Nuevas estrategias para la síntesis y caracterización de fases sensoras ópticas nanoestructuradas

Resumen

En esta memoria se presentan los resultados obtenidos durante la realización de la tesis doctoral titulada "Nuevas estrategias para la síntesis y caracterización de fases sensoras ópticas nanoestructuradas". Se ha dividido en 2 partes: una Introducción que recoge toda la información acerca de las técnicas de polimerización, síntesis de materiales y caracterización utilizadas durante el desarrollo de esta tesis; y una segunda parte, denomnada parte experimental, donde se muestra la aplicación de dichas técnicas. Esta parte, asu vez se divide en cinco bloques y cada bloque está compuesto por uno o más capítulos (en total nueve) donde se recogen los resultados experimentales obtenidos. En el primer capítulo se estudia el desarrollo de un modelo semi-empírico basado en la teoría de los parámetros de solubilidad de Hansen con el fin de sistematizar y facilitar la síntesis de resinas poliméricas transparentes y homogéneas con porosidad controlada mediante la técnica de polimerización en disolución. La obtención de resinas poliméricas transparentes por polimerización en disolución es un proceso complejo, ya que durante la polimerización intervienen muchas variables y, por tanto, se necesita un estricto control del proceso para evitar que se produzcan fenómenos de precipitación durante la síntesis. Los fenómenos de precipitación puntual en estos sistemas hacen que los materiales se tornen opacos y heterogéneos. El modelo semi-empírico propuesto ha conseguido sistematizar y facilitar la obtención de resinas poliméricas homogéneas, transparentes y de porosidad controlada, permitiendo construir de forma sencilla y con pocos experimentos diagramas ternarios en los que quedan delimitadas las zonas de polimerización en disolución y polimerización por precipitación en función de variables fisicoquímicas tales como porcentaje de entrecruzamiento, polaridad, porosidad, etc. La información obtenida en estos sistemas es muy útil para controlar, diseñar y optimizar una porosidad específica para moléculas orgánicas volátiles en dichos materiales, los cuales, podrían utilizarse en un gran número de aplicaciones en el campo de los sensores ópticos. El segundo capítulo se centra en el estudio del proceso de precipitación en la polimerización por precipitación. Actualmente el mecanismo de precipitación en la polimerización por precipitación no es un proceso bien conocido y, por tanto, su estudio es un tema de investigación abierto. En este capítulo se ha desarrollado un modelo termodinámico basado en la teoría de Flory-Huggin y en la teoría de los parámetros de solubilidad de Hansen para profundizar en el conocimiento del proceso de precipitación en la polimerización por precipitación. El modelo se fundamenta en el efecto que tienen en el proceso de precipitación, la fortaleza de las interacciones entre las cadenas poliméricas en crecimiento y las moléculas de disolvente. Los resultados obtenidos en este estudio ponen de manifiesto la influencia de la fortaleza de estas interacciones en el tamaño final de las partículas obtenidas por polimerización por precipitación, permitiendo controlar de forma sencilla el tamaño final de partícula en un amplio rango (desde pocos cientos de nanómetros hasta las micras) para un sistema determinado. Además, la información experimental obtenida en este capítulo se utilizó para desarrollar una nueva metodología para la alta encapsulación de magnetita en el interior de matrices poliméricas hidrofílicas mediante la técnica de polimerización por precipitación. En el tercer capítulo se realiza la síntesis de un polímero de impronta molecular (MIP) magnético mediante polimerización por precipitación utilizando la metodología desarrollada en el segundo capítulo. En este trabajo se pone de manifiesto la importancia que tiene una estructura bien organizada en el diseño de un MIP magnético con propiedades adecuadas para ser utilizado como fase sensora óptica. El cuarto capítulo se basa en el diseño, síntesis y caracterización mediante técnicas de polimerización radical controlada (ATRP reversa) de nuevos copolímeros fluorescentes sensibles al pH con diferentes valores de pKa. Además, en este capítulo también se evalúa la posibilidad de estirar estos copolímeros mediante técnicas electrohidrodinámicas para la fabricación de telas de nanofibras con el fin de desarrollar fases sensoras ópticas sensibles a pH. Para ello se contó con la colaboración de la empresa Y-flow S.L. El quinto capítulo es una revisión bibliográfica sobre el uso de óxidos metálicos en el desarrollo de fases sensoras ópticas y el sexto capítulo comenta la preparación, caracterización y comparación de fases sensoras ópticas sensibles a O2 basadas en membranas poliméricas y óxidos metálicos utilizando un nuevo complejo de iridio sintetizado en el EPFL de Laussane (Suiza). En el séptimo capítulo se introduce la técnica de miniemulsión-evaporación para la preparación de fases sensoras ópticas multifuncionales (magnéticas y sensibles a O2) y se estudia su utilidad y versatilidad para la preparación de este tipo de fases sensoras. La experimentación se realizó en una estancia en la Universidad Técnica de Graz, Austria. El octavo capítulo refiere cómo se utilizaron parte de los conocimientos y materiales desarrollados en los capítulos anteriores, así como la colaboración de la empresa Y-flow S.L., para el desarrollo de fases sensoras ópticas multifuncionales (magnéticas y óptimamente sensibles a O2 y pH) mediante la técnica de co-electrospinning. Estas fases sensoras se basan en el diseño de nanofibras multifuncionales tipo "core-shell", donde el shell (cubierta) es una fase sensora óptica sensible a pH y el core (corazón) tiene dos funcionalidades: es magnético y es óptimamente sensible a los cambios en la concentración de O2 del medio. En el último capítulo (capítulo noveno) se propone un nuevo monómero acrílico con grupos amino secundarios diseñado conjuntamente con un grupo de Química Orgánica de la UGR, así como una nueva ruta en la síntesis de nanopartículas súper-paramagnéticas con capacidad para unir covalentemente, en condiciones suaves, cualquier tipo de biomolécula en su superficie mediante una reacción de tipo Michael.