Detección de Ag+ tóxico basada en la formación de nanoestructuras de la capa central de Au@Ag utilizando la síntesis asistida por ácido tánico de nanopartículas de oro estabilizadas con Pullulan

Scientific Reports volumen 13, número de artículo: 1844 (2023) Citar este artículo

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En este documento, se propone una estrategia de detección colorimétrica sensible para la detección de Ag+ basada en el uso de síntesis amigable con el medio ambiente de nanopartículas de oro (AuNPs), a temperatura ambiente, utilizando (ácido tánico, TA), como reductor y pululano (PUL) como agente estabilizante. . La solución coloidal (TA/PUL-AuNPs), en las condiciones óptimas de síntesis, mostró una absorbancia máxima a 529 nm con un color rojo baya. TEM y FESEM validaron que las partículas son esféricas y monodispersas, mientras que otros resultados de caracterización aclararon el papel del pululano en la nanosíntesis. La adición de Ag+ a la sonda (TA/PUL-AuNP), pH 11, dio como resultado cambios de color a simple vista, debido a la formación de nanoestructuras de la capa central de Au@Ag. Además, el Ag+ añadido se reduce a AgNP en la superficie de la sonda TA/PUL-AuNP. Se observó un cambio hipsocrómico en el máximo de absorción, de 529 a 409 nm, mientras que (AAg+-Abl)@409 nm exhibió linealidad con concentraciones de Ag+, de 0,100 a 150 µM. El límite de detección estimado fue de 30,8 nM, muy por debajo del límite aceptable de 0,930 µM de la agencia reguladora. La sonda TA/PUL-AuNPs se probó adicionalmente para la detección de Ag+ en muestras de agua de lagos y mostró un rendimiento de detección satisfactorio para aplicaciones de muestras reales.

La contaminación humana, sanitaria y ambiental derivada de la explotación descuidada de los recursos es preocupante. Cuando hay un desequilibrio en la utilización de los recursos, más allá de la capacidad de la naturaleza para reponerlos, es probable que se produzcan consecuencias negativas manifiestas. La contaminación por metales pesados (HM) es bastante frecuente, particularmente de las matrices ambientales comunes (aire, agua y suelo), debido a actividades inducidas por el hombre. Los HM son metales con densidad superior a 5 kg/m31. Son de gran interés debido a su toxicidad para los seres humanos y los animales. Los HM de gran importancia incluyen Ag, Hg, Cd. Pb, As, Au, Cu y Ni. Entre los HM enumerados, se dedica gran interés al ión de plata (Ag+), que puede no estar ajeno a los efectos ecofisiológicos de la contaminación por Ag+2. Además, la incorporación de Ag+ en productos de consumo humano debido a su propiedad antibacteriana ha resultado en una mayor contaminación de los cuerpos de agua. En el sistema humano, Ag+ puede unirse fuertemente con proteínas, aminoácidos y ácidos nucleicos, debido a su afinidad por los grupos sulfhidrilo, formando complejos que pueden inducir efectos nocivos sobre el funcionamiento óptimo de nuestro sistema corporal. Esto puede causar daños a la salud de las células nerviosas, pigmentación de la piel y un sistema inmunológico debilitado3,4. Como resultado, la necesidad de un seguimiento compasivo de Ag+ en el medio ambiente ha seguido despertando el interés de los científicos. De hecho, el límite máximo permisible de Ag+ en el agua potable lo establece la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (USEPA)5 en 0,93 µM.

Los métodos de detección informados para Ag+ son la espectrometría de masas con plasma acoplado inductivamente (ICP-MS)6 y la espectroscopia de absorción/emisión atómica (AAS/AES)7,8. Métodos electroquímicos que utilizan electrodos cuidadosamente fabricados9,10, ensayos de detección basados en fluorescencia11,12. Otros incluyen ensayos colorimétricos basados en nanopartículas metálicas (MNP)13,14,15. Estos métodos son capaces de cuantificar de manera confiable Ag+; sin embargo, algunos desafíos inherentes a la estrategia de detección requieren un método más eficiente, sencillo y ambientalmente benigno, con mejores resultados de detección. El uso de materiales respetuosos con el medio ambiente en la fabricación de nanomateriales, que pueden reducir algunos de sus perfiles de toxicidad inherentes, ha atraído una gran atención en las últimas décadas16,17. Esto nos motivó a utilizar TA y PUL, materiales de origen vegetal y animal respectivamente, de indudable respeto al medio ambiente. Por lo tanto, la actual estrategia de síntesis cae dentro del ámbito de la química verde, fuertemente impulsada.

La fabricación de MNP mediada por biopolímeros ha seguido ganando amplia aceptación en la comunidad científica debido a su excelente dispersión en el agua, abundancia, no toxicidad, estabilidad, biocompatibilidad, biodegradabilidad y propiedades ecológicas. La presencia de numerosos grupos hidroxi en sus estructuras les confiere propiedades reductoras hacia las sales de iones metálicos y, por lo tanto, han sido bien explotados para la fabricación de diversas MNP18,19,20,21. Entre los biopolímeros disponibles, el pululano ha seguido generando un gran interés. Su perfecta propiedad de formación de gel en agua, junto con sus grupos hidroxi ordenados, lo han colocado en una posición ventajosa para múltiples aplicaciones en comparación con otros biopolímeros22. El pululano (C6H10O5)n, a menudo producido a partir de almidón, a través de un hongo en crecimiento (Aureobasidium pullulans), está compuesto de estructuras repetidas de maltotriosa, con las subunidades de glucosa unidas a través de enlaces glicosídicos α-(1,4), mientras que las unidades de maltotriosa están unidos por un enlace glicosídico α-(1,6)23. Pullulan es muy adecuado para sus diversas aplicaciones debido a sus propiedades no iónicas, no tóxicas, comestibles, biodegradables y de viscosidad moderada24. Estas propiedades podrían extenderse a la fabricación de MNP con miras a modular la propiedad funcional de los materiales sintetizados. Así, Laksee et al. sintetizaron AuNP estables y bien dispersas, utilizando pululano como reductor, sin ningún otro agente reductor25. Debido a la escasa capacidad reductora del pululano en condiciones ambientales, la síntesis se realizó a 80 °C y se aplicó para la administración de fármacos contra el cáncer. Además, el mismo grupo, sintetizó pululano, estabilizó las AuNP mediante la modificación previa del pululano nativo, mediante un paso de cuaternización para impartir cargas positivas al pululano y una modificación adicional con ácido paraaminobenzoico26. Estos procesos de modificación de dos pasos del pululano nativo, como se explicó, tenían como objetivo ayudar en la administración del fármaco anticancerígeno (doxorrubicina), por parte de las AuNP sintetizadas, a través de interacciones intermoleculares ordenadas.

Las AuNP, como parte de las MNP plasmónicas, han atraído una atención considerable debido a sus propiedades físico-químicas únicas. Las AuNP son biocompatibles, se sintonizan fácilmente a través de diversas reacciones químicas y exhiben una fuerte resonancia de plasmón superficial localizada (LSPR), que depende del tamaño, las características dieléctricas del medio en el que están incrustadas y la forma. Además, muestran una alta relación superficie-volumen y propiedades magnéticas, ópticas y electrónicas que superan con creces a otros fluoróforos y colorantes27. De hecho, los ensayos colorimétricos basados en AuNP presentan ventajas en términos de sensibilidad, simplicidad, reproducibilidad y robustez. Los sistemas de detección también se pueden visualizar a simple vista, mientras que los medios de reacción se pueden leer con el espectrofotómetro UV-Vis común. En consecuencia, la detección basada en AuNP se ha aplicado a todo tipo de analitos con sensibilidades comparables, que pueden rivalizar con los métodos de detección populares/comunes28,29,30, etc.

En esta contribución, se informa una síntesis sencilla de PUL-AuNP basada en temperatura ambiente, utilizando polifenol común (ácido tánico), como reductor de sales de oro, mientras que se adoptó la buena propiedad de solubilidad acuosa de PUL para proporcionar estabilidad, para los fabricados. nanocompuesto coloidal. Se planteó la hipótesis de que, si bien el TA sirvió como agente reductor de la sal de oro, el exceso de TA también puede inmovilizarse o fijarse en la matriz PUL de las PUL-AuNP fabricadas y, por lo tanto, ayudar en la reducción in situ de Ag+ a AgNP y, por lo tanto, presentar una estrategia de detección de Ag+ en ambiente acuoso. Con la adición de Ag+ a la sonda TA/PUL-AuNPs, junto con el ajuste del pH, se observan perturbaciones de color desde el rojo hasta el naranja y el amarillo brillante, todo dentro de 6 minutos de incubación a temperatura ambiente. El máximo de absorción de TA/PUL-AuNP experimentó un cambio de azul de 529 a 409 nm con mayor intensidad. El mecanismo subyacente al ensayo se esclareció y se atribuyó a la generación de la nanoestructura de la capa central de Au@Ag, donde las TA/PUL-AuNP fabricadas actuaron como catalizador, para facilitar la reducción in situ de Ag+ en las TA/PUL- ya formadas. AuNP. Igualmente se demostró la eficacia del ensayo propuesto en la cuantificación de Ag+ de una muestra real en una muestra de agua de lago.

Pullulan con Mwt de 50 a 70 kDa se obtuvo de TCL Japón. El trihidrato de cloruro de oro y el ácido tánico eran de Sigma Aldrich. EDTA era de BDH Industries Limited Inglaterra. NaOH y AgNO3 99,8% y se adquirieron de RCI Labscan Tailandia. Otras sales metálicas utilizadas para estudios de selectividad incluyen: Pb(NO3)2 y CdCl2.2.5H2O fueron de Sigma Aldrich, NaNO3 y KNO3 de Spectrum Chem Corp USA, FeSO4.7H2O fue de Merck, MgCl2.6H2O y MnCl2.4H2O de QReC, ZnSO4.7H2O, CuSO4.5H2O, BaCl2, NiCl2.8H2O, Al(NO3)2.9H2O son todos de APS Ajax Finechem Ltd., Ca(NO3)2.4H2O, CoCl2.6H2O, Cr(NO3)3, FeCl3, HgCl2 de LOBA CHEMIE, Las sales se prepararon disolviendo la masa apropiada en agua ultrapura, obtenida de un sistema de purificación de agua Millipore.

En primer lugar, se preparó una solución de pululano al 8% disolviendo 8 g de pululano en 100 ml de agua, mientras se agitaba a temperatura ambiente. La solución se elevó aún más hasta 60 °C y se mantuvo durante 1 h. Se desconectó la fuente de calor, mientras se mantenía la solución en agitación. Posteriormente se almacenó a 4 °C durante la noche para asegurar la completa disolución del polímero.

TA/PUL-AuNP se fabricó de la siguiente manera. En un vaso de precipitado, protegido con papel de aluminio, se midieron con agitación 40 mL de PUL (concentración optimizada de biopolímero) al 2,5%, luego se agregaron 0,8 mL de ácido tánico 18 mM, luego 1,2 mL de NaOH 0,1 M y finalmente 1 mL de Se añadió rápidamente trihidrato de cloruro de oro (III) (78 mM). La mezcla se mantuvo a temperatura ambiente, con agitación vigorosa durante 1 h, luego se almacenó en una botella de color ámbar a 4 °C antes de su uso.

Para un tubo de vidrio de 5,0 mL, se pipetearon 90 µL de TA/PUL-AuNPs, se añadió un volumen apropiado de agua ultrapura para la dilución, luego se inyectaron 130 µL de NaOH 0,05 M recién preparado, después de lo cual se inyectaron 50 µL de diferentes preparaciones Ag+. Se inyectó la solución, de modo que las concentraciones finales de Ag+ oscilaron entre 0,000 y 150 µM, para un volumen de reacción de 2,0 ml. Se calculó que la concentración de TA/PUL-AuNP en el sistema de reacción era 0,096 nM, utilizando el coeficiente de extinción de nanopartículas de oro con un tamaño de partícula promedio de 25 nm, dado como 2,93 × 109 M-1 cm-131. La mezcla se mezcló usando un vórtice de mesa y se mantuvo en incubación a temperatura ambiente durante 6 minutos, luego los espectros de absorción y las imágenes fotográficas se recogieron en un espectrofotómetro UV-Vis Agilent 8453 y un teléfono Android Samsung, respectivamente.

Todas las mediciones de los espectros de absorción se obtuvieron del espectrofotómetro UV-Vis Agilent 8453; se utilizó un teléfono Samsung Android para la adquisición de imágenes fotográficas. Se recopiló un microscopio electrónico de transmisión (TEM) en un microscopio electrónico de barrido de emisión de campo (FESEM) JOEL, JEM 2010 Japón, para observación de imágenes de partículas, de Apreo, FEI, que se acopló a un equipo de espectroscopía de rayos X de dispersión de energía (EDX). -up (X Max 80, Oxford Instrument, Reino Unido), se utilizó para la observación microestructural de PUL y TA/PUL-AuNP y la composición elemental, respectivamente. El difractograma de rayos X (DRX) se adquirió con un difractómetro XRD (Empyrean) bajo las siguientes características: grado de recolección (5°–70°) con un haz incidente de Cu Kα, con las siguientes propiedades, velocidad de escaneo de 70,2 s y longitud de onda. de 0,154 nm. La información de los espectros Raman se obtuvo de un espectrómetro de microscopio Raman, usando RAMANforce de Nanophoton, se usó ATR-FTIR-Nicolet iS50 de Thermo-Fisher para revelar cambios en los grupos funcionales. La respuesta de temperatura del polímero y del polímero impregnado con AuNP se sometió a análisis TGA y DTG utilizando un analizador termogravimétrico, TGA 8000, de Perkin Elmer USA. Una pequeña cantidad de la muestra se expuso a calentamiento continuo progresivamente de 50 a 1000 ◦C a 10 ◦ C/min en nitrógeno. La espectroscopía de fotoelectrones de rayos X (XPS) se investigó utilizando un espectrómetro Kratos AXIS Ultra DLD XPS (Shimadzu, Japón). Las condiciones del instrumento incluyen una presión base durante el análisis de 4,0 × 10–7 N/m2, área de análisis de 700*300 µm, fuente de rayos X de monocromador (Al K alfa), condiciones de funcionamiento (Emisión 10 mA Ánodo HT 15 kV) , ángulo de emisión de electrones a 45 °C, analizador hemisférico colocado a 180 grados. Se utilizó un neutralizador de carga para el equilibrio electrónico y los datos obtenidos se calibraron mediante los C 1 del carbono. Dispersión dinámica de luz (DLS) y potencial Zeta, en Malvern ZETASIZER NANO. Se midió una muestra bien diluida en la celda capilar de la máquina y luego se colocó en el soporte de muestra, con la máquina configurada para (n = 100) en cada análisis, mientras se procesaba cada muestra por triplicado.

Se investigó la aplicación práctica de la sonda TA/PUL-AuNPs para la detección de Ag+ en muestras de agua de un lago de la Universidad de Chulalongkorn (Tailandia). La muestra de agua se recogió utilizando una botella de polipropileno y se refrigeró a 4 °C en el laboratorio antes de su uso. Antes del análisis, el agua se preparó de la siguiente manera. Después de sacarla del refrigerador, se dejó que la muestra de agua se mantuviera a temperatura ambiente y luego se centrifugó a 6000 rpm durante 20 minutos. Luego se pasó a través de un filtro de jeringa de 0,22 micras, para la eliminación completa de las partículas. La muestra preparada se envió para la determinación de Ag usando ICP-OES, mientras que la porción restante se usó en la sonda TA/PUL-AuNPs. Se aplicó el método de adición de estándar de muestra y la precisión de la sonda se expresó como porcentaje de recuperación, usando la ecuación,\({\text{Recuperación}} = ({\text{C}}_{{\text{a}} } {-}{\text{C}}_{{\text{b}}} )/{\text{C}}_{0} \times 100\%\) sabiendo que, Ca = concentración de enriquecido, Cb = concentración de muestra sin adición y C0 es la concentración de estándar agregado.

Como se detalla en la Fig. 1, se utilizó Tannic, una molécula natural con funcionalidad multihidroxilo con enormes propiedades biológicas, como reductor de la sal de oro dentro de la matriz de pululano. Pullulan es un notable biopolímero no tóxico y biocompatible, cuya solubilidad acuosa se ha aprovechado en aplicaciones de formación de películas para materiales de envasado de alimentos sostenibles y en biomedicina32. Pullulan tiene múltiples grupos hidroxilo y, por lo tanto, puede interactuar con TA, a través de la formación de enlaces de hidrógeno in situ, similar a un trabajo anterior33, donde se inmovilizó TA en una matriz de quitosano cuaternizado, para la fabricación de hidrogel para la aplicación de curación de heridas. Dado que el TA es un polifenol, la alteración del pH del entorno básico mejoraría la desprotonación de los grupos OH y, por tanto, mejoraría sus propiedades reductoras. La adición de sal de oro a la mezcla TA/PUL bajo alteración del pH de NaOH, condujo a una formación inmediata de color profundo, que se dejó agitar durante 1 h a temperatura ambiente, para completar los procesos generales de formación de semillas, nucleación/crecimiento de partículas y maduración. Característica de las etapas de formación de nanopartículas plasmónicas34. Las AuNP formadas se estabilizan en la matriz de PUL, mientras que el exceso de TA también podría interactuar con PUL, a través de enlaces de hidrógeno y, por lo tanto, quedar firmemente inmovilizado. Las TA / PUL-AuNP sintetizadas después de una dilución adecuada mostraron una absorción UV-Vis máxima a 529 nm, con un color rojo baya (Fig. 1).

Esquemas del protocolo de síntesis de TA/PUL-AuNP a temperatura ambiente.

La ecuación 1 también puede representar el protocolo de síntesis de manera más sucinta,

Se encontró que la concentración de PUL en la mezcla de reacción determina las propiedades ópticas de la solución coloidal TA/PUL-AuNPs y se optimizó inmediatamente.

Como se muestra en la Fig. 2A, el uso de diferentes concentraciones de PUL no imparte cambios significativos en los espectros de absorción ni en el color de las AuNP formadas (recuadro de la Fig. 2A). Se obtuvo un máximo de absorción agudo a aproximadamente 529-532 nm con colores rojo baya. Sin embargo, se puede obtener más información sobre la dispersidad de la solución coloidal a partir del gráfico de A529/A650, como se muestra en la Fig. 2B. En consecuencia, 2,50 % de PUL, a 529 nm, proporcionó la mejor dispersidad acuosa y, por lo tanto, se seleccionó. La estabilidad de TA/PUL-AuNP usando PUL al 2,50% se investigó y se muestra en la Fig. S1. Como se puede observar, los espectros de absorción se mantuvieron sin cambios incluso durante 22 semanas, lo que atestigua su alta estabilidad. Esto puede atribuirse a que la matriz PUL ofrece un excelente efecto estabilizador sobre el nanocompuesto coloidal. Los materiales de síntesis se variaron para perfilar las funciones de cada especie, como se presenta en la Fig. 2C. Como se ve, la solución PUL no muestra ningún pico UV-Vis (Fig. 2C curva a), tampoco ninguna observación de color (Fig. 2C a-recuadro). El uso de PUL nativo para la síntesis de AuNP a temperatura ambiente muestra solo un ligero incremento en el pico de absorción (Fig. 2C curva b), con una formación de color muy tenue (Fig. 2C imagen b-inserto). Este material no se diluyó en absoluto, pero las otras soluciones se diluyeron diez veces. Esto muestra que PUL es incapaz de efectuar una reducción significativa de la sal de oro en su forma de nanopartículas en condiciones ambientales. Esto es típico de la mayoría de los biopolímeros, donde a menudo se requiere un aumento de temperatura, mediante calentamiento, para complementar su eficacia reductora de las sales de iones metálicos, durante la síntesis de nanopartículas25,26,35. Como agente antioxidante natural, el uso de TA solo, sin el biopolímero, proporcionó TA-AuNP con una absorción máxima a 534 nm (Fig. 2C curva c), con un color rojo baya más profundo (Fig. 2C imagen c-recuadro). De manera bastante impresionante, la síntesis adquirida bajo la mezcla TA y PUL produjo TA/PUL-AuNP con un máximo de UV a 529 nm (Fig. 2C curva d) y color rojo baya claro (Fig. 2C imagen d-inserto), aunque con menos intensidad. en comparación con las TA-AuNP. Esta observación muestra que PUL, además de servir como agente estabilizador, también participó en los procesos de formación de nanopartículas, modulando la energía superficial del ambiente de reacción36. Además, la reducción en la intensidad del pico de UV puede deberse a la gruesa capa de polímero en las superficies de las partículas, que puede proporcionar esferas de estabilización adicionales en las nanopartículas. La gráfica de A529/A650, de los materiales de síntesis, se muestra en la Fig. 2D. En consecuencia, las TA/PUL-AuNP mostraron el pico más alto, lo que acentuó aún más las funciones sinérgicas de TA y PUL en la formación de una solución coloidal de TA/PUL-AuNP estable y dispersa.

(A) Espectros de absorción UV-Vis de TA/PUL-AuNP bajo diferentes concentraciones de PUL (1,00–7,50%), el recuadro muestra las imágenes fotográficas. (B) Gráfico de A529/A650 frente a concentraciones de PUL. (C) Espectros de absorción UV-Vis de a. PUL, b. PUL-AuNP, c. TA-AuNP, d. TA/PUL-AuNP, las imágenes fotográficas se muestran en recuadros de a a d. (D) Gráfico de A529/A650 frente a los diferentes materiales de síntesis.

TA/PUL-AuNPs se sometió a caracterizaciones instrumentales detalladas para revelar información sobre sus propiedades ópticas y microestructurales. Las imágenes TEM de TA / PUL-AuNP se muestran en la Fig. S2, y revelan partículas esféricas y monodispersas. La estimación del tamaño de partícula de 50 partículas del software Image J se muestra en la Fig. S3, con una distribución de partículas principales de alrededor de 20 a 30 nm. El diámetro hidrodinámico estimado a partir de una máquina DLS muestra tamaños de partículas de aproximadamente 66,5 ± 1,7 nm (Fig. S4), y el valor del potencial zeta de las TAPUL-AuNP sintetizadas es de - 15,4 ± 0,8 mV (Fig. S5). La mayor estimación del tamaño de partícula de DLS en comparación con el valor de TEM surgió de las diferencias en la preparación de las muestras. Mientras que DLS cuantifica en solución acuosa y, por lo tanto, puede estimar la capa de hidratación del dispersante, además del tamaño real de partícula37, TEM, por otro lado, se aplica a la muestra seca. Además, el valor zeta negativo refleja los grupos carboxilo pululano desprotonados, lo que ofrece una propiedad estabilizadora eficaz a la nanosonda. Las imágenes FESEM de PUL y TA / PUL-AuNP se muestran en la Fig. 3a, b. La película PUL mostró superficies lisas (Fig. 3a), mientras que la película TA/PUL-AuNPs mostró superficies rugosas, intercaladas con numerosas partículas esféricas (AuNP), representadas con flechas amarillas (Fig. 3b). Esto confirmó que las AuNP se reducen dentro de la matriz PUL como materiales estabilizadores. La Figura 3c muestra el difractograma de rayos X (DRX) de PUL y TA/PUL-AuNP. Se representan picos agudos a 18,8 °, que es característico de la propiedad amorfa de Pullulan (Fig. 3c, etiqueta a), mientras que los picos a 19,2, 38,2, 44,4 y 65,3 ° se revelan notoriamente en TA / PUL-AuNP (Fig. 3c, etiqueta b ). Estos picos pertenecen al pululano, mientras que (111), (200) y (311) son para los picos de difracción de AuNP cúbicos centrados en las caras (fcc). Esto muestra que PUL juega un papel importante en la propiedad óptica de la sonda TA/PUL-AuNPs. La interacción del grupo funcional entre TA, PUL y TA / PUL-AuNP se investiga en ATR-FTIR y se muestra en la Fig. 3d. Los picos identificados en TA incluyen: 3355,8, 1700,3, 1610,5 y 1025,3 cm-1 (Fig. 3d, etiqueta a). Estos picos significan el estiramiento CH de los numerosos grupos hidroxilo en TA, la funcionalidad del grupo éster, los picos de estiramiento de los iones carboxilato COO- y la vibración de estiramiento C – O – C de los enlaces glicosídicos38. Los picos característicos de PUL se encuentran en 3297,2, 2915,1, 1635,8, 1350,1, 1140,3 y 995,4 cm −1 (Fig. 3d, etiqueta b), que reflejan el estiramiento de CH desde los grupos O – H en pululano, estiramiento de CH de alifáticos. grupo, estiramiento C-C típico de los grupos aromáticos. Los picos en 1140,3 y 995,4 cm-1 son típicos de enlaces glicosídicos (α-1,4) y (α-1,6) de pululano39. La Figura 3d, etiqueta c), muestra picos de TA/PUL-AuNP a 3400,5, 2920,2, 1640,5, 1380,1, 1145,2 y 1011,6 cm-1, que están cerca de los picos identificados en TA y PUL. Esta observación confirmó aún más las funciones sinérgicas de TA y PUL en la dirección de la fabricación de la sonda TA/PUL-AuNPs. La espectroscopía Raman se utilizó para revelar aún más la información estructural y la interacción entre TA, PUL y TA/PUL-AuNP, utilizando el fenómeno de dispersión Raman mejorada en superficie (SERS), como se muestra en la figura S6. Se identificaron picos en 1109,7, 1328,3, 1610,2 y 1705,9 cm-1 en TA, correlacionados con el estiramiento de CO, la flexión O-H de los grupos fenol en TA, el estiramiento C = O y C = C del anillo de benceno múltiple de TA40. Los picos identificados en PUL incluyen -855,5 (estiramiento C – O – C), 930,8 (C – O – C asimétrico), 1132,7 (C – O – C asimétrico), 1350,6 (vibraciones de flexión O – H), 1465,8 (flexión CH) y 2910,7 cm-1 (estiramiento del CH)41. Los picos en TA/PUL-AuNP incluyen -858,9, 1145,9, 1471,3, 1563,5 y 2905,9 cm-1, que son picos disminuidos en comparación con los picos de TA y PUL. Esta es una confirmación adicional de la influencia sinérgica de TA y PUL, en la mediación de la síntesis de la sonda TA/PUL-AuNPs.

Imágenes FESEM de (a) PUL, (b) TA/PUL-AuNP (AuNP marcadas en amarillo), (c) difractograma de rayos X de a. PUL, b. TA/PUL-AuNP, (d) ATR-FTIR de a. Pestaña. PUL, c. TA/PUL-AuNP, (e) TGA (f) DTG de a. PUL, b. TA/PUL-AuNP, (g) estudio de escaneo completo de TA/PUL-AuNP, (h) energía de unión de Au 4f, (i) C 1s, (j) espectros desconvolucionados de O 1s.

La estabilidad térmica de PUL y TA/PUL-AuNP se perfiló en una configuración TGA y DTG. El perfil TGA (Fig. 3e) se puede instalar en diferentes etapas de degradación, como se indica en la Tabla S1. Para PUL (Fig. 3e, etiqueta a), se identifican tres etapas. Etapa 1 (25,30–250,4 °C), Etapa II (250,5–500,1 °C) y Etapa III (500,1–900,0 °C). La pérdida de masa total para las tres etapas se resume en 96,5%, con un contenido porcentual de cenizas de 3,50%. Las tres etapas se asignan a la pérdida de humedad del polímero, la degradación de la arquitectura ordenada del polímero y la etapa de carbonización completa del polímero, respectivamente. Por otro lado, se asignan dos etapas principales a la sonda TA/PUL-AuNPs (Fig. 3e, etiqueta b). Etapa I (25,40–250,4 °C) y Etapa II (250,4–900,0 °C). La pérdida de masa estimada fue del 77,8% con un porcentaje de ceniza del 22,2%. El mayor porcentaje de cenizas en la sonda TA/PUL-AuNPs muestra su mayor estabilidad térmica (más de seis veces), en comparación con el polímero PUL. El TGA derivado se muestra en la Fig. 3f, que reveló aún más las etapas de degradación identificadas a medida que aumentaba la temperatura.

También se utilizó espectroscopía de fotoelectrones de rayos X (XPS) para perfilar la sonda TA/PUL-AuNPs. El estudio completo del material reveló picos asignados a los espectros de Au 4f, C 1s y O 1s (Fig. 3g). Estos picos se desconvolucionaron y se presentaron como picos de alta resolución de los elementos identificados. La Figura 3h muestra los espectros desconvolucionados de Au 4f, con picos a 84,6, 86,1, 87,5 y 90,5 eV. Los picos en (84,6 y 87,5 eV) son para Au 4f7/2, Au 4f5/2 de Au0 (diferencia de energía de unión de aproximadamente 3,0 eV), mientras que los picos (86,1 y 90,5 eV) son para Au 4f7/2, Au 4f5 /2 de Au+ respectivamente42,43. El pequeño pico de Au+ muestra que existían algunas sales de Au no reducidas en la solución coloidal TA/PUL-AuNPs. De hecho, el máximo de absorción a 529 nm es un testimonio de ello, ya que las AuNP perfectamente reducidas exhiben un máximo de absorción a 520 nm, con color rojo rubí. El espectro de alta resolución de C 1 se muestra en la Fig. 3i, con picos como 284,7 (C – C, C – H), 286,1 (C – O), 287,0 (C – O – C), 288,4 (C = O) y 290,0 (O – C = O) eV44, todos observados, correspondientes a los diferentes entornos químicos de carbono en el material. El espectro de O 1 se muestra en la Fig. 3j, con picos en 532,3 (O – C = O), 532,6 (C – OH) y 533,3 (C – O) eV44, lo que confirma el átomo de oxígeno unido al átomo de carbono en conformaciones multidimensionales. . Estos muestran que existían fuertes interacciones entre AuNP, TA y PUL, para crear una red estable y ordenada de nanocompuesto coloidal de TA/PUL-AuNP.

La capacidad de detección de TA/PUL-AuNP para Ag+ en solución se investigó en primer lugar mediante la mera adición del analito a la sonda colorimétrica, sin y con ajuste de pH utilizando una solución de NaOH. Como se muestra en la Fig. 4, las TA/PUL-AuNP muestran un máximo de UV a 529 nm (Fig. 4, curva a), con un color rojo baya tenue (Fig. 4, imagen a-inserto). La adición de concentración de Ag+ a 150 µM (concentración final), impartió solo un ligero cambio máximo de absorción (Fig. 4, curva b), con un color rojo (Fig. 4, imagen b-inserto). El ajuste de pH mediado por NaOH en TA/PUL-AuNP no imparte un cambio notable en los espectros de absorción (Fig. 4, curva c), pero sí un ligero cambio en el color (Fig. 4, imagen c-inserto) y otro pico a 320 nm, que puede atribuirse a la activación de TA inicialmente inmanente en PUL Matrix45. El pH después del ajuste basado en NaOH fue de 11. Esta observación puede atribuirse a una mayor activación de TA en la matriz PUL. La adición de Ag+ a TA/PUL-AuNP con pH ajustado dio como resultado un cambio hipsocrómico en los espectros de absorción, con una mejora de la intensidad (Fig. 4, curva d), mientras que un rápido cambio de color a amarillo brillante (Fig. 4, imagen d-inserto), se observó. Esto muestra que el ajuste del pH es sacrosanto para una respuesta eficaz a Ag+ utilizando la sonda TA/PUL-AuNPs propuesta.

Espectros UV-Vis de a. TA/PUL-AuNP, b. TA/PUL-AuNP con adición de Ag+, c. TA/PUL-AuNP con adición de NaOH, d. TA/PUL-AuNP con adición de NaOH y Ag+, el recuadro muestra las imágenes fotográficas de a–d (concentración de Ag+ = 150 µM, NaOH = 3,25 mM).

Para lograr una respuesta de detección óptima utilizando la sonda TA/PUL-AuNPs, se deben optimizar adecuadamente los parámetros relevantes que afectan la sensibilidad de detección. En este sentido, se optimizaron la concentración de NaOH en el sistema de reacción y el tiempo de incubación.

El efecto de la concentración de NaOH en el sistema de reacción se optimizó bajo 80,0 µM de Ag+, variando los volúmenes de solución de NaOH 50 mM recién preparada utilizada. Se inyectaron 30, 60, 90, 130 y 150 µl de 50 mM en el recipiente de reacción de 2 ml para que las concentraciones finales de NaOH sean (0,750, 1,50, 2,25, 3,25, 3,75 mM), respectivamente. La Figura S7 muestra la gráfica de la concentración de NaOH frente a la respuesta. Como se muestra, la respuesta aumentó a medida que aumentaron las concentraciones de NaOH, mientras que mostró solo un ligero cambio de respuesta entre 3,25 y 3,75 mM. Se observó que NaOH 3,75 mM podría afectar la estabilidad de la capa nanoestructurada del núcleo coloidal Au@Au formada con el tiempo46, en consecuencia, se seleccionó NaOH con una concentración final de 3,25 mM para este trabajo.

El tiempo de incubación se investigó recogiendo los espectros de absorción en diferentes concentraciones de Ag+ (2,50, 20,0, 80,0 y 150 µM), en intervalos de 2 min, durante 14 min. Como se revela en la Fig. S8, las TA/PUL-AuNP muestran una respuesta rápida con una saturación de aproximadamente 6 minutos y, por lo tanto, fueron seleccionadas.

En las condiciones óptimas de detección, se investigó la sensibilidad de la sonda TA/PUL-AuNPs hacia la detección de Ag+ en un ambiente acuoso cargando diferentes concentraciones de Ag+, de modo que las concentraciones finales oscilaron entre 0,000 y 150 µM. La adición de Ag+ a TA/PUL-AuNP con pH ajustado, mezclada con vórtice e incubada a temperatura ambiente durante 6 minutos dio como resultado cambios de color observables a simple vista (Fig. 5A). Las transiciones de color varían de rojo a amarillo tenue, amarillo y naranja, lo que confirmó la eficacia de TA/PUL-AuNP hacia Ag+ en solución. La Figura 5B muestra los espectros UV-Vis de TA/PUL-AuNP bajo inyección de Ag+, en las condiciones óptimas de detección. Como se señaló, los espectros de absorción se desplazaron progresivamente hacia el azul (efecto hipsocrómico), con un aumento de intensidad. A medida que aumentan las concentraciones de Ag+, se desarrolló un pico agudo alrededor de 409 nm, que es típico del pico de AgNP plasmónicos de pequeño tamaño47. Los espectros UV-Vis en concentraciones bajas (0,000–5,00) µM se muestran en la Fig. S9, para revelar el cambio del espectro de manera más notoria en el rango bajo. La respuesta analítica seleccionada para este trabajo (AAg+ − Abl)@409 nm, donde AAg+ es la intensidad de absorbancia del analito Ag+, Abl es la intensidad de absorbancia del blanco, ambos a 409 nm. La gráfica de las concentraciones de Ag+ frente a (AAg+ − Abl)@409 nm muestra una linealidad entre 0,100 y 150 µM, Fig. 5C. La gráfica se presenta en forma de ecuación, (AAg+ − Abl)@409 nm = 0,0105 [Ag+] − 0,024, que muestra un valor R2 de 0,9956. El límite de detección (LOD) se evaluó mediante la ecuación 3,3xSy/x/pendiente, donde Sy/x, (desviación estándar de la regresión), y la pendiente se obtiene de la curva de calibración (ICH, 1996)48. El LOD calculado en 30,8 nM, está muy por debajo del nivel aceptable de Ag+ en agua potable, fijado en 0,930 µM por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (USEPA)49. En consecuencia, este sensor puede determinar Ag+ en un rango ambientalmente relevante, para el control de la contaminación.

(A) Imágenes fotográficas de TA/PUL-AuNP en diferentes concentraciones de Ag+ (0,000–150 µM), (B) espectros UV-Vis, (C) gráfico de concentración de Ag+ versus respuesta de detección (AAg+ − Abl)@409 nm, mostrando linealidad entre 0,100 y 150 µM.

El posible mecanismo de TA/PUL-AuNP se explica a continuación. A partir de las exhaustivas caracterizaciones instrumentales implementadas para obtener una visión detallada de las propiedades morfológicas y microestructurales de TA / PUL-AuNP, es correcto concluir que TA actuó como reductor de la sal de oro, todo dentro de la matriz PUL. Si bien parte del TA se utilizó para la reducción de la sal de oro, para formar AuNP, el exceso de TA se fija o inmoviliza en la matriz PUL mediante enlaces de hidrógeno intermoleculares. Esta interacción intermolecular se produce entre los numerosos grupos OH en las estructuras TA y PUL, como se muestra en la Fig. 6. Con la adición de NaOH, el exceso de TA se activaría y, por lo tanto, puede facilitar la reducción in situ de Ag+, dentro de la matriz PUL, cuando se agrega a proporcionar nuevos AgNP, que se depositan en los AuNP iniciales. En consecuencia, las nanopartículas de capa central de Au @ Ag se forman dentro de la matriz PUL como (nanoestructura de capa central PUL-Au @ Ag). Además, la sonda TA/PUL-AuNPs puede actuar como catalizador para los pasos de nucleación/crecimiento, durante la formación de AgNPs in situ y, por lo tanto, puede concluirse en un corto período de tiempo. Como resultado, las TA/PUL-AuNP pueden disminuir significativamente el potencial redox de Ag+/Ag050. También es importante afirmar que la similitud en los parámetros reticulares de Ag (0,4086 nm) y Au (0,4079 nm)51 también fomentó la rápida formación de AgNP en las superficies TA/PUL-AuNP, como se observa, que es similar a la Crecimiento de la formación de nanopartículas mediado por semillas convencionales52. Esta observación está marcada por perturbaciones de color visibles y una mejora de los espectros de absorción y un cambio hipsocrómico. Se adquirieron las imágenes TEM y el diámetro hidrodinámico de DLS de TA/PUL-AuNP bajo diferentes concentraciones de Ag+. Como se muestra en la Fig. 7, la imagen TEM de TA / PUL-AuNP con pH ajustado muestra partículas esféricas (Fig. 7a), con color rojizo (Fig. 7a, recuadro de imagen) y un diámetro de partícula de 50,4 ± 0,2 nm de DLS ( Figura 7d). Sin embargo, con la inyección de Ag+ a 30,0 µM, las imágenes TEM muestran que las partículas tienen un tamaño más uniforme, mientras que se pudieron identificar algunas imágenes no esféricas (como se muestra con la flecha de color amarillo) (Fig. 7b). El cambio de color a naranja se podía notar claramente (imagen insertada en la Fig. 7b). El diámetro hidrodinámico aumentó igualmente a 55,0 ± 1,5 nm (Fig. 6e). Además, con una inyección de 100,0 µM de Ag+ en TA/PUL-AuNP con pH modulado, las imágenes TEM se distribuyen de manera más uniforme, con todas las formas esféricas (Fig. 7c). La imagen en color es de color amarillo intenso (Fig. 7c, imagen insertada) y el diámetro del DLS fue de 57,6 ± 1,6 nm (Fig. 7f). El potencial zeta de TA / PUL-AuNP (condiciones de detección) con tratamiento Ag + a (0.000, 30.0 y 100 µM) se muestra en la Fig. S10. Como se muestra, hubo un incremento progresivo en el valor zeta de − 16,0 ± 1,1 mV (en blanco o 0,000 µM Ag+) a − 19,3 ± 2,2 mV para 30,0 µM Ag+ y − 21,6 ± 1,4 mV para inyección de 100 µM Ag+. Esta tendencia muestra que las partículas se vuelven más estables a medida que se utilizan más moléculas de TA para la reducción in situ de Ag+ a AgNP, lo que corroboró aún más la tendencia obtenida a partir de la observación de imágenes TEM. Además, perfilamos la imagen FESEM y el espectro EDS de TA / PUL-AuNP con pH ajustado después de la adición de Ag + 60,0 µM, como se muestra en la Fig. 7g. La presencia de nanoestructuras esféricas de Au@Ag (flechas rojas) se distribuye visiblemente en la matriz polimérica PUL (Fig. 7g) observada con grandes aumentos. El espectro EDS (Fig. 7h) confirmó la presencia de C, O, Au y Ag con distribuciones porcentuales variables (Fig. 7h, recuadro). Los picos de C y O, que provienen claramente del biopolímero, mientras que los picos de Au y Ag, confirmaron la generación de nanoestructura de la capa central de Au@Ag que surge de la reducción de Ag+ en TA/PUL-AuNP preformadas. El mapeo elemental (Fig. S11 confirmó aún más la presencia de C, O, Au y Ag, validando el resultado obtenido del análisis del espectro EDS.

Ilustración mecanicista de la sonda basada en TAPUL-AuNP para la detección de Ag+.

Imágenes TEM de TA/PUL-AuNP con pH ajustado con la adición de (a) 0,000, (b) 30,0, (c) 100 µM Ag+ (el recuadro muestra las imágenes fotográficas), mientras que (d – f) representan los diámetros hidrodinámicos de DLS , correspondiente a (a – c), (g) imágenes FESEM de TA/PUL-AuNP bajo inyección de Ag+ 60,0 µM (las flechas rojas muestran la nanoestructura de la capa central de Au@Ag dentro de la matriz PUL con gran aumento), (h) espectro EDS de TA/PUL-AuNP bajo inyección de Ag+ 60,0 µM, que muestran picos de Au y Ag.

La precisión de la sonda TA/PUL-AuNPs para la detección de Ag+ se investigó cargando concentraciones de Ag+ a 30,0 y 100 µM, adquiriendo ocho réplicas (n = 8) en un solo día para obtener precisión intradía y las mismas concentraciones se adquirieron de tres días consecutivos, para precisión entre días. La precisión se representó como desviación estándar relativa (RSD%). La precisión estimada intra e interdiaria es del 0,8 y 2,6% respectivamente. Esto muestra que la estrategia de detección es muy confiable y puede detectar Ag+ sin una variabilidad significativa de la respuesta. La capacidad excepcional de la matriz de biopolímeros para retener y liberar materiales activos es clave para sus aplicaciones indispensables en una amplia gama de campos del esfuerzo humano. Sus grupos funcionales pueden interactuar entre sí y conferirles así una enorme estabilidad en el tiempo51. Por lo tanto, la matriz PUL puede mantener el TA firmemente en su lugar, lo que mejora la solidez de la detección del ensayo propuesto.

Se investigó la selectividad de la sonda de detección TA/PUL-AuNPs para responder a Ag+ en comparación con otros numerosos iones metálicos. La respuesta única de Ag+ y otros posibles iones metálicos interferentes (M+) en muestras ambientales reales se cargó en la sonda TA/PUL-AuNPs y se presentó en la Fig. 8. Como se reveló, las TA/PUL-AuNPs mantuvieron su color rojizo, en se observó la presencia de concentraciones más altas de otros metales, excepto Hg2+, donde se observó un color ligeramente tenue (color leonado) (Fig. 8A). El espectro UV-Vis se muestra en la Fig. 8B, donde la mejora de la absorción de Ag+ (Fig. 8B, línea roja) se distingue claramente de otros iones metálicos. Hg2+ (Fig. 8B, línea violeta), por otro lado, mostró un cambio hacia el azul, sin un pico notable a 409 nm. El gráfico de respuesta (AM+ - Abl) a 409 nm frente a diferentes iones metálicos (Fig. 8C) muestra la respuesta de Ag+ que supera a otros iones metálicos. Se calcula que la respuesta del ion metálico más cercano (Hg2+) es aproximadamente el 14% de la de Ag+, incluso cuando el Hg2+ se mantuvo en una concentración dos veces mayor. Esto muestra que el Hg2+ puede inducir un ligero efecto de interferencia en la respuesta de Ag+. La respuesta de Hg2+ es posible, ya que bajo la condición de detección de Ag+, Hg2+ puede formar complejos e igualmente ser reducido por TA, a Hg0, que puede depositarse en las AuNP para producir amalgama Au@Hg53. Para evitar el efecto del Hg2+, investigamos el uso de EDTA como agente enmascarante, ya que tiene una constante de unión mayor con Hg2+ que con Ag+54 y, por lo tanto, puede usarse para anular la ligera respuesta de Hg2+. La concentración de EDTA utilizada se mantuvo en 1,25 mM, añadiendo 100 µl de solución acuosa de EDTA 25 mM a la sonda de detección mantenida en un volumen de reacción de 2 ml. La Figura S12 muestra los espectros UV-Vis de la muestra en blanco (TA/PUL-AuNP ajustada con pH) (Fig. S12, curva a), con color rojo (Fig. S12, imagen a-inserto). La adición de EDTA al blanco se muestra en (Fig. S12, curva b, que muestra una intensidad espectral disminuida, con un color rojo más tenue (Fig. S12, imagen b, recuadro). La inyección de Hg2+ en el blanco, sin EDTA, se muestra en ( Fig. S12, curva c), que muestra la alteración de Hg2+ en el espectro UV, con un cambio de color obvio y observable (Fig. S12, imagen c-inserto). La inyección de Ag+ en el blanco se muestra en (Fig. S12, curva d), revelando Ag+. mejora mediada del espectro con color amarillento (Fig. S12, imagen d-recuadro). El efecto de EDTA en la adición de Hg2+ al blanco se muestra en (Fig. S12, curva e). En consecuencia, el desplazamiento del espectro de Hg2+ fue anulado (casi como el blanco). , validando la capacidad quelante de EDTA a Hg2+. La perturbación del color de Hg2+ en TA/PUL-AuNP podría evitarse con el color rojo observado. Sin embargo, con EDTA agregado a Ag+ y en blanco (Fig. S12, curva f), los espectros UV aún cambiaron significativamente, con un pico obvio a 409 nm, mientras que la imagen fotográfica muestra una coloración amarilla (Fig. S12, imagen f-inserto). Esta observación validó que la ligera respuesta de Hg2+ a la sonda TA/PUL-AuNPs incluso a Se puede evitar una concentración dos veces mayor de Ag+ con el uso de EDTA, sin afectar la respuesta de Ag+, por lo que esta sonda puede ser altamente selectiva para Ag+ sobre otros posibles iones metálicos.

(A) Imágenes fotográficas, (B) Espectros de absorción UV-Vis de TA/PUL-AuNP con pH ajustado bajo diferentes concentraciones de iones metálicos, Blanco, Na+, K+, Ca2+, Ba2+, Mn2+, Mg2+, Zn2+, Pb2+, Cd2+, Co2+. Fe2+, Fe3+, Cu2+, Ni2+, Cr3+, Hg2+, Al3+ y Ag+, siendo Ag+ = 60,0 µM, mientras que otros metales son 120 µM. (C) Gráfico de (AM+ − Abl)@409 nm frente a diferentes iones metálicos.

La potencia de detección de la sonda TA/PUL-AuNPs se comparó con numerosos métodos informados para la detección de Ag+, como se presenta en la Tabla 1. En comparación con los métodos basados en estaciones de trabajo electroquímicas que utilizan ADN como moléculas de reconocimiento9,10, el presente TA/PUL-AuNPs es rentable, ya que las moléculas de biorreconocimiento son generalmente muy caras. Además, el ADN es lábil y se degrada fácilmente, lo que presenta desafíos para la solidez del ensayo. En comparación con los ensayos fluorométricos11,12, la sonda TA/PUL-AuNPs propuesta muestra un LOD y un rango lineal similares; sin embargo, a partir de los dispositivos de lectura, los TA/PUL-AuNPs basados en el uso de espectrofotómetro UV-Vis son más asequible que el fluorímetro más simple. Por lo tanto, puede utilizarse fácilmente en entornos económicamente desafiantes. En comparación con otros métodos colorimétricos informados9,13,15,55, las TA/PUL-AuNP propuestas muestran ventajas notables en términos de presentar una estrategia de síntesis en un solo recipiente sin necesidad de funcionalización adicional de la superficie15. Además, si bien la mayoría de los métodos de detección se basaron principalmente en la agregación de AuNP de (color rojo a azul), la transición de color del rojo al amarillo en este trabajo es en sí misma notable y, por lo tanto, aumenta la fuerza de esta estrategia de detección. Es relevante plantear que, si bien algunas de las sondas reportadas se llevaron a cabo utilizando materiales altamente tóxicos. En términos de sostenibilidad ambiental, las TA/PUL-AuNP son mucho mejores, en virtud de los materiales utilizados en la fabricación de la sonda (TA y PUL). Por lo tanto, el presente ensayo encaja dentro del concepto de "química verde", beneficiándose del uso de materiales de partida no tóxicos para la fabricación de nanosondas. Es importante señalar que las transiciones de color en las TA/PUL-AuNP hacia la detección de Ag+ son completamente diferentes de las otras nanosondas basadas en AuNP, donde los cambios de color de rojo a azul o viceversa se utilizan a menudo para cuantificar las respuestas de detección. Como resultado, TA/PUL-AuNP presenta una impresionante estrategia de detección a simple vista, que enriquecería la literatura, especialmente en el diseño de ensayos de detección óptica para el monitoreo de HM en muestras ambientales.

Para verificar la eficacia de detección de la sonda TA/PUL-AuNPs para Ag+, en una muestra ambiental real, utilizamos una muestra de agua de un lago de la Universidad de Chulalongkorn, Tailandia. La muestra de agua fue recolectada y tratada como se detalla en la sección 2.5. La concentración de Ag en la muestra se perfiló utilizando ICP-OES y no se encontró en la muestra. Se aplicó el método de adición estándar para la detección de Ag+ utilizando la sonda TA/PUL-AuNPs. Se agregaron diferentes concentraciones de Ag+ a la muestra de agua del lago procesada y se cargaron en la sonda, siguiendo las condiciones de detección utilizadas para el gráfico de calibración. La muestra sin picos y las concentraciones de Ag+ dentro de (0,100–150 µM), es decir, el rango lineal del gráfico de calibración, se muestran en la Fig. 9. Se utilizaron ocho puntos y la imagen fotográfica se revela en la Fig. 9A. En consecuencia, se observaron transiciones de color a simple vista del rojo al naranja y al amarillo, al igual que la respuesta del gráfico de calibración. Esto muestra que las TA/PUL-AuNP pueden responder a la detección de Ag+ en muestras ambientales complejas. La Figura 9B muestra los espectros de absorción UV-Vis, donde se observó un cambio de pico hipsocrómico, mientras que se revela notoriamente un pico fuerte a 409 nm, característico de las AgNP. En la Fig. 9C se muestra la gráfica de (AAg+ − Abl)@409 nm frente a las concentraciones de Ag+, enriquecidas en una muestra de agua del lago. La gráfica generó una ecuación, (AAg+ − Abl)@409 nm = 0,0098[Ag+] − 0,0231, con un valor R2 de 0,9913. La respuesta en la muestra de agua del lago y el gráfico de calibración se comparan para comprender mejor el efecto de la matriz de la muestra del lago en la potencialidad de detección de TA/PUL-AuNP. Como se revela en la Fig. S13, ambos gráficos (gráfico de calibración o gráfico Cal y muestra de Lake), cuando se comparan utilizando un ANOVA de dos vías, muestran que no existieron diferencias significativas entre los dos gráficos (P ≥ 0,05). Por lo tanto, la precisión de las TA/PUL-AuNP se estimó utilizando la parcela de muestra de agua del lago. La recuperación obtenida está entre 98,8 y 102,2 % (Tabla S2), lo que muestra que la sonda de detección puede detectar Ag+ de manera confiable en solución.

(A) Imágenes fotográficas, (B) Espectros UV-Vis, de TA/PUL-AuNP ajustadas con pH de concentraciones de Ag+ sin y con picos dentro de (0,100–150 µM) en una muestra de agua del lago. (C) Gráfico de (AAg+ − Abl)@409 nm contra concentraciones de Ag+ dentro del rango lineal (0,100–150 µM).

Este trabajo propuso un enfoque respetuoso con el medio ambiente hacia la síntesis de AuNP, mediante una combinación sinérgica de TA y biopolímero (Pullulan), para generar TA/PUL-AuNP. Se utilizó TA como agente reductor de la sal de oro, dentro de una matriz de polímero PUL hidrófilo. En las condiciones óptimas de síntesis, las TA/PUL-AuNP mostraron un máximo de UV-Vis a 529 nm. Se aplicó una caracterización instrumental detallada para obtener información sobre las propiedades ópticas, morfológicas y microestructurales de TA/PUL-AuNP. Los resultados mostraron que TA redujo la sal de oro a sus nanopartículas, todas dentro de la matriz PUL. Además, se demostró que, si bien la síntesis mediada por TA generaba AuNP altamente estables y dispersas, dentro de la matriz PUL, se podía retener el exceso de TA a través de enlaces de hidrógeno intermoleculares entre TA y PUL. En consecuencia, después del ajuste del pH a 11, las TA/PUL-AuNP podrían activarse para la detección de Ag+, mediante la reducción in situ de Ag+ añadido a AgNP. Los AgNP formados se pueden depositar aún más en los PUL-AuNP ya formados para producir la nanoestructura de la capa central PUL-Au@Ag, con perturbaciones de color observables del rojo al naranja y al amarillo. El mecanismo de detección se investigó en detalle y las condiciones óptimas de detección proporcionaron una relación lineal entre (AAg+ - Abl)@409 nm y concentraciones de Ag+ dentro de 0,100–150 µM, mientras que el LOD calculado fue de 30,8 nM. Se utilizó TA/PUL-AuNP para la detección de Ag+ en muestras de agua de lagos con precisión confiable.

Todos los datos generados y analizados para este trabajo se han utilizado en el artículo principal y sus archivos de información complementarios.

Ácido tánico

Nanopartículas de oro

pululano

Nanopartículas de ácido tánico/pululano-oro

Nanopartículas de plata

Temperatura ambiente

Ácido etilendiaminotetraacético

Hidróxido de sodio

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El Dr. Titilope John Jayeoye, reconoció y agradeció sinceramente la beca C2F (El fondo del segundo siglo), Universidad de Chulalongkorn, Tailandia, por la concesión de la beca postdoctoral y al Dr. Fredrick N. Eze (Centro de excelencia del sistema de administración de medicamentos, Facultad de Ciencias Farmacéuticas, Prince of Songkla University, Hatyai, Tailandia), por su apoyo en la caracterización del material.

Departamento de Química, Facultad de Ciencias, Universidad Chulalongkorn, Bangkok, 10330, Tailandia

Titílope John Jayeoye y Nongnuj Muangsin

Programa de Petroquímica y Ciencias de los Polímeros, Facultad de Ciencias, Universidad de Chulalongkorn, Bangkok, 10330, Tailandia

Chamaiporn Supachettapun

Centro de Excelencia Nanotec-CU en Alimentación y Agricultura, Departamento de Química, Facultad de Ciencias, Universidad de Chulalongkorn, Bangkok, 10330, Tailandia

Nongnuj Muangsin

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TJJ: Conceptualización, Metodología, validación, Investigación, Análisis formal, revisión y edición, Redacción—borrador original. CS: Metodología, investigación, revisión y edición. NM: Recursos, revisión y edición, Supervisión. Todos los autores leyeron y aprobaron la versión final del manuscrito.

Correspondencia a Titilope John Jayeoye o Nongnuj Muangsin.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Jayeoye, TJ, Supachettapun, C. y Muangsin, N. Detección de Ag+ tóxico basada en la formación de nanoestructuras de la capa central de Au @ Ag utilizando la síntesis asistida por ácido tánico de nanopartículas de oro estabilizadas con pullulano. Informe científico 13, 1844 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-27406-9

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Recibido: 25 de octubre de 2022

Aceptado: 02 de enero de 2023

Publicado: 01 de febrero de 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-27406-9

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