Preparation of silver nanoparticles stabilized by dextran and oligosaccharides-based amphiphiles for application in catalysis and sensors

Abstract

O objetivo principal deste trabalho é a preparação, caracterização e estudos catalítico e de detecção de lectinas por nanopartículas de prata (AgNPs) tendo compostos a base de açúcares como estabilizantes. Para atingir esse objetivo duas estratégias foram utilizadas, uma usando o polissacarídeo dextrana como estabilizante e outra usando compostos anfifílicos baseados em oligossacarídeos (maltose, lactose, maltoheptaose e xiloglucano). Em ambas estratégias, a otimização da preparação das AgNPs foi realizada utilizando-se análise multivariada baseada nas informações coletadas a partir da banda de ressonância de Plasmon de superfície (SPR) das AgNPs. Todas as AgNPs estáveis foram caracterizadas pelas técnicas de UV-Vis, TEM, SAXS e DLS. A atividade catalítica das AgNPs foram determinadas frente a reação de redução do p-nitrofenol (Nip) por NaBH4, como agente redutor, em água e misturas de água/etanol.Dois tipos diferentes de anfifílicos foram sintetizados, um com grupo alquino na junção do bloco de açucar com o bloco hidrofóbico e outro tipo com um grupo ácido carboxílico no final da parte hidrofóbica. Os anfifílicos foram caracterizados por 1H e 13C NMR e espectrometria de massas.A reação de redução do Nip por NaBH4 teve a melhor atividade catalítica com as nanopartículas AgNPs-dextran e Ag-Mal7NAcC12, com constante de velocidade normalizada para a área superfícial das NPs por unidade de volume de 1,41 e 1,11 s-1 m-2 L, repectivamente. Estes valores estão entre os maiores descritos na literatura. O efeito do solvente nesta reação foi avaliado por misturas de água e etanol. Aplicando uma reação superfícial pseudo-monomolecular como um artifício experimental, os dados cinéticos obtidos foram tratados de acordo com o modelo de Langmuir, que combinados com observações de tensão superfícial de misturas de água/etanol, revelaram que a adição de etanol inibe a reação, provavelmente pela competição com os íons BH4- pela superfície da nanopartícula, com a formação de uma monocamada de solvente. Finalmente, três sistemas diferentes (Ag-Mal7NAcC12, Ag-XGONAcC12 e Ag-LacNAcC12) foram testados como sensores para detecção de lectinas e somente Ag-Mal7NAcC12 mostrou interação específica com a Concanavalina A. <br>

The main goal of this work is the preparation, characterization and catalytic and lectins detection studies of silver nanoparticles (AgNPs) having sugar-based compounds as stabilizers. To achieve this goal two strategies were used, one using the polysaccharide dextran as stabilizer and other using amphiphile compounds based on oligosaccharides (maltose, lactose, maltoheptaose and xyloglucan). In both strategies the optimization of AgNPs preparation was realized using a multivariate analysis based in informations collected from the surface Plasmon resonance band (SPR) of AgNPs. All stable AgNPs were characterized by ultraviolet-visible spectroscopy (UV-vis), transmission electron microscopy (TEM), small angle X-ray scattering (SAXS) and dynamic light scattering (DLS) techniques. The catalytic activities of AgNPs were determined over the p-nitrophenol reduction reaction by NaBH4, as reducing agent, in water or water-ethanol mixtures. Two different types of amphiphiles were synthesized, one with an alkyne group in the junction of a sugar block with a hydrophobic block and the other with a carboxylic acid group in the end of hydrophobic part. The amphiphiles were characterized by 1H and 13C NMR and mass spectrometry.The Nip reduction reaction with NaBH4 showed the best catalytic activity with AgNPs-dextran and Ag-Mal7NAcC12 nanoparticles with the rate constant normalized to the surface area of the NPs per unit volume of 1.41 and 1.11 s-1 m-2 L, respectively. These values are among the highest ones found in literature. The solvent effect in this reaction was evaluated by mixtures of water and ethanol. Applying a pseudo-monomolecular surface reaction as an experimental artifice, the obtained kinetic data were treated according to the Langmuir model, which combined with water/ethanol surface tension observations revealed that addition of ethanol inhibit the reaction, most probably by competing with BH4- ions for the nanoparticles surface, with the formation of a solvent monolayer.Finally, three different systems (Ag-Mal7NAcC12, Ag-XGONAcC12 and Ag-LacNAcC12) were tested as sensor for lectin detection and Ag-Mal7NAcC12 nanoparticles showed specific interaction with the Concanavalin A.