Nanopartícula de cobre - Copper nanoparticle
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Uma nanopartícula de cobre é uma partícula à base de cobre de 1 a 100 nm de tamanho. Como muitas outras formas de nanopartículas , uma nanopartícula de cobre pode ser formada por processos naturais ou por síntese química. Estas nanopartículas são de particular interesse devido à sua aplicação histórica como agentes corantes, tanto biomédicos como antimicrobianos .
Usos históricos
Um dos primeiros usos das nanopartículas de cobre foi para colorir vidro e cerâmica durante o século IX na Mesopotâmia . Isso foi feito criando um esmalte com sais de cobre e prata e aplicando-o na cerâmica de barro. Quando a cerâmica foi cozida em altas temperaturas em condições redutoras, os íons metálicos migraram para a parte externa do esmalte e foram reduzidos a metais. O resultado final foi uma camada dupla de nanopartículas de metal com uma pequena quantidade de esmalte entre elas. Quando a cerâmica acabada era exposta à luz, esta penetrava e refletia na primeira camada. A luz que penetra na primeira camada reflete na segunda camada de nanopartículas e causa efeitos de interferência com a luz refletida na primeira camada, criando um efeito de brilho que resulta tanto da interferência construtiva quanto da destrutiva.
Síntese
Vários métodos foram descritos para sintetizar quimicamente nanopartículas de cobre. Um método mais antigo envolve a redução de carboxilato de hidrazina de cobre em uma solução aquosa usando refluxo ou por aquecimento por ultra - som sob uma atmosfera de argônio inerte. Isso resulta em uma combinação de óxido de cobre e aglomerados de nanopartículas de cobre puro, dependendo do método usado. Uma síntese mais moderna utiliza cloreto de cobre em uma reação à temperatura ambiente com citrato de sódio ou ácido mirístico em uma solução aquosa contendo formaldeído sulfoxilato de sódio para obter um pó de nanopartícula de cobre puro. Embora essas sínteses gerem nanopartículas de cobre bastante consistentes, a possibilidade de controlar os tamanhos e formas das nanopartículas de cobre também foi relatada. A redução do acetilacetonato de cobre (II) em solvente orgânico com oleilamina e ácido oleico causa a formação de nanopartículas em forma de bastão e cubo, enquanto variações na temperatura de reação afetam o tamanho das partículas sintetizadas.
Outro método de síntese envolve o uso de sal de carboxilato de hidrazina de cobre (II) com ultrassom ou calor em água para gerar uma reação radical, conforme mostrado na figura à direita. Nanopartículas de cobre também podem ser sintetizadas usando química verde para reduzir o impacto ambiental da reação. O cloreto de cobre pode ser reduzido usando apenas ácido L-ascórbico em uma solução aquosa aquecida para produzir nanopartículas de cobre estáveis.
Características
As nanopartículas de cobre exibem características únicas, incluindo atividades catalíticas e antifúngicas / antibacterianas que não são observadas no cobre comercial. Em primeiro lugar, as nanopartículas de cobre demonstram uma atividade catalítica muito forte, uma propriedade que pode ser atribuída à sua grande área de superfície catalítica. Com o tamanho pequeno e a grande porosidade, as nanopartículas são capazes de obter um maior rendimento de reação e um menor tempo de reação quando utilizadas como reagentes em síntese orgânica e organometálica. Na verdade, as nanopartículas de cobre que são usadas em uma reação de condensação do iodobenzeno alcançaram cerca de 88% de conversão em bifenil, enquanto o cobre comercial exibiu apenas uma conversão de 43%.
Nanopartículas de cobre que são extremamente pequenas e têm uma alta relação entre superfície e volume também podem servir como agentes antifúngicos / antibacterianos. A atividade antimicrobiana é induzida por sua estreita interação com as membranas microbianas e seus íons metálicos liberados em soluções. Como as nanopartículas oxidam lentamente em soluções, íons cúpricos são liberados delas e podem criar radicais livres hidroxila tóxicos quando a membrana lipídica está próxima. Em seguida, os radicais livres desmontam os lipídios nas membranas celulares por meio da oxidação para degenerar as membranas. Como resultado, as substâncias intracelulares vazam das células através das membranas destruídas; as células não são mais capazes de sustentar processos bioquímicos fundamentais. No final, todas essas alterações dentro da célula causadas pelos radicais livres levam à morte celular.
Formulários
Nanopartículas de cobre com grande atividade catalítica podem ser aplicadas em biossensores e sensores eletroquímicos. As reações redox utilizadas nesses sensores são geralmente irreversíveis e também requerem sobrepotenciais elevados (mais energia) para funcionar. Na verdade, as nanopartículas têm a capacidade de tornar as reações redox reversíveis e de diminuir os sobrepotenciais quando aplicadas aos sensores.
Um dos exemplos é um sensor de glicose. Com o uso de nanopartículas de cobre, o sensor não requer nenhuma enzima e, portanto, não precisa lidar com a degradação e desnaturação da enzima. Conforme descrito na Figura 3, dependendo do nível de glicose, as nanopartículas no sensor difratam a luz incidente em um ângulo diferente. Consequentemente, a luz difratada resultante dá uma cor diferente com base no nível de glicose. Na verdade, as nanopartículas permitem que o sensor seja mais estável em altas temperaturas e pH variável, e mais resistente a produtos químicos tóxicos. Além disso, usando nanopartículas, aminoácidos nativos podem ser detectados. Um eletrodo de carbono serigrafado em nanopartículas de cobre funciona como um sistema de detecção estável e eficaz para a detecção de todos os 20 aminoácidos.