Nanopartículas de sílice mesoporosa con compuestos naturales: efecto alguicida en pinturas de base acuosa

Abstract

El biodeterioro es un proceso que implica alteraciones de las propiedades físico-químicas, mecánicas y estéticas de los materiales por acción de organismos vivos. Para combatirlo, usualmente, se emplean pinturas y recubrimientos que incorporan biocidas en su formulación. Últimamente, ha cobrado interés el uso de compuestos de origen natural para este fin, siendo una alternativa para reducir los efectos adversos sobre el ambiente, ya que exhiben menor toxicidad que los biocidas tradicionales [1]. Estos compuestos presentan características (volatilidad, sensibilidad al oxígeno, luz, humedad, calor) que podrían perjudicar su aplicabilidad. La tecnología de recubrimiento basada en la incorporación de micro-nano contenedores ha surgido como una estrategia en el avance de materiales funcionales. En este caso, la encapsulación protege a los compuestos de la degradación y permite el control adecuado de su liberación, prolongando así la duración del efecto biocida. Las nanopartículas mesoporosas (MCM-41) pertenecen a la familia de los silicatos y poseen excepcionales propiedades físico-químicas como resistencia mecánica, estabilidad química y biocompatibilidad, ideales para los procesos de absorción de moléculas bioactivas. El objetivo de este trabajo fue evaluar las MCM-41 como soportes de compuestos naturales de origen vegetal (con reconocidas propiedades biocidas) para el desarrollo de pinturas alguicidas de base acuosa. Los compuestos utilizados fueron: aceite esencial de ajedrea (Satureja montana L.), carvacrol, timol y mentol. Asimismo, como estrategia para mejorar algunas propiedades del mentol, se sintetizaron una serie de nuevos derivados[2]. Dicha síntesis se llevó a cabo en dos etapas: en primer lugar, la reacción de mentol con N,Ncarbonildiimidazol bajo atmósfera de nitrógeno en diclorometano y luego, la reacción del intermediario formado con los alcoholes seleccionados. Uno de los derivados sintetizados, el mentol-propanol también fue utilizado en este trabajo. Las MCM-41 se sintetizaron usando ligandos de silicatos como precursores inorgánicos hidrolíticos y tensioactivos como especies porógenas [3]. La carga de los compuestos naturales en MCM-41 se realizó por impregnación y posterior adsorción de vapor en un vial herméticamente cerrado incubado a 40 °C durante 24 h. Se formuló una pintura de base acuosa, de la cual una porción se mantuvo sin nanopartículas ni compuestos naturales (control), en otra se agregaron las nanopartículas sin impregnar al 2% p/p (control-MCM), en otras porciones se agregaron por separado los biocidas libres al 2% p/p y, finalmente, en otras porciones, se incorporaron las nanopartículas impregnadas con cada uno de los compuestos (separadamente) al 2% p/p. Todas las pinturas se aplicaron sobre papeles de filtro de 28 x 28 mm, se secaron a temperatura ambiente durante 15 días (curado) y luego se esterilizaron con luz UV (30 min. de cada lado). Cada papel se inoculó con una suspensión del alga Scenedesmus vacuolatus en forma de spray (≈ -1 9,6 105 algas.ml ). Se colocaron 3 papeles de cada pintura en placas de Petri con agar BG11 y se incubaron a 25 °C con fotoperíodo de 16h/8h (luz/oscuridad) durante 30 días, por duplicado. Al finalizar el ensayo, el crecimiento algal sobre los papeles pintados se evaluó según el porcentaje de cobertura del crecimiento sobre la superficie siguiendo la norma ASTM D5589 [4]. Además, se realizaron observaciones mediante microscopía electrónica de barrido (MEB) y microscopía de epifluorescencia (Mep). Como fue de esperar, sobre la pintura “control” se observó un crecimiento algal elevado. Por su parte, la pintura “control-MCM” mostró un menor crecimiento algal, lo que podría indicar un cierto efecto inhibidor intrínseco de las nanopartículas mesoporosas. Las pinturas con los compuestos incorporados presentaron diferentes grados de inhibición del crecimiento algal, observándose, en general, un mayor efecto inhibidor cuando estos compuestos se incorporaron absorbidos en las MCM. Esto indicaría la capacidad protectora del contenedor sobre la sustancia bioactiva y, que las nanopartículas de sílice mesoporosa podrían ser una alternativa para mejorar la eficiencia de los compuestos naturales con propiedades alguicidas incorporados en recubrimientos.