Un nuevo material con propiedades antifúngicas y antitumorales ha sido desarrollado por investigadores del Centro para el Desarrollo de Materiales Funcionales (CDMF), una de las Investigaciones, Centros de Innovación y Difusión (RIDC) apoyados por la Fundación de Investigaciones de São Paulo — FAPESP. El CDMF está alojado en la Universidad Federal de São Carlos (UFSCar) en el estado de São Paulo, Brasil.

El compuesto se obtuvo de una muestra de tungstato de plata pura (α-Ag ₂ WO ₄ ) irradiados con electrones y luz láser en pulsos que duran unos pocos femtosegundos. Un femtosegundo es una billonésima de segundo, la escala de tiempo de las reacciones químicas que implican intercambios de electrones entre átomos y moléculas. El nuevo material se describe en un artículo publicado en Informes científicos .

El creciente uso de semiconductores ha desencadenado el desarrollo de materiales novedosos con una amplia gama de aplicaciones tecnológicas. Una familia de semiconductores en particular que ha llamado la atención de los investigadores en ciencia de materiales es la de los óxidos de tungsteno ternarios, tales como tungstatos metálicos.

Tungstato de plata, que pertenece a esta familia, es un material inorgánico importante con aplicaciones en fotocatálisis y conmutadores fotográficos o como alternativa a los semiconductores convencionales de banda ancha. Los investigadores afiliados a CDMF han estado investigando el tungstato de plata durante años.

"En un experimento realizado en 2018, en el que se irradió tungstato de plata con electrones, Observamos bajo un microscopio electrónico la aparición de diminutos 'pelos' que crecían en moléculas del material. Estos no eran más que filamentos de nanopartículas extraídas de tungstato de plata mediante irradiación de electrones, "dijo Elson Longo, Profesor Emérito del Departamento de Química de la UFSCar e investigador principal del CDMF.

"La plata es un elemento químico con propiedades bactericidas. El tungstato de plata también tiene estas propiedades, pero lo que encontramos más sorprendente fue que después de ser modificado por irradiación de electrones y construcción de filamentos de plata, el compuesto mostró una actividad antifúngica que era 32 veces más eficaz que antes de la irradiación ".

Se verificó la actividad antifúngica del composite modificado en Candida albicans, el hongo que causa candidiasis y aftas. Los investigadores cultivaron el hongo en placas de Petri. Ya conocían la cantidad mínima de tungstato de plata necesaria para eliminar el hongo y aplicaron la misma cantidad del composite modificado al cultivo. El resultado observado fue similar.

Luego, los investigadores redujeron a la mitad el volumen de la sustancia y repitieron el procedimiento, de nuevo eliminando el hongo. Repitieron el procedimiento 32 veces en total, siempre con resultados antifúngicos satisfactorios, demostrando que las propiedades antifúngicas del compuesto modificado eran 32 veces más poderosas que las del tungstato de plata original.

La acción antitumoral del compuesto se probó en células cancerosas de vejiga de ratón, que fueron expuestos durante 24 horas a diferentes concentraciones (4,63 microgramos por mililitro, 11,58 μg / ml, 23,16 μg / ml, y 46,31 μg / mL).

Según Longo, los resultados mostraron una reducción significativa de la viabilidad celular. El mejor resultado se obtuvo con una concentración de 11,58 μg / mL cuando la viabilidad de las células cancerosas de vejiga disminuyó en un 80%.

Después de demostrar las propiedades antifúngicas y antitumorales del compuesto, los investigadores de CDMF y UFSCar investigaron su seguridad para uso futuro en pacientes humanos.

Se estudiaron cuatro concentraciones del compuesto de tungstato de plata irradiado que estaban por encima del rango óptimo de actividad fungicida (3.9 μg / mL — 31.2 μg / mL) en una línea celular de fibroblastos gingivales humanos.

Después de la incubación durante 24 horas, el efecto del compuesto sobre la viabilidad celular, La proliferación y morfología se evaluó mediante un ensayo fluorométrico cuantitativo y microscopía electrónica de barrido.

"No encontramos una pérdida estadísticamente significativa de viabilidad celular a estas concentraciones en comparación con el control, que demuestre que el compuesto no representa ningún riesgo para la salud humana, "Dijo Longo.

Dualidad onda-partícula

El estudio también logró el importante hito científico de demostrar experimentalmente la dualidad onda-partícula. La dualidad onda-partícula es una propiedad fundamental de la materia propuesta en 1924 por el físico francés Louis-Victor de Broglie (1892-1987), según el cual los electrones y otros fragmentos discretos de materia, hasta entonces consideradas solo partículas materiales, también podría tener propiedades de onda, dependiendo del experimento.

"En 1929, el Premio Nobel de Física fue otorgado a De Broglie por el descubrimiento de que toda la materia puede tener propiedades ondulatorias. En las nueve décadas posteriores, La dualidad onda-partícula ha sido observada y probada en un gran número de experimentos científicos, pero hasta ahora nadie lo ha demostrado experimentalmente utilizando rayos de partículas [electrones en este caso] y rayos de ondas [láser] para obtener alteraciones idénticas en materiales compuestos, "Dijo Longo.

"Cuando nos dimos cuenta de que la radiación de electrones producía filamentos de nanopartículas de plata en tungstato de plata, decidimos investigar si se podría lograr el mismo resultado utilizando luz láser, probando así experimentalmente la dualidad onda-partícula propuesta por De Broglie hace 95 años ".

Actualmente, la literatura científica apunta al creciente uso de la radiación láser de femtosegundos en el procesamiento de materiales como técnica para la obtención de compuestos novedosos con propiedades altamente atractivas capaces de impulsar avances tecnológicos.

"Durante el proceso de irradiación de electrones, el desorden estructural se introduce en los electrones de tungstato de plata, y esto juega un papel clave en la nucleación y crecimiento de los filamentos de plata, "Dijo Longo.

En principio, la segregación de átomos de plata mediante radiación láser de femtosegundos debería ocurrir de manera similar, pero teóricamente debería ser más rápida porque un pulso de láser de femtosegundos puede suministrar la máxima potencia en un período de tiempo muy corto.

"Dada la velocidad de segregación esperada, por lo tanto, teóricamente, la morfología de estas nanopartículas de plata tenderá a ser diferente bajo haz de electrones y radiación láser de femtosegundos, "Dijo Longo.

Los resultados prácticos coincidieron exactamente con la teoría. Cuando se somete a radiación láser de femtosegundos, la superficie del tungstato de plata se cubrió con filamentos de nanopartículas de plata.

"Al hacer esto, logramos obtener exactamente el mismo resultado que con la radiación de electrones, demostrando la dualidad onda-partícula en la práctica, "Dijo Longo.