Desarrollan un sensor nanotecnológico de papel para medir la vitamina C

Se emplean nanopartículas de plata en un sensor de papel cromatográfico para determinar la cantidad de ácido ascórbico en muestras

Por Diego Freire  |  Agência FAPESP – Científicos del Laboratorio Nacional de Nanotecnología (LNNano), del Laboratorio Nacional de Luz Sincrotrón (LNLS) y de los institutos de Química de la Universidad de Campinas (Unicamp) y de la Pontificia Universidad Católica de Campinas (PUCC), en Brasil, desarrollaron un método sencillo y rápido para la medición del tenor de ácido ascórbico, popularmente conocido como vitamina C, en distintas muestras, tales como las de extractos de frutas y de bebidas industrializadas.

La medición se realiza con un sensor fabricado en el LNNano con base en la deposición de nanopartículas de plata sobre un papel cromatográfico, un material utilizado en los laboratorios para la separación de compuestos químicos. Este papel le sirve de soporte a un reactivo colorimétrico, que cambia de color en contacto con distintas concentraciones de ácido ascórbico.

De acuerdo con los investigadores, el objetivo consistió en simplificar la determinación de la concentración del ácido para el control de calidad de productos no sólo alimenticios, sino también de las industrias farmacéutica, química y cosmética, en las cuales se utiliza la vitamina C como conservante, debido a sus propiedades antioxidantes.

“Los métodos tradicionales de medición del ácido ascórbico requieren un ambiente de laboratorio con aparatos sofisticados, grandes cantidades de reactivos y un tiempo mayor para la ejecución de los experimentos, lo cual restringe sus aplicaciones industriales. El sensor de papel simplifica este proceso con un alto nivel de precisión en las mediciones”, dijo Mateus Borba Cardoso, del LNLS, que junto al LNNano integra el Centro Nacional de Investigaciones en Energía y Materiales (CNPEM).

Borba Cardoso es responsable de la investigación intitulada Funcionalización de nanopartículas compuestas para aplicaciones biomédicas, realizada con el apoyo de la FAPESP.

Como reactivo colorimétrico, los investigadores utilizaron nanopartículas de plata obtenidas a partir de nitrato de plata (AgNO₃) y depositadas sobre un área preparada en el papel cromatográfico. Se probaron soluciones de distintas concentraciones de ácido ascórbico en el sensor y se verificó no sólo que el área con nanopartículas cambia de color, sino también que la alteración depende de la concentración de vitamina C.

Sincrotrón

El tamaño promedio y la distribución de las nanopartículas antes y después de la exposición al ácido ascórbico se estudiaron mediante el empleo de la técnica de dispersión de rayos X a bajos ángulos (SAXS), disponible en una de las 18 estaciones experimentales del acelerador de partículas del LNLS, el único sincrotrón de Latinoamérica. A dichas estaciones, llamadas líneas de luz, científicos de distintos campos del conocimiento que investigan materiales orgánicos e inorgánicos las utilizan aplicando técnicas que comprenden la radiación electromagnética desde el infrarrojo hasta los rayos X.

“La radiación que se genera debido a la aceleración de las partículas, que es muy potente, incide sobre la muestra y sufre un desvío al interactuar con ésta. Este desvío, que hace las veces de código de identificación de la muestra, se registra en una imagen bidimensional, y suministra una visión nanométrica de lo que sucede con la muestra, con un resultado similar al de la microscopía, con la ventaja de que las mediciones se efectúan en el propio sensor, en el papel, y no en un sistema modelo”, explicó Borba Cardoso.

Mediante el empleo de esta técnica, se verificó un aumento del tamaño promedio de las nanopartículas, debido a que las propiedades antioxidantes del ácido provocan la transformación de los iones de plata en plata metálica. Dicho aumento es lo que modifica el color del papel cromatográfico y lo que permite desarrollar una escala colorimétrica para la concentración de ácido ascórbico.

De esta forma, basta con dejar caer una gota de muestra sobre el sensor de papel para que la variación del color indique el tenor de ácido ascórbico. El kit del sensor cuenta con una tabla que relaciona los colores generados con distintos tenores previamente medidos.

Ante de esto, los investigadores cubrieron las nanopartículas con un polímero soluble en agua denominado polivinilpirrolidona (PVP), que las estabiliza.

“De lo contrario, las partículas se agregarían en contacto con la muestra y quedarían en tamaños distintos, lo que dificultaría el control de los resultados debido a que las variaciones de colores que no se refieren entonces a las mediciones deseadas. La exactitud del tamaño de las nanopartículas asegura la precisión de la medición. Sin ella no es posible que la muestra tenga una reacción uniforme”, dijo el investigador.

Gabriela Furlan Giordano, del LNNano, destacó la rapidez con la cual se ejecutan los análisis como una de las ventajas del método. “En 30 minutos logramos tener las respuestas de ocho muestras en el colorímetro, que es un instrumento portátil y de bajo costo, que genera aún menos residuos a causa del menor uso de reactivos.”

Aparte de la agilidad y del bajo costo del proceso, la portabilidad y el mantenimiento de la calidad de medición durante semanas, bajo refrigeración y en ausencia de luz, abre posibilidades para la aplicación industrial del sensor.

Esta técnica se describió en el artículo intitulado Optical paper-based sensor for ascorbic acid cuantification using silver nanoparticles, de Borba Cardoso, Giordano y otros, publicado en la revista científica Talanta y disponible en la siguiente dirección electrónica: www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0039914015002295.