Un nuovo materiale con proprietà antimicotiche e antitumorali è stato sviluppato dai ricercatori del Center for Development of Functional Materials (CDMF), uno della Ricerca, Centri di Innovazione e Disseminazione (RIDC) supportati dalla São Paulo Research Foundation—FAPESP. CDMF è ospitato dall'Università Federale di São Carlos (UFSCar) nello Stato di São Paulo, Brasile.

Il composto è stato ottenuto da un campione di tungstato d'argento puro (α-Ag ₂ WO ₄ ) irradiato con elettroni e luce laser in impulsi della durata di pochi femtosecondi. Un femtosecondo è un quadrilionesimo di secondo, la scala temporale delle reazioni chimiche che comportano scambi di elettroni tra atomi e molecole. Il nuovo materiale è descritto in un articolo pubblicato su Rapporti scientifici .

Il crescente utilizzo dei semiconduttori ha dato il via allo sviluppo di nuovi materiali con un'ampia gamma di applicazioni tecnologiche. Una famiglia di semiconduttori in particolare che ha attirato l'attenzione dei ricercatori nella scienza dei materiali è quella degli ossidi di tungsteno ternario, come i tungstati metallici.

tungstato d'argento, che appartiene a questa famiglia, è un importante materiale inorganico con applicazioni nella fotocatalisi e nei fotointerruttori o come alternativa ai semiconduttori convenzionali a banda larga. I ricercatori affiliati al CDMF stanno studiando il tungstato d'argento da anni.

"In un esperimento effettuato nel 2018, in cui il tungstato d'argento è stato irradiato con elettroni, abbiamo osservato al microscopio elettronico la comparsa di minuscoli 'peli' che crescevano sulle molecole del materiale. Questi non erano altro che filamenti di nanoparticelle estratte dal tungstato d'argento mediante irradiazione di elettroni, " ha detto Elson Longo, Professore emerito nel dipartimento di chimica di UFSCar e ricercatore principale di CDMF.

"L'argento è un elemento chimico con proprietà battericide. Anche il tungstato d'argento ha queste proprietà, ma ciò che abbiamo trovato più sorprendente è che dopo essere stato modificato dall'irradiazione di elettroni e dalla costruzione di filamenti d'argento, il composito ha mostrato un'attività antimicotica che era 32 volte più efficace rispetto a prima dell'irradiazione".

L'attività antimicotica del composito modificato è stata verificata in Candida albicans, il fungo che causa candidosi e mughetto. I ricercatori hanno coltivato il fungo in piastre Petri. Conoscevano già la quantità minima di tungstato d'argento necessaria per eliminare il fungo e applicavano la stessa quantità di composto modificato alla coltura. Il risultato osservato era simile.

I ricercatori hanno quindi dimezzato il volume della sostanza e ripetuto la procedura, eliminando nuovamente il fungo. Hanno ripetuto la procedura 32 volte in tutto, sempre con risultati antimicotici soddisfacenti, dimostrando che le proprietà antimicotiche del composito modificato erano 32 volte più potenti di quelle del tungstato d'argento originale.

L'azione antitumorale del composito è stata testata su cellule tumorali della vescica di topo, che sono stati esposti per 24 ore a diverse concentrazioni (4,63 microgrammi per millilitro, 11,58 mg/ml, 23,16 μg/ml, e 46,31 μg/ml).

Secondo Longo, i risultati hanno mostrato una significativa riduzione della vitalità cellulare. Il miglior risultato è stato ottenuto con una concentrazione di 11,58 μg/mL quando la vitalità delle cellule del cancro della vescica è diminuita dell'80%.

Dopo aver dimostrato le proprietà antimicotiche e antitumorali del composito, i ricercatori di CDMF e UFSCar hanno studiato la sua sicurezza per un uso futuro in pazienti umani.

In una linea cellulare di fibroblasti gengivali umani sono state studiate quattro concentrazioni del composito di tungstato d'argento irradiato che erano al di sopra dell'intervallo ottimale di attività fungicida (3,9 μg/mL-31,2 μg/mL).

Dopo incubazione per 24 ore, l'effetto del composto sulla vitalità cellulare, la proliferazione e la morfologia sono state valutate mediante dosaggio fluorometrico quantitativo e microscopia elettronica a scansione.

"Non abbiamo riscontrato alcuna perdita statisticamente significativa di vitalità cellulare a queste concentrazioni rispetto al controllo, dimostrando che il composito non presenta alcun rischio per la salute umana, " disse Longo.

Dualità onda-particella

Lo studio ha anche raggiunto l'importante traguardo scientifico di dimostrare sperimentalmente la dualità onda-particella. La dualità onda-particella è una proprietà fondamentale della materia proposta nel 1924 dal fisico francese Louis-Victor de Broglie (1892-1987), secondo cui gli elettroni e altri frammenti discreti di materia, fino ad allora considerate solo particelle materiali, potrebbe anche avere proprietà ondulatorie, a seconda dell'esperimento.

"Nel 1929, il Premio Nobel per la Fisica è stato assegnato a de Broglie per la scoperta che tutta la materia può avere proprietà ondulatorie. Nei nove decenni successivi, la dualità onda-particella è stata osservata e dimostrata in un gran numero di esperimenti scientifici, ma fino ad ora, nessuno lo ha dimostrato sperimentalmente utilizzando fasci di particelle [elettroni in questo caso] e fasci di onde [laser] per ottenere alterazioni identiche nei materiali compositi, " disse Longo.

"Quando ci siamo resi conto che la radiazione di elettroni produceva filamenti di nanoparticelle d'argento su tungstato d'argento, abbiamo deciso di indagare se lo stesso risultato potesse essere ottenuto utilizzando la luce laser, dimostrando così sperimentalmente la dualità onda-particella proposta da de Broglie 95 anni fa."

La letteratura scientifica indica attualmente il crescente utilizzo della radiazione laser a femtosecondi nella lavorazione dei materiali come tecnica per ottenere nuovi composti con proprietà altamente attraenti in grado di guidare i progressi tecnologici.

"Durante il processo di irradiazione di elettroni, il disordine strutturale viene introdotto negli elettroni del tungstato d'argento, e questo gioca un ruolo chiave nella nucleazione e crescita dei filamenti d'argento, " disse Longo.

In linea di principio, la segregazione degli atomi d'argento mediante radiazione laser a femtosecondi dovrebbe avvenire in modo simile ma teoricamente dovrebbe essere più veloce perché un impulso laser a femtosecondi può fornire la massima potenza in un lasso di tempo molto breve.

"Data la prevista velocità di segregazione, perciò, la morfologia di queste nanoparticelle d'argento tenderebbe teoricamente ad essere diversa sotto raggio di elettroni e radiazione laser a femtosecondi, " disse Longo.

I risultati pratici corrispondevano esattamente alla teoria. Quando sottoposto a radiazione laser a femtosecondi, la superficie del tungstato d'argento era ricoperta da filamenti di nanoparticelle d'argento.

"Facendo questo, siamo riusciti ad ottenere esattamente lo stesso risultato della radiazione elettronica, dimostrando nella pratica la dualità onda-particella, " disse Longo.