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

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. 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.

9. Poli (N-ISOPROPILACRILAMIDA)

10. 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

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

14. SINTESIS DE LA ESTER-OXAZOLINA (Monómero)

16. SINTESIS DEL MACROINICIADOR (Iniciador polimérico)

17. Síntesis del Macroiniciador

18. MACROINICIADOR Copolímero Estadístico de Clorometilestireno (CMS) y N-Isopropilacrilamida (NIPAAm) GPC: Mn (g/mol)= 43000 Mw (g/mol)= 123000 Mw/Mn=2,9

19. Espectro1H-RMN del Macroiniciador (porcentaje molar de CMS = 2,9 mol-% ).

20. SINTESIS DEL COPOLIMERO INJERTADO

21. Síntesis de los Copolímeros Injertados

23. Espectro 1H RMN: Copolímero Injertado HGC-6 n= 105.

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

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 10.1002/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, 706-716 (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, 7330-7336 (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, 122-128, (2005). Juan C. Rueda, Hartmut Komber, and Brigitte Voit “Synthesis of New Polymethyloxazoline Hydrogels by the Macroinitiator Method”. Macromoleculare Chemistry and Physics, 204, 947-953, (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, 947-960, (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