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

Nel mondo della medicina moderna, medici e farmacisti si affidano a misurazioni precise per garantire che i farmaci salvavita siano presenti nelle giuste quantità e privi di contaminanti nocivi. Per raggiungere questo obiettivo, gli scienziati utilizzano strumenti analitici in grado di rilevare tracce minuscole di sostanze chimiche in miscele complesse come sangue, urine o formulazioni di pillole. Per decenni, lo standard di riferimento per queste misurazioni è stata la cromatografia liquida ad alte prestazioni, una tecnica che separa le sostanze chimiche utilizzando potenti pompe e solventi organici. Sebbene efficace, questo metodo genera spesso un significativo rifiuto chimico e richiede apparecchiature costose. Negli ultimi anni, una rivoluzione più silenziosa ha avuto luogo nel campo della chimica verde, che mira a eseguire queste analisi necessarie utilizzando meno energia, meno materiali tossici e risorse più sostenibili. L'obiettivo è creare sensori che siano non solo accurati, ma anche delicati sull'ambiente, trasformando l'atto stesso della misurazione in una pratica che protegge il pianeta.

Questa transizione verso la sostenibilità fa da sfondo a un nuovo studio condotto da ricercatori dell'Università di Najran e dell'Università di Tabuk, in Arabia Saudita. Il team si è posto l'obiettivo di costruire un sensore elettronico altamente sensibile capace di rilevare due dei più comuni antidolorifici al mondo: il paracetamolo e l'aspirina. Invece di utilizzare le sostanze chimiche dure e tossiche tipicamente necessarie per fabbricare le minuscole particelle metalliche che rendono funzionali questi sensori, gli scienziati si sono rivolti alla natura. Hanno raccolto foglie fresche di olivo, un residuo agricolo abbondante nella loro regione, e hanno utilizzato un estratto di queste foglie per creare nanoparticelle d'oro. Queste nanoparticelle sono sfere microscopiche d'oro, così piccole che migliaia potrebbero stare sulla testa di uno spillo, e agiscono come potenti amplificatori di segnali elettrici. Utilizzando l'estratto di foglia di olivo sia come agente riducente per trasformare gli ioni d'oro in metallo solido, sia come agente stabilizzante per evitare che le particelle si aggreghino, i ricercatori hanno creato un sensore che è allo stesso tempo efficace ed ecologico.

Il processo è iniziato con la preparazione accurata delle foglie di olivo. I ricercatori hanno raccolto foglie fresche da alberi maturi nella regione di Aljofe, le hanno lavate accuratamente e le hanno fatte asciugare all'ombra per preservarne le proprietà chimiche naturali. Hanno poi macinato le foglie essiccate in una polvere fine e le hanno bollite in acqua per creare un ricco estratto liquido dal colore giallo-brunastro. Questo estratto è ricco di composti naturali come fenoli e flavonoidi, noti per la loro capacità di donare elettroni. Quando questo estratto è stato mescolato con una soluzione contenente sali d'oro e riscaldato, si è verificata una trasformazione straordinaria. Gli ioni d'oro nella soluzione, inizialmente di un giallo pallido, sono rapidamente diventati di un profondo colore rosso vino. Questo cambiamento di colore ha segnalato che gli ioni d'oro erano stati trasformati con successo in nanoparticelle solide, un processo guidato interamente dalle sostanze chimiche naturali presenti nelle foglie di olivo. Le nanoparticelle risultanti erano sferiche, con un diametro medio di circa 19 [unità non specificata nel testo originale, probabilmente nanometri], e rimanevano stabili nella soluzione senza aggregarsi, grazie al rivestimento naturale fornito dall'estratto fogliare.

Per testare se queste nanoparticelle create dalla natura potessero funzionare come un sensore, i ricercatori le hanno depositate su un elettrodo di carbonio vetroso liscio, uno strumento standard nell'analisi elettrochimica. Hanno poi confrontato questo nuovo sensore con altre due versioni: una realizzata con nanoparticelle create con metodi chimici tradizionali che coinvolgono il citrato sintetico, e un elettrodo nudo privo di nanoparticelle. Quando hanno introdotto paracetamolo e aspirina nel sensore, i risultati sono stati sorprendenti. Il sensore a base di foglie di olivo è stato in grado di rilevare entrambi i farmaci simultaneamente con alta precisiono. Ha identificato il paracetamolo a concentrazioni così basse come 0,032 micromolare e l'aspirina a 0,15 micromolare. Questi limiti di rilevamento sono paragonabili, e in alcuni casi migliori, a quelli di molti sensori costruiti con nanoparticelle sintetizzate chimicamente. Il sensore funzionava misurando la corrente elettrica generata quando i farmaci si ossidavano sulla superficie delle particelle d'oro. La presenza delle nanoparticelle ha reso questa reazione molto più rapida e a tensioni inferiori rispetto a quanto avverrebbe su un elettrodo nudo, permettendo al sensore di cogliere anche i segnali più deboli dei farmaci.

I ricercatori non si sono fermati al test del funzionamento del sensore in un ambiente di laboratorio; hanno testato il dispositivo su campioni del mondo reale per vedere se fosse in grado di gestire la complessità di medicinali e fluidi umani effettivi. Hanno analizzato compresse commerciali di paracetamolo e aspirina, sciogliendole e misurando il contenuto di farmaco. Le letture del sensore corrispondevano alle quantità indicate sulle confezioni con un'accuratezza superiore al 98 percento, allineandosi strettamente ai risultati del metodo standard di cromatografia da laboratorio. Hanno anche testato il sensore su campioni di urina e saliva umana in cui erano stati aggiunti quantità note di farmaci. In questi fluidi biologici, che contengono molte altre sostanze che potrebbero interferire con la misurazione, il sensore ha mantenuto la sua accuratezza, recuperando tra il 96,8 e il 103,8 percento dei farmaci aggiunti. Ciò ha dimostrato che le nanoparticelle di foglia di olivo erano abbastanza selettive da ignorare il rumore di fondo di sali, proteine e altri metaboliti presenti nel corpo, concentrandosi solo sui farmaci bersaglio.

Una parte cruciale di questo studio è stata la valutazione dell'impatto ambientale del nuovo metodo. I ricercatori hanno utilizzato un sistema di punteggio specializzato chiamato AGREE, che valuta le tecniche analitiche in base a dodici principi della chimica verde, come la riduzione degli scarti, l'efficienza energetica e l'uso di solventi sicuri. Il sensore costruito con nanoparticelle di foglia di olivo ha ricevuto un eccellente punteggio di 0,82 su 1,0, posizionandosi nella fascia alta dei metodi analitici verdi. Al contrario, il sensore costruito con nanoparticelle sintetizzate chimicamente ha ottenuto un punteggio di 0,61, e il tradizionale metodo di cromatografia liquida ha ottenuto solo 0,38. L'alto punteggio del nuovo sensore è dovuto in gran parte all'uso dell'acqua come solvente, all'evitamento di agenti riducenti tossici e all'utilizzo di scarti agricoli come materia prima. Questa valutazione quantitativa ha confermato che i ricercatori avevano creato con successo una piattaforma di rilevamento che non compromette le prestazioni a scapia dell'ambiente.

Lo studio conclude che l'uso dell'estratto di foglia di olivo per la sintesi di nanoparticelle d'oro offre una via percorribile e sostenibile per la costruzione di sensori elettrochimici. Il metodo trasforma un comune sottoprodotto agricolo in uno strumento tecnologico avanzato capace di monitorare i livelli di farmaci sia in prodotti farmaceutici che in campioni biologici. Sebbene i ricercatori abbiano osservato che ulteriori test su campioni clinici autentici provenienti dai pazienti sarebbero stati preziosi, i loro risultati attuali forniscono una forte prova che la sintesi verde può produrre sensori altrettanto affidabili di quelli realizzati con la chimica convenzionale. Integrando i principi della chimica verde con la nanotecnologia avanzata, questo lavoro suggerisce un futuro in cui gli strumenti utilizzati per proteggere la salute umana sono essi stessi progettati per proteggere il pianeta.