Analytical nanometrologyanalytical methods for detection, characterization and quantification of engineered nanoparticles

Resumen

EL USO DE NANOPARTÍCULAS SINTÉTICAS EN DISTINTAS APLICACIONES TECNOLÓGICAS, ASÍ COMO EN PRODUCTOS DE CONSUMO, HA AUMENTADO SIGNIFICATIVAMENTE EN LOS ÚLTIMOS AÑOS. EN ESTE CONTEXTO, LA SOSTENIBILIDAD DE LA PROPIA NANOTECNOLOGÍA EXIGE CONOCER LOS RIESGOS ASOCIADOS AL USO DE LOS NANOMATERIALES Y DE LAS NANOPARTÍCULAS EN RELACIÓN CON LA SALUD HUMANA Y CON EL MEDIO AMBIENTE. LA EVALUACIÓN DE ESTOS RIESGOS NANOTOXICOLÓGICOS SE TIENE QUE BASAR EN LA INFORMACIÓN TOXICOLÓGICA PROPORCIONADA POR ESTUDIOS IN VITRO E IN VIVO, ASÍ COMO EN LA INFORMACIÓN ANALÍTICA RELACIONADA CON LA DETECCIÓN, CARACTERIZACIÓN Y CUANTIFICACIÓN DE NANOPARTÍCULAS EN LOS DISTINTOS TIPOS DE MUESTRAS INVOLUCRADAS. SI SE DEFINE LA NANOMETROLOGÍA COMO LA CIENCIA DE LA MEDIDA EN LA NANOESCALA, SE PUEDE DEFINIR LA NANOMETROLOGÍA ANALÍTICA CONO LA CIENCIA CUYO OBJETIVO ES OBTENER INFORMACIÓN DE ANALITOS CON DIMENSIONES EN LA NANOESCALA. EN LA ACTUALIDAD, EL NÚMERO DE MÉTODOS QUE PERMITEN DETERMINAR LA IDENTIDAD, CONCENTRACIONES Y CARACTERÍSTICAS DE NANOPARTÍCULAS SINTÉTICAS, EN MUESTRAS MEDIOAMBIENTALES Y BIOLÓGICAS, CON UNA ELEVADA FIABILIDAD, ES MUY LIMITADO. CON EL FIN DE CUBRIR ESTA CARENCIA, ESTA TESIS DOCTORAL SE HA CENTRADO EN LOS NANOMATERIALES A BASE DE PLATA Y EN EL DESARROLLO Y APLICACIÓN DE MÉTODOS ANALÍTICOS QUE PERMITAN OBTENER INFORMACIÓN CUANTITATIVA Y CUALITATIVA SOBRE LAS DIFERENTES FORMAS FÍSICO-QUÍMICAS DE LA PLATA ASOCIADAS A LOS MISMOS. EN CONCRETO, SE HA EVALUADO Y APLICADO UN MÉTODO PARA LA DETERMINACIÓN DE LA Ag(I) LIBERADA POR DIFERENTES TIPOS DE NANOPARTÍCULAS DE PLATA, BASADO EN ULTRAFILTRACIÓN Y PLASMA DE ACOPLAMIENTO INDUCTIVO-ESPECTROMETRÍA DE MASAS (ICPMS). SE HA DESARROLLADO, OPTIMIZADO Y APLICADO UNA METODOLOGÍA BASADA EN LA DETECCIÓN INDIVIDUAL DE PARTÍCULAS E ICPMS (SP-ICPMS) PARA LA DETECCIÓN, CARACTERIZACIÓN Y CUANTIFICACIÓN DE NANOPARTÍCULAS DE PLATA Y PLATA DISUELTA SIN SEPARACIÓN PREVIA. ESTA METODOLOGÍA HA PERMITIDO OBTENER INFORMACIÓN SOBRE LA PRESENCIA DE PLATA DISUELTA/NANOPARTÍCULAS DE PLATA Y SUS RESPECTIVAS CONCENTRACIONES EN MASA, ASÍ COMO SOBRE LA DISTRIBUCIÓN DE TAMAÑO EN NÚMERO Y LA CONCENTRACIÓN EN NÚMERO DE LAS NANOPARTÍCULAS. ADEMÁS, SE HA CONFIRMADO LA VIABILIDAD DE SP-ICPMS PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE LA DEFINICIÓN DE NANOMATERIAL DE LA COMISIÓN EUROPEA. POR OTRO LADO, SE HAN DESARROLLADO DIFERENTES MÉTODOS BASADOS EN FRACCIONAMIENTO EN FLUJO CON CAMPO DE FLUJO ASIMÉTRICO ACOPLADO A ESPECTROMETRÍA DE ABSORCIÓN MOLECULAR ULTRAVIOLETA-VISIBLE E ICPMS PARA LA CARACTERIZACIÓN DE NANOPARTÍCULAS DE PLATA, ASÍ COMO PARA LA IDENTIFICACIÓN Y CUANTIFICACIÓN DE NANOPARTÍCULAS DE PLATA Y DE ESPECIES DISUELTAS DE PLATA (I). ESTOS MÉTODOS SE HAN APLICADO CON ÉXITO A PRODUCTOS DE CONSUMO A BASE DE NANOPARTÍCULAS DE PLATA Y AL ESTUDIO DEL COMPORTAMIENTO DE LAS NANOPARTÍCULAS DE PLATA EN MEDIOS DE CULTIVO UTILIZADOS EN ESTUDIOS CITOTÓXICOS. FINALMENTE, LA COMBINACIÓN DE ESTUDIOS IN VIVO E IN VITRO CON EL USO DE MÉTODOS DE METALÓMICA HA PROPORCIONADO INFORMACIÓN ÚTIL SOBRE LA BIODISPONIBILIDAD DE LAS NANOPARTÍCUAS DE PLATA, Y EL PAPEL BIOLÓGICO DE LAS METALOTIONEÍNAS EN LA REGULACIÓN DE LA DETOXIFICACIÓN DE LA PLATA. Handy, R. D.; Owen, R.; Valsami-Jones, E., The ecotoxicology of nanoparticles and nanomaterials: current status, knowledge gaps, challenges, and future needs. Ecotoxicology 2008, 17, (5), 315-325. Wijnhoven S.W.P. et al. Nanotoxicology 2009, 3, (2), 109-138. Boverhof, D. R.; David, R. M. Nanomaterial Characterization: Considerations and Needs for Hazard Assessment and Safety Evaluation. Anal. Bioanal. Chem. 2010, 396, 953¿61. Degueldre, C.; Favarger, P.-Y. Colloid Analysis by Single Particle Inductively Coupled Plasma-Mass Spectroscopy: a Feasibility Study. Colloids Surfaces A Physicochem. Eng. Asp. 2003, 217, 137¿142. Pace, H. E.; Rogers, N. J.; Jarolimek, C.; Coleman, V. A.; Higgins, C. P.; Ranville, J. F. Determining Transport Efficiency for the Purpose of Counting and Sizing Nanoparticles via Single Particle Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry. Anal. Chem. 2011, 83, 9361¿9. Giddings, J. C.; Yang, F. J.; Myers, M. N.; Theoretical and Experimental Characterization of Flow Field- Flow Fractionation. 1976, 48, 1126-1132. Schimpf, M.; Caldwell, K.; Giddings, J. C. Field-Flow Fractionation Handbook. Wiley 2000. Dubascoux, S.; Le Hécho, I.; Hassellöv, M.; Von Der Kammer, F.; Potin Gautier, M.; Lespes, G. Field-Flow Fractionation and Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer Coupling: History, Development and Applications. J. Anal. At. Spectrom. 2010, 25, 613. Kim, Y. S.; Song, M. Y.; Park, J. D.; Song, K. S.; Ryu, H. R.; Chung, Y. H.; Chang, H. K.; Lee, J. H.; Oh, K. H.; Kelman, B. J.; Hwang, I. K.; Yu, I. J. Subchronic Oral Toxicity of Silver Nanoparticles. Part. Fibre Toxicol. 2010, 7, 20.