Estudio de la síntesis de nanopartículas mesoporosas y su recubrimiento con un polímero zwitteriónico

Abstract

RESUMEN Esta tesis detalla la síntesis y la caracterización de nanopartículas mesoporosas de sílice (MSN) mediante un proceso de sol-gel, utilizando tetraetoxisilano (TEOS) como precursor, y un polímero zwitteriónico, poli(metacrilato de sulfobetaína), pSBMA, para la modificación de la superficie de las nanopartículas. Se obtienen MSN del tipo MCM-41, de forma esférica y tamaño promedio de 95 nm, con arreglos hexagonales ordenados en su interior, mesoporos de 2.8 nm de diámetro y un área superficial total de 867 m2/g de MSN. La inserción covalente del pSBMA se lleva a cabo mediante una reacción de polimerización por radicales por transferencia de átomos (ATRP), previa funcionalización de la superficie de las MSN con el iniciador de la polimerización. Se obtuvieron nanopartículas recubiertas (pSBMA-MSN) con capas de diferentes pesos moleculares (Mw, entre 6 500 y 32 300), espesores (con longitudes de cadena teóricas, LT, entre 4.5 y 20 nm) y densidades de empaque (σ pSBMA, entre 7 a 25 moléculas de pSBMA/ 50 nm2 de MSN). Se estudió la influencia de estos parámetros en la capacidad antiadherente de los productos obtenidos, realizando ensayos colorimétricos de cuantificación para la adsorción de dos proteínas: fibronectina (FN) y albúmina de suero bovino (BSA). Todos los recubrimientos zwitteriónicos disminuyeron efectivamente la adsorción de proteína y para el mejor producto se obtuvieron valores de adhesión de 6% de FN y 24% de BSA (respecto al 100% asignado al material sin recubrir). Fue posible controlar el diámetro hidrodinámico en solución y la carga eléctrica del producto pSBMA-MSN variando la temperatura, el pH y la concentración iónica del medio. Estos comportamientos podrían evaluarse en un futuro como mecanismos de control y liberación de una sustancia, para la posible aplicación de estos productos como vehículos de entrega en el campo de la biomedicina.

Abstract. The synthesis and the characterization of mesoporous silica nanoparticles (MSN) by a sol-gel method using tetraethoxysilane (TEOS) as a precursor, and a zwitterionic polymer, poly(sulfobetaine methacrylate), p(SBMA) for the surface modification of the nanoparticles is presented in this thesis. MSN type MCM-41, of spherical shape and mean diameter of 95 nm were obtained, with ordered hexagonal arrangements inside, mesopores diameter of 2.8 nm, and a total surface area of 867 m2/g of MSN. The covalent grafting of pSBMA was achieved by atom transfer radical polymerization (ATRP) onto a previously functionalized MSN surface with the reaction initiator (BrTEOS). Polymer grafted nanoparticles (pSBMA-MSN) with different average molecular weights (Mw, between 6 500 and 32 300), theoretical chain lengths (LT, between 4.5 and 20 nm) and grafting densities (σ pSBMA, between 7 and 25 molecules of pSBMA per 50 nm2 of MSN) were obtained. The influence of these parameters on the antifouling capacity of the products was established by a colorimetric test to quantify the adsorption of two proteins: fibronectin (FN) and bovine serum albumin (BSA). Protein adhesion was effectively decreased by the grafted zwitterionic polymer brushes in all cases. The best values found were 6% of FN and 24% of BSA (compared to 100% assigned to the native material, without modification). It was possible to control the hydrodynamic diameter and the electric charge of the pSBMA-MSN product in solution, by modifying the temperature, pH value and ionic concentration of the medium. These behaviors would be used in the future as possible mechanisms for controlling the release of a molecule, in order to use the zwitterionic nanoparticles as a potential drug delivery carrier in biomedicine.