Ensayo de liberación de nanopartículas

En la actualidad, la irrupción de los nanomateriales está permitiendo avanzar tecnológicamente a la sociedad de forma exponencial. Tal es el avance que hoy en día podemos encontrar materiales conformados por nanopartículas desde la biomedicina, donde se crean nanoterapias para sustituir los fármacos convencionales y mejorar la calidad de vida de los pacientes, hasta la mejora de las prestaciones del transporte público y privado, mediante la formulación de nuevos recubrimientos con nanopartículas que garantizan una mayor calidad en su uso. Sin embargo, este avance se ve ralentizado debido a la falta de legislación en cuanto al uso de materiales nanométricos.

A continuación explicaremos en profundidad el uso de nanomateriales y los posibles ensayos de validación que se pueden realizar para utilizarlos de forma segura. ¡No te lo pierdas!

Una nueva generación de materiales mediante la introducción de sistemas nanométricos

Los nanomateriales han revolucionado diversas áreas de la ciencia gracias a sus propiedades únicas, como su alta área superficial, capacidad de dispersión y efectos ópticos o mecánicos específicos. Entre otros, cabe destacar su papel en la innovación de las formulaciones de recubrimientos, dando lugar a mejoras en sus prestaciones en cuanto a su resistencia a la corrosión, propiedades antibacterianas o incrementar la dureza del recubrimiento.

En sectores como el automotriz, aeroespacial, electrónico o la construcción su incorporación ya es un hecho habitual. Sin embargo, su reducido tamaño —por debajo de los 100 nanómetros— plantea interrogantes sobre su comportamiento cuando se utilizan en un caso real. ¿Permanecen inmovilizadas o pueden liberarse con el tiempo? La respuesta depende del tipo de recubrimiento, el proceso de aplicación y las condiciones de uso. Por ello, estudiar la seguridad y evaluar la posible exposición humana o ambiental es esencial.

Este blog se centra en los ensayos que permiten evaluar el riesgo, especialmente aquellos relacionados con procesos mecánicos como la abrasión, que pueden favorecer la liberación de nanopartículas. Comprender su interacción con el entorno es clave para fomentar un uso responsable y sostenible.

Riesgos potenciales para la salud y el medio ambiente

Aunque las nanopartículas ofrecen ventajas tecnológicas importantes, su tamaño extremadamente reducido puede facilitar su entrada en el organismo a través de vías respiratorias, dérmicas o incluso digestivas. Una vez en nuestro organismo, pueden atravesar barreras celulares y generar respuestas inflamatorias o estrés oxidativo, lo que plantea serias preocupaciones sobre sus propiedades tóxicas.

En el medio ambiente, la acumulación en suelos, aguas o sedimentos podría alterar ecosistemas y afectar organismos acuáticos. A nivel regulatorio, muchas legislaciones no diferencian entre materiales convencionales y nanoestructurados, lo que dificulta la evaluación específica de riesgos. Por ello, es fundamental investigar cómo se comportan las nanopartículas en condiciones reales de uso.

Los estudios de liberación, biodisponibilidad y toxicidad resultan esenciales para desarrollar modelos de exposición realistas. La seguridad no debe medirse solo en términos de la cantidad total de material, sino también en su respuesta frente a condiciones adversas de su entorno de aplicación. Uno de los casos más comunes es la introducción de nanomateriales en recubrimientos funcionales cuya aplicación es cercana a usuarios finales. Por lo tanto, evaluar el ciclo de vida completo del recubrimiento permitirá identificar escenarios críticos y adoptar medidas preventivas antes de su comercialización.

Ensayos de seguridad: metodologías y normativas actuales

Para evaluar la seguridad de recubrimientos con nanopartículas, es indispensable aplicar metodologías estandarizadas que permitan obtener resultados reproducibles y comparables. Diversas organizaciones, como la ISO, OECD o ASTM, han desarrollado protocolos adaptados a materiales nanoestructurados, que incluyen estudios de toxicidad, biodisponibilidad, liberación mecánica y estabilidad química. Algunos ensayos se enfocan en detectar la emisión de nanopartículas durante procesos de desgaste, exposición solar o envejecimiento acelerado.

Las técnicas analíticas utilizadas pueden incluir microscopía electrónica (SEM/TEM), difracción de rayos X (XRD) o espectroscopía Raman. Sin embargo, cada ensayo debe adaptarse a la matriz del recubrimiento y a su aplicación final, ya que no todos los materiales responden igual.

En cuanto a la normativa vigente, la relativa novedad del uso de nanomateriales implica que muchas regulaciones específicas aún se encuentran en desarrollo. No obstante, existen marcos regulatorios consolidados que abordan la seguridad de los nanomateriales de forma general, aunque ninguno se centra de manera exclusiva en la liberación de nanopartículas tóxicas derivada de procesos de abrasión o limpieza de forma aislada.

Entre los principales referentes normativos se encuentran:

• REACH (Reglamento (CE) n.º 1907/2006): principal marco regulador de sustancias químicas en la Unión Europea. Desde 2020 incluye requisitos específicos para nanoformas, exigiendo la evaluación de riesgos de exposición durante el uso normal y razonablemente previsible, incluyendo escenarios de desgaste y mantenimiento a lo largo del ciclo de vida del material.

• Regulación sectorial específica: en determinados sectores existen normativas más detalladas que establecen requisitos particulares para el uso de nanomateriales y sus nanoformas, por ejemplo el Reglamento de Productos Cosméticos (Reglamento (CE) n.º 1223/2009).

• Normas técnicas: algunas normas abordan la cuantificación de la liberación de nano-objetos, como la ISO/TS 12025:2021 (UNE-CEN ISO/TS 12025:2021), centrada en la liberación de nanopartículas a partir de polvos mediante la generación de aerosoles, aunque su aplicabilidad es limitada en el caso de recubrimientos sólidos.

Ensayo de liberación de nanopartículas por abrasión: principios y procedimiento

A continuación, hablaremos con más detalle de uno de los ensayos de validación de nanomateriales que se realizan en ATRIA: el ensayo de liberación de nanopartículas por abrasión.

El ensayo de liberación de nanopartículas por abrasión es uno de los métodos más relevantes para estudiar el comportamiento de las nanopartículas una vez integradas en un recubrimiento, ya que busca simular el desgaste que podría ocurrir durante su uso cotidiano en procesos de limpieza, fricción o impacto.

Para llevar a cabo este ensayo, se siguen los siguientes pasos:

1. Se dispone la muestra recubierta con nanomateriales en un equipo de abrasión, aplicándose una fuerza controlada y generando desgaste uniforme sobre la superficie del recubrimiento.
2. Tras ello, el abrasímetro se coloca en condiciones atmosféricas constantes y cerradas. Este punto del ensayo es clave, ya que se recogen las partículas desprendidas durante el ensayo mediante sistemas de filtración.
3. Finalmente, las partículas capturadas se analizan mediante técnicas de caracterización (técnicas microscópicas avanzadas como puede ser microscopía electrónica de barrido o microscopía electrónica de transmisión) para determinar si las partículas liberadas contienen nanopartículas intactas, nanoaglomerados o simplemente fragmentos de la matriz polimérica.

Es importante definir la velocidad de abrasión, número de ciclos, la fuerza aplicada y el sistema de limpieza, de tal forma que simulen las condiciones de aplicación real.

Como conclusión, este ensayo nos permite evaluar el escenario más crítico de liberación mecánica, ofreciendo datos fundamentales para evaluar la exposición potencial del usuario o del entorno. Además, los resultados son clave para optimizar formulaciones y mejorar la adherencia o la encapsulación de las nanopartículas.

Los ensayos siguieron los pasos descritos anteriormente y se realizaron con la colaboración del INMA – Instituto de Nanociencia de Aragón (CSIC-Universidad de Zaragoza), en el campus Río Ebro. En la siguiente foto mostramos el setup empleado para el análisis de liberación de nanopartículas.

Interpretación de resultados y siguientes pasos

Una vez obtenidos los datos del ensayo de abrasión, es necesario interpretarlos cuidadosamente. No basta con saber si se liberan partículas, sino entender su naturaleza: ¿corresponden a fragmentos grandes del recubrimiento o a nanopartículas libres?

La interpretación se apoya en técnicas de caracterización física y química, incluyendo análisis morfológico, distribución de tamaño y composición. Los límites de detección son cruciales, ya que algunas nanopartículas pueden estar presentes en concentraciones muy bajas, pero con potencial toxicidad. También es fundamental contextualizar los resultados con criterios de exposición real: ¿Cuántas partículas podrían inhalarse durante el uso del producto? ¿bajo qué condiciones ocurre la liberación?

La evaluación del riesgo debe integrar toxicidad, nivel de exposición y persistencia ambiental. Es posible que no todos los recubrimientos representen un riesgo significativo, pero sin datos científicos no es posible garantizar su seguridad. El objetivo no es prohibir el uso de nanopartículas, sino promover una gestión responsable basada en evidencia experimental y principios de precaución.

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