Obtención de Nanoparticulas de Plata soportadas sobre proteínas de capa-S de Lentilactobacillus kefiri con aplicación en catálisisNANOCATA

CARBALLO YE ; CASELLA ML; SERRADELL MA; BOLLA PA

Santiago del Estero

Congreso; IX Encuentro de Física y Química de Superficies y I Encuentro de Biología de Superficies; 2022

El elevado orden de las plantillas biológicas ha llamado la atención de la comunidad científica y las ha convertido en una de las herramientas con potencial aplicación en la síntesis de nanopartículas metálicas. El campo de investigación de los nanomateriales está en constante expansión y en particular, las nanopartículas de plata (AgNps) han atraído la atención dada su amplia variedad de aplicaciones en diferentes áreas como biomedicina, electrónica, fotónica y catálisis. El tamaño y forma de las AgNps gobiernan sus propiedades fisicoquímicas junto con su performance catalítica. Por lo tanto, el método de síntesis de estas AgNps de tamaño y forma controlada juega un papel central en las futuras aplicaciones para las cuales se las requiera. En este sentido, la síntesis clásica de Nps requiere de la utilización de reductores como el borohidruro, citrato, hidracina, etc seguido de estabilizantes capaces de evitar su autoagregación. Las proteínas de capa-S (SLP) cubren la superficie de las arqueas y de algunas bacterias, y los monómeros presentan un peso molecular que varía de 40 a 200 kDa. Normalmente, las SLP exhiben un alto contenido de aminoácidos hidrófobos, ácido glutámico y ácido aspártico y de lisina, y pueden estar o no glicosiladas. La capa S posee una estructura de celosía periódica con celdas unitarias compuestas por dos, cuatro o seis subunidades idénticas, y se han reportado simetrías oblicuas (p1, p2), cuadradas (p4) y hexagonales (p6). Dado que una red de capa S puede describirse simplemente mediante la disposición periódica de los dominios de proteínas conectados por brazos, es obvio que solo son posibles unos pocos tamaños de poros diferentes en la red de proteínas1. En este sentido el elevado orden de las proteínas de capa S las convierte en una opción interesante para ser utilizadas como soportes capaces de dirigir y orientar la síntesis verde de nanopartículas metálicas estabilizadas, con potencial aplicación en catálisis. Se obtuvieron AgNps soportadas sobre SLP aisladas de Lentilactobacillus kefiri CIDCA83111 (S1). Las Nps obtenidas luego de la incubación por 24 hs de la SLP S1 con AgNO3 y posterior reducción en corriente de hidrógeno, se caracterizaron mediante microscopia TEM. Las imágenes obtenidas por TEM mostraron partículas con un tamaño medio dn = 2.1 nm (ds = 2.75 nm; dv / dn = 1.8). La microscopía electrónica de transmisión de alta resolución (HR-TEM), la transformada rápida de Fourier (FFT) y la difracción electrónica de área seleccionada (SAED) mostraron la presencia estructuras cristalinas de las AgNps por observación de los planos cristalinos (111). El EDS permitió confirmar la presencia de plata en las Nps. El análisis mediante espectroscopía de absorción atómica reveló un contenido de Ag de 0.28% p/p. Se estudió la performance catalítica de los nanocatalizadores Ag/S1 frente a las reacciones de reducción de Rojo Congo (RC) y Azul de Metileno (AM) en presencia de NaBH4 como reductor. Las reacciones de reducción de AM y RC se estudiaron espectrofotométricamente por desaparición de los picos a 665 y 475 nm, respectivamente. El desempeño del bionanocatalizador Ag/S1 frente a las reacciones de reducción de AM y RC fue excelente, con conversiones del 100% y 90 % respectivamente. En ninguno de los casos se observaron tiempos de inducción. Las velocidades aparentes de reacción, en términos de las Kapp (0.9227 y 0.2591 min-1) fue obtenida de las pendientes a los puntos iniciales de la curva de conversión considerando ambas reacciones de pseudoprimer orden, dado el exceso de NaBH4. Si bien las Kapp mostraron valores elevados, la reducción de AM transcurre más rápidamente que la de RC. Se obtuvieron valores de TOF (turnover frecuency) de 63600 min-1 y 8600min-1 respectivamente, los que acompañan la excelente performance de estos bionanocatalizadores Ag/S1. Los catalizadores obtenidos no solo muestran una excelente performance frente a reacciones de reducción de colorantes tóxicos para el medio ambiente, sino que además mostraron excelente performance a cabo de 6 ciclos de reutilización para ambas reacciones. Se obtuvieron bionanocatalizadores de plata soportados sobre proteínas de capa S aisladas de L. kefiri, en medio acuoso y condiciones suaves de reducción, lo que representa una síntesis verde de AgNps, amigable con el medio ambiente. No solo se obtuvieron partículas de plata de dimensiones nanométricas, sino también estables aún luego de varios ciclos de reacción. Los bionanocatalizadores son quimioselectivos para las reacciones de reducción de RC y AM, y presentan una excelente performance catalítica.