- Diseño y Síntesis de Polímeros con Arquitectura Especial
- Polímeros Sensibles para Aplicaciones Biomédicas
- Materiales Nanoestructurados
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COPOLÍMEROS ALEATORIOS, BLOQUES, ESTRELLAS Y REDES
En esta temática se diseñan y sintetizan copolímeros con arquitectura controlada sensibles a diferentes estímulos externos como el pH y la temperatura. El control en la arquitectura es una herramienta fundamental en la ingeniería molecular y por el tamaño de los polímeros el desarrollo de materiales nanométricos con funcionalidad específica es posible a través del control de arquitectura en los copolímeros.
1. Copolímeros aleatorios y en bloques.
Los copolímeros aleatorios son un tipo de materiales que combinan propiedades promedio de sus unidades químicas diferentes que los constituyen. Sin embargo el introducir comonómeros con grupos funcionales específicos dentro de copolímeros va mucho más allá; permite por ejemplo preparar polielectrolitos y polianfolitos variando su densidad de carga y permite modificar la respuesta sensible de copolímeros sensibles al pH y a la temperatura. El caso de copolímeros en bloques le da una nueva dimensión a los copolímeros: la segregación del tipo de bloque en dos o mas dominios separados, permite contar con materiales con propiedades anfifílicas, anfotéricas y anfipáticas. Con ello se generan materiales con capacidad de actuar como compatibilizantes, como interfaces y como tenosactivos. El control específico en el tamaño y proporción de los bloques permite incursionar en la nanotecnología aprovechando el autoensamble en estado sólido (nanoplantillas) y en presencia de un líquido selectivo para uno de los bloques generando micelas, polimersomas, gusanos y otro tipo de morfologías.
1.1 Por técnicas de polimerización radicálica controlada/viviente
2. Polímeros estrella
Los polímeros estrella o estrellas poliméricas tienen la característica de tener un volumen mas pequeño que los polímeros lineales del mismo peso molecular, eso provoca que tengan menor viscosidad y diámetro. Por ello entre sus aplicaciones tenemos los modificadores de viscosidad. Si los brazos de la estrella son de un polímero sensible a estímulos (actuante) entonces las estrellas “mueven” sus tentáculos en respuesta al estímulo específico. Esto, aunado a su tamaño, abre la posibilidad de su uso en nanotecnología, en especial nanomedicina.
Estrella con núcleo pequeño – Estrella con núcleo entrecruzado
Existen dos métodos básicos para sintetizar este tipo de polímeros:
2.1 Método primero los brazos con núcleo entrecruzado
2.2 Método primero el núcleo vía RAFT
3. Macro-, Micro- y Nanoredes
Los polímeros con estructura de red tiene la característica especial de ser totalmente insolubles en cualquier solvente. Eso les da estabilidad física y por lo tanto, una gran variedad de aplicaciones. A los polímeros con estructura de red se les llama coloquialmente “geles” cuando se encuentran en contacto con un líquido compatible con el polímero y si el líquido en que se encuentran inmersos es agua, reciben el nombre de HIDROGELES.
Aunque las redes poliméricas sean insolubles, aun en un líquido en el cual el polímero lineal si lo sería, si la estructura de red tiene dimensiones nanométricas, entonces esa red dispersada en un líquido compatible genera una “solución aparente” que puede ser procesada como la mayoría de las soluciones de polímeros.
MACROGEL (D > 106 nm) Microgel (D > 103 nm) Nanogel (D < 300 nm)
3.1 Micro/Nanoredes por polimerización por emulsión libre de tensoactivo
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HIDROGELES, MICELAS, POLIMERSOMAS Y NANOCÁPSULAS
En esta temática se desarrollan polímeros y copolímeros biocompatibles a base de metacrilatos sensibles al pH y polímeros sensibles a la temperatura, tanto en arquitecturas lineales, de estrella y de redes (hidrogeles) para el suministro controlado de fármacos. Las cadenas poliméricas pueden ser en forma aleatoria o en bloque, dependiendo de su aplicación. Los materiales se diseñan, por un lado para el cargado de fármacos anticancerígenos que funcionen como vehículos nanométricos que vayan directo a tumores; y por el otro en forma de tabletas o capas delgadas como reservorios para controlar el suministro de fármacos vía oral o como cubiertas o partes de implantes.
Figura 0: Dispositivos para (Nano)medicina. Tomado de Moses, M.; Brem, H.; Langer, R. Cancer Cell, 2003, 4, 337.
1) Hidrogeles
Los hidrogeles son polímeros con estructura de red con capacidad de hinchamiento en agua. Desde el punto de vista del tipo de monómeros que los forman pueden ser con carga negativa (aniónicos), con carga positiva (catiónicos) con ambas cargas (anfotéricos) y sin carga. Los que tienen un solo tipo de carga también son llamados polielectrolitos. Su aplicación en el área biomédica es muy amplio, desde implantes, recubrimientos, andamios y sistemas para suministro controlado de fármacos.
Figura 1.- Representación de un hidrogel formado por una red polimérica hinchada en agua y relleno de un principio activo o nanomaterial.
Figura 2.- Aplicaciones de hidrogeles sensibles a estímulos (inteligentes).
1.1 Hidrogeles
2) Micelas poliméricas y polimersomas
El autoensamble de copolímeros anfifílicos en dibloque en medio acuoso permite preparar desde micelas poliméricas (esféricas), polimersomas (bicapas esféricas=liposomas), hasta estructuras más sofisticadas como gusanos (micelas cilíndricas), entre otras. La nanoestructura formada depende de parámetros estructurales del copolímero en dibloque como es la longitud relativa de sus segmentos, así como de la presencia y ubicación de grupos funcionales específicos.
Figura 3. Autoensamble de copolímeros en dibloques anfifílicos en medio acuoso. Tomado de Blanazs, A.; Armes, S. P.; Ryan, J. A. Macromol. Rapid Commun. 2009, 30, 267-277.
2.1 Micelas poliméricas y polimersomas
3) Nanocápsulas
Las nanocápsulas son vehículos poliméricos de dimensiones nanométricas, diseñados para el transporte de fármacos y otros principios activos hacia las células enfermas para su reparación o destrucción si son nocivas.
Figura 4.:Nanovehículos que se internan en tumores cancerosos utilizando el efecto de “permeación-retención incrementada”(EPR). Tomado de Peer, D, et al. Nature Nanotechnology 2007, 2, 751-760.
En nuestro grupo estamos trabajando con tres tipos de nanocápsulas diferentes:
3.1 Polímeros Estrella con Núcleo Entrecruzado
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NANOCOMPUESTOS, MATERIALES FOTÓNICOS Y NANOPLANTILLAS
En esta temática se desarrollan materiales y nanocompuestos poliméricos con propiedades fotónicas, conductoras, cristales líquidos, etc. Estos materiales pueden producir películas de naturaleza nanométrica, las cuales pueden ordenarse y producir los efectos deseados para las aplicaciones mencionadas.
Estos materiales se obtienen por la vía química así como la electroquímica. En el grupo de polímeros, conscientes de la revolución tecnológica que implica la nanotecnología, hemos incursionado desde hace 4 años en investigaciones relacionadas con la temática en la siguientes vertientes:
