El Futuro Pinturas Nano inteligentes Pablo Emilio Ferrer Pérez Universidad de Valencia Instituto de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico

Liberación controlada Desarrollo de sistemas Liberación controlada

Materiales Mesoporosos Permiten la liberación controlada de la carga mediante la aplicación de un estímulo capaz de conmutar la puerta entre dos estados (abierto y cerrado) CAJA Materiales Mesoporosos Estímulo Externo CARGA Colorante Moleculas Bioactivas Estímulos Físicos Químicos Biológicos TAPA Biomoleculas

Materiales híbridos con puertas moleculares: Soporte inorgánico Micelas esféricas Asociación micelar en forma de cilindros Fase mesoestructurada Sólido mesoporoso Eliminación del surfactante

Materiales híbridos con puertas moleculares: Soporte inorgánico 100 nm

Ventajas del material inorgánico frente a material orgánico Alta superficie específica (aprox. 1200 m2/g) Gran capacidad de almacenaje Tamaño de poro modulable (2 – 3 nm, hasta 10 nm) Morfología de las partículas controlable Facilidad de funcionalización Estabilidad química y mecánica Menor riesgo de contaminación microbiana

Materiales híbridos sin puertas moleculares: material empaquetado En este caso en el que no trabajamos con puerta molecular, el material empaquetado sale por difusión lenta al exterior dependiendo del tamaño del poro

Materiales híbridos con puertas moleculares: Puerta molecular Puerta molecular engloba a una serie de moléculas orgánicas funcionalizadas en la superficie externa del soporte sólido mesoporoso. Estas puertas responden a una gran variedad de estímulos como pH, luz, potencial redox, temperatura, biomoleculas (enzimas, anticuerpos, nucleótidos, etc.) INHIBICIÓN DEL TRANSPORTE DE MASA LIBERACIÓN CONTROLADA

Pinturas Biocidas Versión 1.0 Formulación inicial Versión 2.0 Biocida Empaquetado Versión 3.0 Puertas moleculares

Versión 1.0 Formulación inicial

Versión 1.0 Formulación inicial Biocida agregado al disolvente y este adicionado a la pintura Se agrega mucho más biocida de lo necesario Problemas Difusión a través de la matriz. Alteración de las propiedades mecánicas. El empleo de sustancias tóxicas que genera problemas medioambientales derivados de los lixiviados. La pérdida en el tiempo de la sustancia biocida, aun cuando el producto no haya sido atacado por organismos biológicos

Versión 2.0 Biocidas empaquetados

Ventajas: Biocida Empaquetado Versión 2.0 Biocida Empaquetado El almacenamiento o fijación de sustancias biocidas, proporciona una metodología para ganar control en el perfil de liberación. Ventajas: Aislamiento de los principios activos inestables en contacto con el medio externo. Liberación gradual del mismo. Disminución de la degradación del biocida por acción UV.

Nuevos materiales híbridos orgánico-inorgánicos de tamaño micro-partícula cargados con biocidas Síntesis material de sílice mesoporoso MCM-41 microparticulado Condensación de precursores de sílice (silicato sódico, tetraetilortosilicato (TEOS) o silicato de tetrametilamonio) en presencia de surfactantes catiónicos en condiciones básicas. Almacenamiento de los biocidas en partículas mesoporosas de sílice OIT IPBC Diuron DCOIT Carbendacima Cinética de liberación de biocidas en partículas de sílice Espectrómetro UV-Visible

Curvas de liberación de los biocidas:

Curvas de liberación de los biocidas: Los resultados llevan a la conclusión de que la liberación de los biocidas empaquetados es más lenta que su análogo en forma libre, pero…la búsqueda de soluciones en la formulación de la pintura que confieran una vida útil más prolongada y una protección más robusta contra organismos de crecimiento superficial no cesa.

Versión 3.0 Puertas moleculares

Liberación Controlada Versión 3.0 Liberación Controlada El almacenamiento de sustancias naturales que provienen de plantas con función biocida, en el interior de los poros de materiales mesoporosos, empleando puertas moleculares nanométricas, que sean capaces de activar o desactivar la liberación de los biocidas por acción de un determinado estímulo externo provocado por la presencia del organismo biológico. Ventajas: Liberación controlada solo en presencia de un estímulo específico. Presenta una mayor resistencia frente a temperaturas. Mayor durabilidad de la acción biocida. Herramienta de acción continua.

Ensayos de actividad fúngica Síntesis material de silice mesoporoso MCM-41 nano-empaquetado Síntesis de derivados de sacáridos Almacenamiento de los biocidas en partículas mesoporosas de sílice Funcionalización de carbohidratos sobre materiales mesoporosos Ensayos de actividad fúngica Sistemas de liberación controlada de agentes antimicrobianos (SMPS) Glucosa (GLU), Maltosa (MAL), Maltodextrina (MDX), Almidón (AL) Eugenol (EU), Carvacrol (CAR), Timol (THY), Cinamaldehido (CIN) GLU-SMPS-EU

Representación esquemática de la síntesis de material mesoporoso

Representación esquemática de un material de sílice mesoporoso almacenado con la sustancia activa (Eugenol) cuyos poros están cerrados con derivados de maltodextrina y maltosa

Representación esquemática de la liberación del Eugenol empaquetado en un material de sílice mesoporoso unido covalentemente a maltodextrinas, mediante la hidrolisis enzimática de los enlaces o-glicosídicos que forman la maltodextrina.

Sistemas de liberación controlada de agentes antimicrobianos volátiles Actividad fungicida a los 15 días Control Eugenol puro SMPS-Eu GLU-SMPS-Eu MAL-SMPS-Eu MDX-SMPS-Eu Starch-SMPS-Eu Nivel de crecimiento del hongo puro y con el biocida Eugenol en contra del A. niger (mg) Sólidos 4 días 8 días 15 días Eugenol Puro 4   N SMPS-Eu 2 GLU-SMPS-Eu 1 MAL-SMPS-Eu MDX-SMPS-Eu AL-SMPS-Eu N: El hongo ha crecido completamente

Sistemas de liberación controlada de agentes antimicrobianos volátiles Actividad fungicida al mes El sólido tapado con maltodrextinas (MDX-SMPS-EU) y cargado con Eugenol conserva su efecto pasado un mes

Cinética de liberación del Eugenol desde MDX-SMPS-EU, desde una suspensión del nano-particulas mesoporosas funcionalizadas con maltodextrina, en ausencia y en presencia de esporas de Aspergillus niger (SPME, GS-FID)

¿El siguiente paso?

Liberación controlada Biocida Empaquetado Liberación controlada Pinturas Nano inteligentes

BIOCIDA EMPAQUETADO materiales de sílice mesoporosos tipo MCM-41 la apertura por acción enzimática apertura por cambios de pH Para el desarrollo de puertas moleculares cuyo de apertura-cierre esté controlado por el pH y por las enzimas del medio, se usarán biomoléculas, como puedan ser poliamidas, ácidos carboxílicos y/o proteínas que actuarán como puerta molecular

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