Elaboración de Micelas y Nanogeles sensibles al pH y a la Temperatura

Presentación del tema: "Elaboración de Micelas y Nanogeles sensibles al pH y a la Temperatura"— Transcripción de la presentación:

1 Elaboración de Micelas y Nanogeles sensibles al pH y a la Temperatura
a partir de Poli(NiPAAm) y Poli(2-Oxazolinas) Juan Carlos Rueda S. Pontificia Universidad Católica del Perú Lima, Perú

2 Monómeros: 2-R-2-Oxazolinas
Introducción Monómeros: 2-R-2-Oxazolinas Donde R= H, Metilo, Etilo, Fenilo, etc.

3 Polimerización Catiónica por Apertura de Anillo de las 2-Oxazolinas
La polimerización de las 2-Oxazolinas es del tipo “viva”, esto significa que transcurre sin reacciones de interferencia (reacciones de terminación o de transferencia de cadena). Cuando R = Metilo o Etilo, entonces la polioxazolina es hidrófilica y soluble en agua. - Cuando el grupo R= Fenilo, Propilo, butilo, etc, entonces la Polioxazolina es hidrofóbica e insoluble en agua.

4 POLYMERIZACION DE LAS 2-OXAZOLINAS

5 POLIMEROS INTELIGENTES (SMART POLYMERS)
Son materiales que tienen sensibilidad a cambios en el medio ambiente, tales como, por ejemplo: cambios de temperatura, del pH, aplicación de la Luz, etc.

6 Sensibilidad del compuesto AZO a la Luz.

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9 Poli (N-ISOPROPILACRILAMIDA)

10 A los 32°C se produce una repentina “precipitación” o “dispersión”
El Poli(NIPAAm) muestra en solución acuosa una transición conformacional a los 32°C (LCST). A los 32°C se produce una repentina “precipitación” o “dispersión” del Poli(NIPAAm) en la solución acuosa: T < 32°C T >= 32°C

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12 Aplicaciones del Poli(NIPAAm)
Desarrollo de hidrogeles sensibles a la temperatura para su uso en sistemas de liberación controlada de medicamentos o fertilizantes. Desarrollo de membranas sensibles a la temperatura - Soporte de sistemas de cultivo celulares - Control del comportamiento reológico - Sensores

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14 SINTESIS DE LA ESTER-OXAZOLINA
(Monómero)

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16 SINTESIS DEL MACROINICIADOR
(Iniciador polimérico)

17 Síntesis del Macroiniciador

18 Copolímero Estadístico
MACROINICIADOR Copolímero Estadístico de Clorometilestireno (CMS) y N-Isopropilacrilamida (NIPAAm) GPC: Mn (g/mol)= Mw (g/mol)= Mw/Mn=2,9

19 Espectro 1H-RMN del Macroiniciador
(porcentaje molar de CMS = 2,9 mol-% ).

20 SINTESIS DEL COPOLIMERO INJERTADO

21 Síntesis de los Copolímeros Injertados

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23 Espectro 1H RMN: Copolímero Injertado HGC-6

24 Fig.- Grado de Disociación (determinado por RMN) del Poli(NiPAAn-g-Ester-oxazolina) en función del pH.

25 Fig.-Espectros RMN del Poly(NiPAAn-graft-EsterOXA), a diferentes temperaturas, en solución acuosa a pH=2 (grupos ácidos carboxílicos 100% NO disociados).

26 Poly(NiPAAn-graft-EsterOXA) a diferentes temperaturas y
Fig.- Espectros RMN del Poly(NiPAAn-graft-EsterOXA) a diferentes temperaturas y en solución acuosa a pH=11 (grupos ácido carboxílicos 100% disociados).

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28 Fig.- Medidas Turbidimetricas de soluciones acuosas de
los copolímeros Injertados a diferentes valores de pH.

29 Continuación…

30 Continuación.…

31 Fig.: Método Dinámico de Dispersión de Luz Láser- Determinación de Rh en función de la
Temperatura a pH=4.7. Calentamiento rápido (puntos rojos) y lento (puntos azules). Elemplo: Copolimero: HG-III n=65.

32 Fig.- Formación de micelas en la “ventana de pH” = 4-5.
Ejemplo: Copolímero HG-III, n=65.

33 Esquema: Modificaciones de las dimensiones relativas del nucleo y corona de los
Nanogeles en función del cambio de temperatura y del pH.

34 Fig.- Medidas de DLS: Determinación de Rh y Dispersión de tamaño de micelas
a 50°C y a un pH óptimo. Medidas antes y después de la radiación con electrones (a 50°C y a 25°C).

35 Fig.: Medidas de Radio Hidrodinámico de los Nanogeles, arriba y abajo del LCST de la
cadena principal (núcleo), en función del valor de pH (el PDI siempre estuvo alrededor de 0.05)

36 Fig.- Imagen AFM de Nanogel GB-3 adsorbido sobre superficie silicon
wafer aminosilanizado a pH= 6,35.

37 Se realizó la siguiente Publicación:
“Reversibly Switchable pH- and Thermoresponsive Core-Shell Nanogels Based on Poly[NiPAAm-graft-Poly(2-carboxyethyl-2-oxazoline)s]” Macromoleculare Chemistry and Physics (2011) DOI /macp.2011 -00388 Stefan Zschoche, Juan Rueda, Marcus Binner, Hartmut Komber, Andreas Janke, Karl-Friedrich Arndt, Stefan Lehmann and Brigitte Voit.

38 CONCLUSIONES Los copolímeros injertados conteniendo PoliNIPAAm en la cadena principal y PoliEsterOXA en las cadenas laterales, muestran una doble sensitividad, a la temperatura y al pH. Estos polímeros son capaces de formar micelas estables y reversibles en solución acuosa en una “ventana de pH” relativamente estrecha. La radiación con electrones de la micelas, encima del LCST, permite la formación de Nanogeles estables y con sensibilidad térmica y al PH.

39 Publicaciones conjuntas con el IPF hasta el momento:
„New Thermo-sensitive Graft Copolymers based on a Poly(N-isopropyl-acrylamide) Backbone and Functional Polyoxazoline Grafts with Random and Diblock structure“ Macromoleculare Chemistry and Physics 211, (2010) Juan Rueda, Stefan Zschoche, Hartmut Komber, Franzisca Krahl, Karl-Friedrich Arndt, Brigitte Voit” „Thermo-responsive Nanogels based on Poly(NiPAAm-graft-2-alkyl-2-oxazolines) Crosslinked in the Micellar State“, Macromoleculare.Chemistry and Physics 211, (2010) Stefan Zschoche, Juan Rueda, Hartmut Komber, Volodymyr Boyko, Karl-Friedrich Arndt, Franziska Krahl, Brigitte Voit “Synthesis and Characterization of Thermoresponsive Graft Copolymers of NIPAAm and 2-Alkyl-2-oxazolines by the Grafting from Method” Macromolecules, 38, (2005) Juan Rueda, Stefan Zschoche, Hartmut Komber, Dirk Schmaljohann, and Brigitte Voit. “Synthesis of Lipogels and Amphygels of Polyoxazoline through the Macroinitiator Method” Journal of Polymer Science; Part A: Polymer Chemistry, 41, , (2005). Juan C. Rueda, Hartmut Komber, and Brigitte Voit “Synthesis of New Polymethyloxazoline Hydrogels by the Macroinitiator Method”. Macromoleculare Chemistry and Physics, 204, , (2003), Juan C. Rueda, Raúl Suica, Hartmut Komber, and Brigitte Voit “Synthesis of New Hydrogels by Copolymerization of Polymethyloxazoline Telechelics and N-Vinylpirrolidone” Macromoleculare Chemistry and Physics, 204, , (2003), Juan C. Rueda, Hartmut Komber, Juan C. Cedrón, Brigitte Voit and Galina Shevtsova.

40 Agradecimientos A la Prof. Dr. Brigitte Voit, Directora Científica del Instituto Leibniz de Investigaciones en Polímeros de Dresden, Alemania (IPF) y al Servicio Alemán de Intercambio Académico (DAAD) por el financiamiento de la investigación y la beca de investigación, respectivamente. Al Dr. Stefan Zschoche, Químico Marcus Binner, y al Dr. Hartmut Komber del IPF y al Prof. Dr. Karl-Friedrich Arndt y al Dr. Stefan Lehmann de la Universidad Tecnológica de Dresden por la cooperación científica.

41 MUCHAS GRACIAS