Aidé Sáenz Galindo
Catalina Pérez Berumen
Carlos Ávila Orta
Alberto Jorge Dávila Mendoza
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Cienciacierta #40, Octubre-Diciembre 2014
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Los polímeros son macromoléculas que tienen una masa molecular elevada, formadas por un gran número de átomos construidos por la unión de muchas moléculas más pequeñas. Puede haber cientos, miles, o más moléculas de monómero unidas en una molécula de polímero.
Introducción
stas pequeñas moléculas llamadas monómeros, se unen entre sí para formar un polímero, y las reacciones por las que se unen se denominan polimerizaciones (Odian. 2004), ver figura 1. Existe la polimerización por radicales libres, en la cual cual solamente se puede obtener copolímeros al azar o mezclas de homopolímeros. Mientras que en una polimerización radicálica controlada, se puede obtener un polímero con características específicas. Las técnicas de polimerización radicálicas controladas más usadas son polimerización mediada por nitróxidos (NMP), poli-merización radicálica por transferencia de átomo (ATRP), polimerización controlada por la reacción reversible de adición-fragmentación con transferencia de cadena (RAFT) y la polimerización por transferencia con yodo de modo inverso (RITP) (Zaremski et al. 2009).
Una de las técnicas más estudiadas es la polimerización radicálica por transferencia de átomos (ATRP), la cual es considerada de las más exitosas (Burdynska et al. 2010; Cheng et al., 2011) ya que permite la síntesis de una amplia gama de copolímeros con peso molecular controlado, distribución estrecha del peso molecular y una gama de arquitec-turas y funcionalidades (Matyjaszewski, Kwon and Perineau. 2006) como los polímeros bien definidos con una arquitectura compleja, los copolímeros en bloque, de injerto, estrellas o en forma de cepillo (Zhang Yaozhong et al. 2011; Elsen Andrea et al. 2011). La ATRP se lleva a cabo en diversos medios homogé-neos como soluciones orgánicas o en masa (Matyja-szewski and Kwon. 2006).
La técnica es versátil en términos de los monó-meros que pueden realizarse y polimerizarse tanto en los medios acuosos y no acuosos (Plackett et al. 2005).
En la figura 2 la generación de radicales en ATRP involucra un haluro orgánico (R-Br/Cl) en un proceso reversible redox, catalizadas por un compuesto de metal como haluro cuproso (CuBr) donde L es el ligante que se une con la sal de cobre y ayuda en la solubilidad en la reacción. La activación implica que el centro metálico experimente una transferencia de electrones junto con el halógeno, dejando un radical (R*) que iniciará la polimerización.
Posteriormente, a este nuevo radical se le unirá un monómero y la reacción se repetirá hasta que se obtenga la longitud del polímero deseado (Odian. 2004). Sin embargo, debido a la naturaleza multicomponente de ATRP, así como a la complejidad de los medios acuosos, las condiciones de polimerización tienen que ser cuidadosamente diseñadas con el fin de realizar un éxito en la dispersión acuosa en ATRP, incluyendo la selección de agente tensoactivo adecuado, catalizador, ligante, activador y los sistemas de iniciación (Matyjaszewski y Li. 2009).
La gran ventaja de usar ATRP, en comparación con una polimerización por radicales libres conven-cional, es el crecimiento uniforme de los polímeros y la capacidad de controlar la longitud de las cadenas de polímeros injertados y adaptar las propiedades de la superficie.
Además, por medio de la síntesis se logra añadir injertos de copolímeros a través de la reactivación de los grupos de haluro latentes, presentes en los extremos de la cadena (Malmstrom E. et al. 2008). Se ha demostrado que ATRP es un excelente método de polimerización y tiene diversas aplicaciones en la industria farmacéutica, electrónica, biomateriales, entre otras.
ATRP en biomateriales
La aplicación de polímeros sintéticos como biomateriales depende de sus propiedades interfaciales y las interacciones resultantes con las células y fluidos biológicos. La capacidad de manipular y controlar las propiedades de la superficie de un biomaterial es de crucial importancia en el diseño de materiales biomé-dicos ( Xu F. J y Yang W. T. 2011). ATRP se ha utilizado para producir hidrogeles con propiedades como la liberación controlada de fármacos, el apoyo y la estimulación de crecimiento de nuevos tejidos en el paciente. Este tipo de hidrogel nanoestructurado es prometedor ya que puede ser rápidamente formado in situ, es biodegradable y puede controlar y distribuir el fármaco (Matyjaszewski et al. 2009).
También por medio de ATRP se han diseñado nanocompuestos, con nanopartículas superparamagnéticas de óxido de hierro para el diagnóstico de cáncer epidérmico, la alta eficiencia de focalización y la biocompatibilidad de estas nanopartículas son características prometedoras para la detección de tu-mores (Gee, Huang y Kang. 2012). Además, estos flui-dos magnéticos tienen numerosas aplicaciones presentes y futuras, incluyendo la separación y el aisla-miento de células y biomoleculas (Keng Pei Yuin et al. 2007).
Estas dispersiones de nanopartículas magnéticas ofrecen gran área superficial y pueden ser funcionalizados para discriminar selectivamente entre diferentes especies moleculares o celulares (Schmidt, Feyen and Gelbrich. 2006). Por otra parte, se han sintetizado nanopartículas de magnetita recubiertas con copolímeros anfifílicos (aquellos que tienen una molécula hidrofóbica en un extremo y en el otro una hidrofílica, como los jabones), éstas pueden actuar como nuevos portadores potenciales para la entrega hidrofóbica de fármacos, tales como péptidos, proteínas, ADN y catalizadores (Chang et al. 2009).
ATRP en la electrónica
Se ha utilizado ATRP para la formación de recubrimientos de nanocables termosensibles, este tipo de nanocables son sensibles a la temperatura, el pH, y la fuerza iónica; y permiten aplicaciones potenciales en nanomaquinas inteligentes (Wei et al. 2009). Estos recubrimientos poliméricos tienen ventajas en la fabricación de nanodispositivos optoelectrónicos y de alta densidad en la industria de microcircuitos, con el fin de separar circuito de señal diferente.
Se han llevado estudios imprimiendo polímeros en patrones sobre superficies blandas para obtener los patrones de forma y tamaño exacto con aplicaciones como; circuitos, transistores delgados de políme-ro, biochips y placas emisoras de luz (Sankhe et al. 2005), figura 3.
Por medio de ATRP se han sintetizado polímeros funcionales de ferroceno con óxido de indio y estaño, las cuales son películas delgadas y componentes clave como ánodos transparentes, en una serie de dispositivos optoelectrónicos que utilizan materiales orgánicos fotoactivos como los diodos emisores de luz (LED) y la energía fotovoltaica (PV) (Pyun et al. 2009).
ATRP en la biomedicina
ATRP es una técnica eficaz para el diseño y preparación de nanocompuestos multifuncionales, para una variedad de aplicaciones en biología y medicina, debido a que permite un control preciso sobre la estructura, el orden y la funcionalidad de las macromoléculas, que son consideraciones importantes para los nuevos diseños biomédicos (Matyjaszewski, Siegwart y Kwon. 2012). En varios estudios han logrado producir superficies bioactivas biocompatibles con el ser humano, las cuales promueven la formación de tejido nuevo, la adhesión de celular y la liberación de fármacos controlados (Matyjaszewski, Siegwart y Kwon. 2012). También se ha utilizado para la síntesis de polímeros con estructuras complejas que sirven como transportadores de genes no virales, los cuales llegan a la célula y la hacen producir una proteína terapéutica que a su vez trata la enfermedad del pa-ciente (Liu, Dai y Sun. 2010).
Se han desarrollado polímeros inteligentes en forma de membranas que responden a estímulos, inclcluido el pH, la temperatura, la fuerza iónica, entre otros; estas membranas biocompatibles se pueden usar como sensores químicos, que pueden responder a estímulos específicos (Cao Bing et al. 2010).
Conclusiones
Se han podido observar algunas de las aplicaciones de ATRP, sin embargo existen todavía más aplicaciones, ya que esta es una técnica muy versátil de polimerización, con la cual se pueden obtener nanocompuestos muy bien definidos, controlando el peso molecular, la morfología y la funcionalidad.
Esta es una técnica que se lleva a cabo en muchas ramas de la ciencia, y se ha mejorado con los años; ahora, muchas técnicas de ATRP se han desarrollado para superar las limitaciones intrínsecas tradicionales, por lo tanto seguirán surgiendo nuevas aplicaciones en la nanotecnología gracias a ATRP.
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Referencias bibliográficas
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