Green Synthesized Gold Nanoparticles Using Olive Leaf Extract as an Electrochemical Sensor for Paracetamol and Aspirin in Pharmaceutical and Biological Samples

En el mundo de la medicina moderna, los médicos y farmacéuticos dependen de mediciones precisas para asegurar que los fármacos vitales estén presentes en las cantidades adecuadas y libres de contaminantes nocivos. Para lograr esto, los científicos utilizan herramientas analíticas capaces de detectar trazas diminutas de sustancias químicas en mezclas complejas como la sangre, la orina o las formulaciones de pastillas. Durante décadas, el estándar de oro para estas mediciones ha sido la cromatografía líquida de alta resolución, una técnica que separa los componentes químicos utilizando potentes bombas y solventes orgánicos. Aunque es eficaz, este método suele generar una cantidad significativa de residuos químicos y requiere equipos costosos. En años recientes, una revolución silenciosa ha tenido lugar en el campo de la química verde, la cual busca realizar estos análisis necesarios utilizando menos energía, menos materiales tóxicos y recursos más sostenibles. El objetivo es crear sensores que no solo sean precisos, sino también respetuosos con el medio ambiente, convirtiendo el acto mismo de la medición en una práctica que proteja al planeta.

Este cambio hacia la sostenibilidad es el trasfondo de un nuevo estudio realizado por investigadores de la Universidad de Najran y la Universidad de Tabuk en Arabia Saudita. El equipo se propuso construir un sensor electrónico altamente sensible capaz de detectar dos de los analgésicos más comunes del mundo: el paracetamol y la aspirina. En lugar de utilizar los químicos fuertes y tóxicos que típicamente se requieren para fabricar las diminutas partículas metálicas que hacen que estos sensores funcionen, los científicos recurrieron a la naturaleza. Cosecharon hojas de olivo frescas, un residuo agrícola abundante en su región, y utilizaron un extracto de estas hojas para crear nanopartículas de oro. Estas nanopartículas son esferas microscópicas de oro, tan pequeñas que miles de ellas podrían caber en la cabeza de un alfiler, las cuales actúan como potentes amplificadores de señales eléctricas. Al utilizar el extracto de hoja de olivo tanto como agente reductor para convertir los iones de oro en metal sólido como agente estabilizador para evitar que las partículas se agrupen, los investigadores crearon un sensor que es tanto efectivo como respetuoso con el medio ambiente.

El proceso comenzó con la cuidadosa preparación de las hojas de olivo. Los investigadores recolectaron hojas frescas de árboles maduros en la región de Aljofe, las lavaron minuciosamente y las secaron a la sombra para preservar sus propiedades químicas naturales. Luego, trituraron las hojas secas hasta obtener un polvo fino y las hirvieron en agua para crear un extracto líquido de un rico color amarillo parduzco. Este extracto está cargado de compuestos naturales como fenoles y flavonoides, conocidos por su capacidad para donar electrones. Cuando este extracto se mezcló con una solución que contenía sales de oro y se calentó, ocurrió una transformación notable. Los iones de oro en la solución, que inicialmente eran de un amarillo pálido, se tornaron rápidamente de un color rojo vino profundo. Este cambio de color señaló que los iones de oro habían sido reducidos con éxito en nanopartículas sólidas, un proceso impulsado enteramente por los químicos naturales de las hojas de olivo. Las nanopartículas resultantes eran esféricas, con un diámetro promedio de unos 19 [nanómetros], y se mantuvieron estables en la solución sin agruparse, gracias al recubrimiento natural proporcionado por el extracto de la hoja.

Para probar si estas nanopartículas creadas por la naturaleza podían funcionar como un sensor, los investigadores las depositaron sobre un electrodo de carbono vítreo liso, una herramienta estándar en el análisis electroquímico. Luego compararon este nuevo sensor con otras dos versiones: una fabricada con nanopartículas creadas mediante métodos químicos tradicionales que involucran citrato sintético, y un electrodo desnudo sin nanopartículas. Cuando introdujeron paracetamol y aspirina en el sensor, los resultados fueron sorprendentes. El sensor de hoja de olivo fue capaz de detectar ambos fármacos simultáneamente con alta precisión. Identificó el paracetamol en concentraciones tan bajas como 0.032 micromolares y la aspirina en 0.15 micromolares. Estos límites de detección son comparables, y en algunos casos mejores, que muchos sensores construidos con nanopartículas sintetizadas químicamente. El sensor funcionó midiendo la corriente eléctrica generada cuando los fármacos se oxidan en la superficie de las partículas de oro. La presencia de las nanopartículas hizo que esta reacción ocurriera mucho más rápido y a voltajes más bajos de lo que ocurriría en un electrodo desnudo, permitiendo que el sensor detectara incluso las señales más tenues de los fármacos.

Los investigadores no se detuvieron en demostrar que el sensor funcionaba en un entorno de laboratorio; lo probaron en muestras del mundo real para ver si podía manejar la complejidad de las medicinas y los fluidos humanos reales. Analizaron tabletas comerciales de paracetamol y aspirina, disolviéndolas y midiendo el contenido del fármaco. Las lecturas del sensor coincidieron con las cantidades etiquetadas en los frascos con una precisión superior al 98 por ciento, alineándose estrechamente con los resultados del método de cromatografía de laboratorio estándar. También probaron el sensor en muestras de orina y saliva humana que habían sido enriquecidas con cantidades conocidas de los fármacos. En estos fluidos biológicos, que contienen muchas otras sustancias que podrían interferir con la medición, el sensor mantuvo su precisión, recuperando entre el 96.8 y el 103.8 por ciento de los fármacos añadidos. Esto demostró que las nanopartículas de hoja de olivo eran lo suficientemente selectivas como para ignorar el ruido de fondo de las sales, proteínas y otros metabolitos presentes en el cuerpo, enfocándose únicamente en los fármacos objetivo.

Una parte crucial de este estudio fue evaluar el impacto ambiental del nuevo método. Los investigadores utilizaron un sistema de puntuación especializado llamado AGREE, que califica las técnicas analíticas basándose en doce principios de la química verde, tales como la reducción de residuos, la eficiencia energética y el uso de solventes seguros. El sensor construido con nanopartículas de hoja de olivo recibió una excelente puntuación de 0.82 de 1.0, situándolo en el nivel superior de los métodos analíticos verdes. En contraste, el sensor construido con nanopartículas sintetizadas químicamente obtuvo una puntuación de 0.61, y el método tradicional de cromatografía líquida obtuvo solo 0.38. La alta puntuación del nuevo sensor se debió en gran medida al uso de agua como solvente, la evitación de agentes reductores tóxicos y la utilización de desechos agrícolas como materia prima. Esta evaluación cuantitativa confirmó que los investigadores habían creado con éxito una plataforma de detección que no compromete el rendimiento en aras del medio ambiente.

El estudio concluye que el uso del extracto de hoja de olivo para la síntesis de nanopartículas de oro ofrece una vía viable y sostenible para la construcción de sensores electroquímicos. El método transforma un subproducto agrícola común en una herramienta de alta tecnología capaz de monitorear los niveles de fármacos tanto en productos farmacéuticos como en muestras biológicas. Si bien los investigadores señalaron que sería valioso realizar más pruebas en muestras clínicas auténticas de pacientes, sus hallazgos actuales proporcionan una fuerte evidencia de que la síntesis verde puede producir sensores que son tan confiables como aquellos fabricados con la química convencional. Al integrar los principios de la química verde con la nanotecnología avanzada, este trabajo sugiere un futuro donde las herramientas utilizadas para proteger la salud humana estén, a su vez, diseñadas para proteger al planeta.