Desarrollo de una plataforma de métodos analíticos para el análisis de nanomateriales en sistemas medioambientales y biológicos

Abstract

La incorporación de nanopartículas sintéticas a diferentes productos industriales y de consumo ha aumentado significativamente en los últimos años. La liberación de estas nanopartículas, así como de otras especies derivadas de las mismas, puede conducir a una posterior exposición para el consumidor y el medio ambiente, siendo un factor relevante para la evaluación de los riesgos asociados a su uso. Dentro de este contexto, la necesidad de métodos analíticos para la detección, caracterización y cuantificación de estas especies liberadas se hace evidente. La creciente demanda de información analítica relacionada con nanomateriales requiere la adaptación de las técnicas y métodos existentes, así como el desarrollo de nuevas estrategias. Desde el punto de vista de la Química Analítica, las nanopartículas no son sólo entidades químicas con una composición química determinada, sino también entidades físicas, con un tamaño y una forma definidos. Los entornos en los que estas nanopartículas son incorporadas pueden hacer que éstas sufran transformaciones, siendo también necesario determinar las distintas especies formadas para poder entender y predecir su comportamiento y sus efectos. Por tanto, el actual reto analítico consiste en desarrollar estrategias innovadoras para detectar, caracterizar y cuantificar nanopartículas sintéticas y sus derivados en muestras complejas y a concentraciones reales. En la mayoría de los casos, estas estrategias implican el uso de varios métodos analíticos complementarios. En esta Tesis Doctoral se ha propuesto y evaluado una plataforma de métodos analíticos basados en el uso de la espectrometría de masas con plasma de acoplamiento inductivo (ICPMS) para obtener información sobre la liberación de plata a partir de distintos tipos de muestras conteniendo nanopartículas de plata. La sensibilidad y la especificidad elemental que proporciona ICPMS en su forma de trabajo convencional se ha visto complementada por el uso de esta técnica en su modo de detección de partículas individuales (SP-ICPMS), así como mediante el uso de la ultrafiltración (UF) en combinación con ICPMS y el fraccionamiento en flujo mediante campo de flujo asimétrico (AF4) acoplado a ICPMS. Los casos estudiados han incluido estudios de liberación a partir de superficies recubiertas, nanocomposites y micropartículas de arcillas en medios de complejidad creciente (agua ultrapura, cultivos de algas en ensayos de ecotoxicidad, vinos y procesos de digestión in vitro), así como el análisis de células humanas procedentes de ensayos de nanotoxicidad. Esta plataforma de métodos analíticos ha permitido obtener información sobre la liberación de plata, tanto en su forma disuelta como nanoparticulada, así como sobre el tamaño de las nanopartículas, bajo diferentes escenarios, y con diámetros de nanopartícula de hasta 5 nm. Por otro lado, se ha desarrollado una metodología analítica basada en la detección de partículas individuales mediante ICPMS haciendo uso de instrumentación con velocidades ultrarrápidas de adquisición de datos, llevando a cabo la evaluación de sus prestaciones analíticas y su aplicación a distintos tipos de muestras con nanopartículas de plata o selenio. Esta metodología pone de manifiesto la importancia de seleccionar correctamente las concentraciones de partícula en función del instrumento y las condiciones experimentales para conseguir resultados de la máxima calidad. Asimismo, se ha observado que los efectos negativos derivados de la presencia de especies disueltas, así como la contribución de especies poliatómicas, se reducen significativamente al trabajar en el orden de los microsegundos, afectando en menor grado a los límites de detección en tamaño. El uso de tiempos de lectura en el rango de los microsegundos, junto con el uso de celda de reacción ha permitido detectar mediante SP-ICPMS nanopartículas biogénicas de selenio en muestras de levaduras.