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http://ciqa.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1025/568| Estudio de la relación estructura-propiedad de copolímeros antibacteriales y termo-responsivos sintetizados mediante polimerización RAFT | |
| ROBERTO YAÑEZ MACIAS | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución-NoComercial-SinDerivadas | |
| Doctorado en tecnología de polímeros | |
| En sus inicios, este proyecto de investigación estuvo centrado en la preparación de copolímeros con arquitecturas diversas que exhibieran propiedades antibacteriales. De acuerdo con lo previsto, tales materiales fueron exitosamente sintetizados y posteriormente evaluados contra bacterias comunes como Escherichia coli (E. coli) y Staphylococcus aureus (S. aureus) demostrando que existe una relación estrecha entre la conformación del copolímero y sus propiedades antibacteriales. La alta productividad de los sintetizadores automáticos empleados durante la síntesis dio pie para la obtención de copolímeros con otras propiedades, desenfocando temporalmente la aplicación sobre antibacteriales y concentrando la atención en polímeros que responden a la temperatura. Una vez concretado un estudio relacionado con el efecto de la temperatura sobre copolímeros estadísticos caracterizados por presentar una temperatura de solución crítica inferior (LCST, por su acrónimo en inglés), se decidió simplificar la etapa de síntesis de copolímeros en bloques dirigiéndose hacia la formación espontánea de copolímeros en gradiente cuya formación fue gobernada por las relaciones de reactividad de los monómeros involucrados. Siendo la parte central de este trabajo la polimerización por adición fragmentación y transferencia de cadena reversible (RAFT, por sus siglas en inglés) y la síntesis de copolímeros con propiedades antibacteriales y de termo-respuesta, en los párrafos siguientes se describe de manera breve los tres capítulos principales de esta tesis. 1. Se obtuvieron diversas series de copolímeros de poli[(metacrilato de 2(dimetilamino) etilo)-co-(metacrilato de butilo)] P(DMAEMA-BMA) con arquitecturas de tipo estadístico y en bloques, variando de manera sistemática el peso molecular y la composición de metacrilato de butilo (BMA) en un intervalo comprendido entre 0 y 40 % mol, usando durante la síntesis la experimentación simultánea de alto rendimiento (ESAR). Posteriormente, dichos materiales se cuaternizaron con yoduro de metilo para obtener los correspondientes copolímeros de poli[(yoduro de 2-(metacriloiloxi)etil) trimetilamonio)–co(metacrilato de butilo)] P(METAI-co-BMA) con sales de amonio cuaternarias en su estructura. Una vez confirmada la estructura de cada elemento de la serie, se evaluó su actividad antibacterial contra E. coli y S. aureus en términos de la concentración mínima inhibitoria (CMI), encontrando que el contenido óptimo de BMA para obtener un valor mínimo de CMI se ubica dentro del intervalo comprendido entre 20 y 30 % mol. En un comparativo entre la actividad antibacterial que presentaron los copolímeros aleatorios y en bloques, se determinó que ambos tienen capacidades similares para inhibir el crecimiento de bacterias, por lo que se consideró que la arquitectura del copolímero no es un factor determinante. No obstante, para complementar esta afirmación, se preparó una serie de nanopartículas esféricas mediante la estrategia de auto-ensamblaje inducido por polimerización (PISA, por su acrónimo en inglés), tomando como precursor un copolímero de P(METAI-BMA). Con el cambio drástico en la conformación de los copolímeros, el estudio demostró que tales nanoestructuras combaten con mayor eficiencia el crecimiento bacteriano en comparación con el copolímero precursor. Gran parte de este estudio se realizó en colaboración con el Dr. Carlos Guerrero de la Universidad Friedrich Schiller (Jena, Alemania). 2. Una librería de copolímeros de poli(metacrilato de 2-(dimetilamino) etilo) PDMAEMA con diferente peso molecular se sintetizó mediante ESAR y posteriormente se estudió el efecto de la temperatura sobre su solubilidad en agua, enfocándose principalmente en el balance hidrófilo-hidrófobo (HLB, por sus siglas en inglés). Para alterar la naturaleza hidrófila, se cuaternizó la amina terciaria del DMAEMA con yoduro de metilo a diferentes grados para formar una sal de amonio cuaternaria. Posteriormente, se determinó el punto de turbidez (Tcp) de soluciones acuosas (al 1.0 % en peso) mediante estudios de turbidimetría y DLS. El punto de turbidez del PDMAEMA se ajustó en función del Mn y el grado de cuaternización en un intervalo amplio de temperatura (47 ºC). Este trabajo de investigación también se llevó a cabo en colaboración con el Dr. Carlos Guerrero. 3. Finalmente, se prepararon diversos copolímeros anfífilos de poli(Nisopropilacrilamida-grad-acetato de vinilo) P(NIPAM-grad-VAc) con una amplia composición de NIPAM (del 10 al 60 % mol). Para la síntesis se utilizó la polimerización RAFT mediada por un agente de transferencia tipo xantato (MADIX, por sus siglas en inglés) bajo condiciones que propiciaron un “ordenamiento” espontáneo de ambos comonómeros. La estructura en gradiente fue confirmada por medio de estudios de DSC que revelaron la existencia de amplias transiciones vítreas (Tg) características de esta clase de copolímeros. Para soportar la teoría de que los productos efectivamente formaban una estructura en gradiente, se realizó un estudio cinético de la reacción de copolimerización. La variación metódica de diferentes parámetros de reacción (ej: composición de co-monómeros, tiempo de reacción, etc.) en un amplio intervalo permitió obtener datos cinéticos experimentales para la estimación de las relaciones de reactividad. Por otro lado, estudios de DLS, RMN de 1H y crio-TEM demostraron que los copolímeros en gradiente se autoensamblan en solución acuosa en función de la temperatura de manera similar a como lo hicieron sus copolímeros homólogos en bloques sintetizados a partir de los mismos comonómeros mediante el método convencional. Con esto se concluyó que los productos en gradiente exhiben un comportamiento y estructura similar a los copolímeros en bloques, con la ventaja que fueron obtenidos en un solo paso. Este proyecto se llevó a cabo en colaboración con el Dr. Simon Harrisson de la Universidad Paul Sabatier (Toulouse, Francia). Los resultados mostrados en este trabajo de investigación derivaron en 3 publicaciones en revistas de alto impacto y un capítulo del libro. | |
| 2018 | |
| Tesis de doctorado | |
| QUÍMICA | |
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| TESIS PhD - ROBERTO YAÑEZ 14 Marzo 2018.pdf | 16.58 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |