Síntesis Verde de Nanopartículas de Oro y Plata con Saponinas de Platycodon de Raíz de Platycodi

Resumen

Este estudio demuestra una síntesis completamente verde de nanopartículas de oro (AuNPs) y plata (AgNPs) usando una fracción enriquecida en platycodina-D (PD) derivada de la hierba medicinal Raíz de Platycodi (Platycodon grandiflorum). El extracto enriquecido en PD actúa como agente reductor y estabilizador natural, permitiendo la formación en un solo paso de AuNPs esféricas (diámetro promedio 14.94 ± 2.14 nm) y AgNPs (diámetro promedio 18.40 ± 3.20 nm) sin químicos tóxicos. La espectroscopía UV-vis reveló bandas características de resonancia de plasmón de superficie (SPR) a 536 nm (AuNPs) y 427 nm (AgNPs). TEM de alta resolución, AFM y XRD confirmaron estructuras cristalinas cúbicas centradas en las caras y morfologías predominantemente esféricas. El análisis FT-IR destacó la participación de grupos –OH, C=C aromático, C–O y C–H en el proceso de reducción. Importante, las PD-AuNPs catalizaron la reducción de 4-nitrofenol a 4-aminofenol con una constante de velocidad de 3.4 × 10⁻³ s⁻¹, subrayando su potencial como nanocatalizadores eco-amigables. Esta estrategia verde muestra la versatilidad de las saponinas vegetales en la producción de nanomateriales multifuncionales.

Antecedentes

Con crecientes preocupaciones ambientales, la química verde se ha vuelto fundamental en todos los dominios de investigación. Los productos naturales, particularmente extractos vegetales, se emplean cada vez más para reemplazar reductores peligrosos en la síntesis de nanopartículas metálicas (MNPs). Estos enfoques reducen residuos químicos, mejoran la biocompatibilidad y son escalables para aplicaciones industriales. Las nanopartículas de oro y plata han ganado atención para catálisis, administración de fármacos, sensores y uso antimicrobiano debido a sus propiedades ópticas y de superficie únicas. Los métodos tradicionales de reducción a menudo dependen de agentes tóxicos como el borohidruro de sodio; en contraste, las saponinas derivadas de plantas proporcionan una alternativa sostenible.

La Raíz de Platycodi, una medicina tradicional china, contiene saponinas triterpenoides con diversas actividades farmacológicas (antiinflamatoria, antioxidante, antitumoral, etc.). Entre estas, la platycodina D (PD) es un compuesto marcador principal. Mediante conversión enzimática de platycosido E y platycodina D₃, se aisló una fracción enriquecida en PD, produciendo un agente reductor natural para síntesis de AuNP y AgNP.

Materiales e Instrumentos

Fracción enriquecida en PD preparada como se reportó previamente. Sales metálicas (HAuCl₄·3H₂O, AgNO₃) y reactivos (NaBH₄, 4-NP) adquiridos de Sigma-Aldrich. Espectros UV-vis registrados en Shimadzu UV-2600. HR-TEM (JEM-3010, 300 kV) sobre rejillas de cobre recubiertas de carbono; AFM (Bruker Dimension Icon, modo tapping) sobre mica; XRD (Bruker D8 Discover, Cu Kα, 20°–90° 2θ); FT-IR (Nicolet 6700, pastilla KBr). Las muestras se liofilizaron (FD5505) antes del análisis.

Síntesis Verde de PD-AuNPs y PD-AgNPs

Para AuNPs: 0.05% fracción enriquecida en PD + 0.2 mM HAuCl₄·3H₂O, 1 mL, 5 min a temperatura ambiente. Para AgNPs: 0.01% fracción enriquecida en PD + 0.8 mM AgNO₃, 1 mL, 3 h a 80 °C seguido por 21 h a temperatura ambiente. Los espectros UV-vis (300–700 nm) confirmaron reducción completa.

Mejora de Imágenes AFM mediante Evolución Dependiente de Curvatura

Aplicamos un flujo de curvatura principal (κ₂) a datos de altura AFM crudos, mejorando la delimitación de fronteras y permitiendo mediciones precisas de tamaño. Las imágenes mejoradas se generaron usando 500 pasos de evolución con Δt = 10⁻⁷.

Actividad Catalítica de PD-AuNPs

PD-AuNPs (0.04 mM) catalizaron la reducción de 4-NP (0.113 mM) a 4-AP en presencia de exceso NaBH₄ (4.13 mM). La reacción completó en 720 s, con una constante de velocidad pseudo-primer orden de 3.4 × 10⁻³ s⁻¹, evidenciada por monitoreo UV-vis de la decaída de absorbancia a 400 nm y aparición de pico a 300 nm.

Resultados y Discusión

Confirmación Colorimétrica de Formación de Nanopartículas

PD-AuNPs exhibieron tono vino-púrpura con SPR a 536 nm; PD-AgNPs aparecieron amarillas con SPR a 427 nm, confirmando reducción exitosa.

TEM de Alta Resolución

AuNPs: esféricas, 14.94 ± 2.14 nm; formas triangulares/poligonales menores observadas. AgNPs: esféricas, 18.40 ± 3.20 nm. Distribuciones gaussianas de tamaño centradas en ~15 nm (Au) y ~18 nm (Ag). La fracción enriquecida en PD actuó como agente de recubrimiento, previniendo agregación.

Análisis AFM

Tanto AuNPs como AgNPs aparecieron esféricas en imágenes 2D de altura y 3D de error de amplitud. Análisis de sección midieron alturas de 10.44–10.47 nm (Au) y 7.46–10.35 nm (Ag). Mejora dependiente de curvatura produjo diámetros de 19.14 nm (Au) y 29.93 nm (Ag), ligeramente mayores por efectos de sustrato.

Cristalinidad (HR-XRD)

Estructuras cúbicas centradas en caras confirmadas. AuNPs: (111) a 38.2°, (200) a 44.4°. AgNPs: (111) 38.2°, (200) 44.4°, (220) 65.2°, (311) 78.0°. Análisis Scherrer estimó tamaños de 11.05 nm (Au) y 12.54 nm (Ag).

Grupos Funcionales (FT-IR)

Desplazamientos en –OH (3421→3426 cm⁻¹), C=C aromático (1654→1633 cm⁻¹), C–O/C–H (1035→1043/1058 cm⁻¹) indican participación activa de estos grupos en reducción.

Rendimiento Catalítico

PD-AuNPs lograron constante de velocidad de 3.4 × 10⁻³ s⁻¹ para reducción de 4-NP, comparable o superior a muchos catalizadores AuNP derivados de plantas. Trabajos futuros explorarán efectos de purificación y bioactividades sinérgicas in-vitro/in-vivo.

Conclusiones

La fracción enriquecida en PD de Raíz de Platycodi proporciona una ruta eficiente y eco-amigable a AuNPs y AgNPs esféricas con estructuras cúbicas centradas en caras. Los grupos –OH, aromáticos, C–O y C–H actúan como reductores y estabilizadores naturales. PD-AuNPs exhiben prometedora actividad catalítica para reducción de 4-NP, ilustrando el potencial de saponinas vegetales en nanomateriales multifuncionales. Estudios futuros evaluarán efectos terapéuticos combinados de estas nanopartículas en contextos biomédicos.