Procedimiento para la obtención de nanopartículas metálicas.La presente invención se refiere a un procedimiento para la obtención de nanopartículas de un metal seleccionado del grupo que consiste en Ag,

Pt, Pd y Au que comprende las etapas de: a) preparación de una solución acuosa de una sal metálica y una solución madre acuosa de sal de citrato, respectivamente; b) preparación de una solución acuosa de sal de ditionito tomando como disolvente parte de la solución madre acuosa de sal de citrato obtenida en la etapa a); c) calentamiento de parte de la solución madre acuosa de sal de citrato a una temperatura entre 40 y 70ºC; d) mezcla de la solución de la sal metálica de la etapa a) con la solución de la etapa c) una vez alcanzada dicha temperatura de la etapa c); e) mezcla de la solución de ditionito preparada en la etapa b) con la solución obtenida en la etapa d); en el que la relación ditionito:metal se encuentra entre 0,03*n y 2*n, donde n es el estado de oxidación del metal de la sal metálica utilizada

Procedimiento para la obtención de nanopartículas metálicas.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a la síntesis de nanopartículas metálicas.

Antecedentes de la invención

A pesar que la primera síntesis bien documentada de nanopartículas data del año 1856, el auge de la nanotecnología ha hecho que el número de publicaciones relacionadas con este tema sea muy elevado, principalmente en estos últimos años. De ahí que consideramos adecuado separar los antecedentes de esta invención en dos grupos: la síntesis propiamente dicha de nanopartículas o partículas de dimensiones nanométricas, y la síntesis con control de las dimensiones de las partículas.

Nos centraremos en enumerar los métodos químicos de síntesis de nanopartículas metálicas, por su similitud respecto al de la invención. Estos procesos se basan en la reducción química de una sal metálica en solución, dando lugar a precipitados de metal. Gracias a la presencia de substancias estabilizadoras, se consigue que estos precipitados no lleguen a alcanzar tamaños críticos que conllevan a la sedimentación de estos precipitados en la base del reactor. En resumen, la mayoría de los procesos químicos de obtención de nanopartículas comparten la presencia de tres tipos de reactivos: la sal metálica, el agente reductor, y el agente estabilizador de la suspensión.

La síntesis de nanopartículas más extendida es la síntesis de nanopartículas de oro por el método del citrato (J. Turkevich, P. C. Stevenson, J. Hiller, Discuss. Faraday Soc 11, 55-57 (1951)). Una solución acuosa de una sal de oro y de citrato de sodio a temperaturas próximas a la ebullición da lugar a la reducción de ésta sal de oro a nanopartículas de oro. La particularidad de esta síntesis es que el citrato actúa como agente reductor, y a la vez, como agente estabilizador de la dispersión coloidal, por lo que el procedimiento se ve simplificado significativamente. Sin embargo, la calidad de las nanopartículas obtenidas es limitada, sobretodo en relación a su dispersión de tamaño (en una misma síntesis se pueden obtener nanopartículas de oro entre 10 y 30 nm).

Para mejorar la dispersión de tamaño final de nanopartícula, se han desarrollado otros procedimientos de síntesis, sobretodo cambiando el tipo de reactivos, tanto reductores como estabilizadores, así como el disolvente. Reductores potentes como el borohidruro de sodio son usados ampliamente, dando lugar a nanopartículas de tamaño reducido, inferior a los 5 nm y con una dispersión de 1-2 nm (M. Brust, J. Fink, D. Bethell, D. J. Schiffrin, C. Kiely, J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1655-1656 (1995)). Alternativas al uso del citrato como estabilizador son las moléculas tipo tiol, con gran atracción por metales nobles, como el oro o el paladio, que evitan tanto la agregación como el crecimiento de las nanopartículas. En algunos casos, el uso de estas moléculas implica trabajar en medios no acuosos o en forma de micelas ((M. Brust, M. Walker, D. Bethell, D. J. Schiffrin, R. Whyman, J. Chem. Soc., Chem. Commun. 801-802 (1994), ya que las sales metálicas son solubles únicamente en agua, y los tioles son solubles únicamente en fases orgánicas. Lógicamente estas síntesis implican una complejidad en la preparación de las nanopartículas así como en el uso final de éstas (filtración, purificación, etc). Otros tipos de reductores también han sido utilizados en algunas ocasiones, como la hidrazina, el ditionito, etc, pero sus resultados no son tan buenos como en el caso del citrato o el borohidruro.

Los métodos enumerados hasta ahora son procesos genéricos de síntesis de nanopartículas metálicas sin ningún tipo de control sobre el tamaño final de la nanopartícula, siendo éste determinado por el tipo de reactivos y el proceso de síntesis. Cada método da un tamaño más o menos reproducible, pero imposible de modificar, ya que depende de propiedades intrínsecas del método.

La necesidad de sintetizar nanopartículas con un tamaño especifico ha obligado el desarrollo de nuevas estrategias. La más conocida es el crecimiento sucesivo de semillas, donde, partiendo de nanopartículas de tamaño muy pequeño, del orden de 2-5 nm, se hacen crecer hasta alcanzar el tamaño deseado añadiendo nuevas concentraciones de sal metálica al reactor (N. R. Jana, L. Gearheart, C. J. Murphy, Chemistry of Materials 13, 2313-2322 (2001). Las desventajas de este método son sus múltiples etapas de crecimiento, y la necesidad de analizar al final de cada una de las etapas el tamaño de la partícula, para evaluar las condiciones de la siguiente etapa de crecimiento, ya que el tamaño final de la partícula depende del número inicial de núcleos usados, un dato indeterminado. Habitualmente en este método las nanopartículas iniciales se sintetizan con borohidruro de sodio, y las etapas de crecimiento con ácido ascórbico y la correspondiente sal metálica.

Recientemente se ha descubierto el efecto que el pH tiene sobre el modelo de crecimiento de las nanopartículas en el método del citrato (Xiaohui Ji, Xiangning Song, Jun Li, Yubai Bal, Wensheng Yang, and Xiaogang Peng, J. Am. Chem Soc 129,-13948 (2007)). Variando el pH es posible obtener nanopartículas de diferente tamaño, si bien la calidad que se obtiene depende fuertemente del modelo de crecimiento y, por lo tanto, no es la misma para todos los tamaños obtenidos.

Métodos más complejos, y por lo tanto más orientado a la investigación científica que no industrial, son métodos en los que se usan moléculas que encapsulan las nanopartículas e impiden un posterior crecimiento, viéndose su tamaño determinado por el tipo de molécula que la recubre. Este tipo de moléculas pueden ser desde tioles a dendrímeros orgánicos, siendo muy a menudo necesario el uso de disolventes orgánicos.

Ninguno de estos procedimientos o documentos da a conocer un procedimiento que permita la obtención de nanopartículas de un metal seleccionado del grupo que consiste en Aq, Pt, Pd y Au de tamaño deseado, de una manera sencilla, en una sola etapa, y con la utilización de, a parte de las sales metálicas que proporcionan el metal deseado, reactivos que están fácilmente disponibles en el mercado, son inocuos para el medio ambiente y no producen la presencia de gases potencialmente explosivos (gas H₂ en la utilización de NaBH₄, en métodos anteriores). Dicho procedimiento se desarrolla en solución acuosa (con las ventajas que esto conlleva), en condiciones de temperatura suaves con un gasto energético bajo y sin necesidad de un control temporal de la reacción, es decir, no es necesario un control periódico de la reacción mediante la toma de muestras.

Los presentes inventores han observado sorprendentemente que se pueden obtener dichas nanopartículas metálicas utilizando dos compuestos potencialmente reductores (citrato y ditionito) en condiciones no previsibles según el estado de la técnica. El control en la concentración del ditionito permite obtener nanopartículas metálicas muy esféricas con un tamaño de partícula y una dispersión perfectamente previsibles. Adicionalmente, la dispersión obtenida es muy baja.

Mediante este procedimiento se obtienen resultados muy reproducibles y unas soluciones coloidales de nanopartículas metálicas estables, como mínimo, durante 2 meses. Estos parámetros son muy importantes de cara a una posterior comercialización del producto apto para aplicaciones en biotecnología al ser soluciones acuosas y estar estabilizadas por ligandos lábiles que son fácilmente intercambiables por moléculas con funcionalidades específicas para una aplicación correspondiente, por ejemplo, como marcadores biológicos o terapias contra el cáncer o el Alzheimer.

Descripción resumida de la invención

Un objetivo de la presente invención es proporcionar un procedimiento para la obtención de nanopartículas de un metal seleccionado del grupo que consiste en Ag, Pt, Pd y Au que comprende las etapas de:

a) preparación de una solución acuosa de una sal metálica y una solución madre acuosa de sal de citrato, respectivamente;

b) preparación de una solución acuosa de sal de ditionito tomando como disolvente parte de la solución madre acuosa de sal de citrato obtenida en la etapa a);

c) calentamiento de parte de la solución madre acuosa de sal de citrato a una temperatura entre 40 y 70ºC;

d) mezcla de la solución de la sal metálica de la etapa a) con la solución de la etapa c) una vez alcanzada dicha temperatura de la etapa... [Seguir leyendo]

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