelículas y mejora del crecimiento vegetal.

Los sistemas vivos participan en la producción de nanopartículas que son más estables en comparación con nanopartículas sintetizadas químicamente. Las nanopartículas sintetizadas usando microorganismos presentan menos comportamiento de agregación debido a la presencia de fuerzas repulsivas más fuertes. La utilidad de las nanopartículas depende principalmente de su tamaño, forma y estabilidad. Por ello, los investigadores se enfocan en la síntesis biogénica de nanopartículas que pueda cumplir con estos criterios.

Las nanopartículas de TiO2 que naturalmente existen en tres formas cristalinas diferentes: anatasa, rutilo y brookita, pueden producirse usando agentes biológicos. Se ha realizado una amplia investigación sobre la biosíntesis de nanopartículas. La biosíntesis de nanopartículas es una de las áreas emergentes en el campo de la nanotecnología. Existen diversos reportes sobre la utilización de bacterias, hongos, algas, material vegetal y enzimas para la biosíntesis de nanopartículas.

Los mecanismos involucrados en la síntesis microbiana de nanopartículas son la bioabsorción, la complejación o precipitación extracelular de metales, la bioacumulación, los sistemas de eflujo, y la alteración de la solubilidad y toxicidad mediante reducción u oxidación y la falta de sistemas específicos de transporte de metales. El potencial electrocinético negativo, la capacidad de biosorción y bioreducción de los microorganismos los convierten en candidatos adecuados para sintetizar nanopartículas. Existe información sobre la síntesis de nanopartículas de TiO2 usando el patógeno fúngico Fusarium oxysporium. Se ha reportado que Saccharomyces cerevisiae y Lactobacillus sp. producen nanopartículas de TiO2 de 30 y 18 nm respectivamente usando TiO(OH)2. Se encontró que la fuente de energía, el pH y el potencial redox total eran factores importantes en la síntesis de nanopartículas de TiO2, mientras que en el caso de Saccharomyces cerevisiae, la enzima oxidasa desempeña un papel importante. Las nanopartículas de TiO2 en forma de anatasa fueron sintetizadas usando extracto de la planta Curcuma longa debido a su contenido de terpenoides, flavonoides y proteínas.

Se ha estudiado la alholva (Trigonella foenum graecum (L.)) para sintetizar nanopartículas de TiO2 con propiedades antimicrobianas. Existe un reporte sobre la síntesis de nanopartículas de TiO2 tipo rutilo usando extracto de cáscara de chirimoya y el precursor TiO(OH)2. La presencia del grupo OH en los constituyentes químicos de Annona squamosa se encontró responsable de deshidratar el hidróxido de titanilo a TiO2 y estabilizar las nanopartículas. Las nanopartículas de TiO2 producidas usando legumbres de Vigna radiata (gramo verde) mostraron actividades antibacteriana, antioxidante y citotoxicidad contra líneas celulares de osteosarcoma MG 63. Se ha encontrado que el dióxido de titanio debido a Lactobacillus crispatus reduce la formación de biopelículas, hemolisina y ureasa, las cuales son responsables de desarrollar capacidad de resistencia múltiple a medicamentos en los patógenos. La interacción electrostática entre Lactobacillus sp. y clústeres metálicos es responsable de la síntesis de nanopartículas metálicas. Se ha estudiado la producción de nanopartículas de TiO2 tipo anatasa mediada por Bacillus subtilis.

Las nanopartículas de TiO2 mediadas por extracto de hoja de guayaba (Psidium guajava) mostraron actividades antioxidante y antimicrobiana. El extracto de hoja de guayaba contiene alcohol, aminas primarias y aromáticas que ayudan en la síntesis de nanopartículas de TiO2. Las nanopartículas de TiO2 fabricadas usando Aspergillus flavus TFR7 y TiO2 en bloque se usaron como pulverización foliar (10 mg/l) en frijol mungo (Vigna radiata L.). Esta TiO2 mediada por hongos se encontró que incrementa el índice de vigor del frijol mungo. Los hongos secretan proteínas capaces que actúan como cápsulas para las nanopartículas, mientras que las proteínas asociadas contribuyen en la mineralización de la sal precursora. También se ha reportado que Aspergillus niger y Aspergillus tubingensis TFR-5 tienen la capacidad de producir nanopartículas de TiO2s.

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