Production of metal nanoparticles by laser ablation techniques and their application as bactericidal agent

Abstract

In recent years, very significant advances in the field of nanotechnology are being achieved thanks to the new properties that appear when the matter is manipulated on a nanometric and sub-nanometric scale. In the nanometric scale, the properties of the materials differ from those corresponding to the bulk material, which implies the appearance of new properties (electronic, optical, catalytic, magnetic, etc.) leading to different and novel applications. On the other hand, more and more infections caused by resistant microorganisms, fail to conventional treatments. In this sense, it is estimated that by 2050, 10 million people could die if this tendency continues, due to the resistance of the bacteria to be treated with antibiotics. In light of this situation, it is necessary to explore new alternatives and metallic nanoparticles could be a solution. There are several research techniques that pursue the production of metal nanoparticles. Although each technique has its own pros and cons. Regarding the use as a bactericidal agent in humans, it is important to keep in mind that most of these methods involve the use of precursors, solvents or chemical reactions that can cause contamination of the obtained nanoparticles. This could be harmful not only for bacteria but also for surrounding tissues. Laser ablation of solids in liquids (LASL) allows to control the size and shape by adjusting the processing parameters, but also allows to obtain pure nanoparticles without the need for any additional reagents.

This thesis is part of the research line of "laser material processing" and its main objective is the production of metal nanoparticles using laser-assisted techniques, for its application bactericidal agent.

En los últimos años se están logrando avances muy significativos en el campo de la nanotecnología gracias a las nuevas propiedades que aparecen cuando se manipula la materia a escala nanométrica y sub-nanométrica. A escala nanométrica las propiedades de los materiales difieren de las del material masivo, lo que supone la aparición de nuevas propiedades (electrónicas, ópticas, catalíticas, magnéticas, etc.) que conducen a aplicaciones diferentes y novedosas. Por otra parte, cada vez más infecciones causadas por microorganismos resistentes, fallan a los tratamientos convencionales. En este sentido, se estima que para 2050, 10 millones de personas podrían morir si continúa la tendencia, debido a la resistencia de las bacterias a ser tratadas con antibióticos. Ante esta situación, es necesario explorar nuevas alternativas y las nanoparticulas metálicas, podrían ser una solución. Existen varias técnicas de investigación que persiguen la producción de nanopartículas metálicas. Aunque cada técnica tiene sus propios pros y contras. En cuanto al uso como agente bactericida en los seres humanos, es importante tener en cuenta que la mayoría de estos métodos implican el uso de precursores, solventes o reacciones químicas que pueden provocar la contaminación de las nanopartículas obtenidas. Esto, podría ser dañino no solo para las bacterias sino también para los tejidos circundantes. La ablación con láser de sólidos en líquidos (LASL) permite controlar el tamaño y forma ajustando los parámetros de procesamiento, pero también permite obtener nanopartículas puras sin necesidad de ningún reactivo adicional.

El presente proyecto de tesis se enmarca dentro de la línea de investigación de “procesamiento de materiales mediante láser” y tiene como objetivo principal la producción de nanopartículas metálicas mediante técnicas asistidas por láser, para su aplicación agente bactericida.

Nos últimos años estanse a lograr significativos avances no campo da nanotecnoloxía grazas ás novas propiedades que aparecen cando a materia é manipulada a escala nanométrica e sub-nanométrica. A escala nanométrica as propiedades dos materiais difiren das do material masivo, o que supón a aparición de novas propiedades (electrónicas, ópticas, catalíticas, magnéticas, etc.), conducindo a aplicacións diferentes e novidosas. Por outra parte, cada vez máis infeccións causadas por microorganismos resistentes, fallan aos tratamentos convencionais. Neste sentido, estímase que para 2050, 10 millóns de persoas poderían morrer se esta tendencia continúa. Ante esta situación, é preciso explorar novas alternativas e as nanopartículas metálicas, poderían ser una boa solución. Existen varias técnicas de investigación que persiguen a produción de nanopartículas metálicas. Aínda que cada técnica ten os seus propios pros e contras. En cuanto ao uso como axente bactericida en seres humanos, é importante tener en conta que a maioría destes métodos implican o uso de precursores, solventes ou reaccións químicas que poden levar á contaminación das nanopartículas obtidas. Isto podería ser prexudicial non só para as bacterias senón tamén para os tecidos circundantes. A ablación láser de sólidos en líquidos (LASL) permite controlar o tamaño e a forma axustando os parámetros de procesamento, pero tamén permite obter nanopartículas puras sen necesidade de reactivos adicionais.

Este proxecto de tese forma parte da liña de investigación do "procesamento de materiais láser" e o seu principal obxectivo é a produción de nanopartículas metálicas mediante técnicas asistidas por láser, para a súa aplicación axente bactericida.