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POLÍMEROS ESTRELLA CON NÚCLEO ENTRECRUZADO Y
NANOGELES POR LA TÉCNICA RAFT.
L. A. Picos-Corrales1, A. Licea-Claveríe1, J. M. Cornejo-Bravo2, K. F. Arndt3.
1
Centro de Graduados e Investigación del Instituto Tecnológico de Tijuana, Calzada Tecnológico s/n, Fracc. Tomás
Aquino, Tijuana, B.C., México - [email protected] , [email protected]; 2Facultad de Ciencias Químicas e
Ingeniería (UABC) - [email protected]; 3Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry ( Dresden University
of Technology) - [email protected]
Esta investigación se basa en el uso de la técnica de polimerización radicálica controlada RAFT. Se presenta la
preparación de polímeros estrella con núcleo entrecruzado (CCS) y nanogeles con brazos pequeños en la periferia. Un
polímero CCS se constituye de un núcleo entrecruzado pequeño al cual están unidas las cadenas lineales (brazos). El
nanogel es un polímero reticulado que se hincha en un disolvente y que posee diámetro hidrodinámico (Dh) menor que
200 nm. Para esta metodología de síntesis, el tipo de arquitectura es función de la longitud de los brazos y la cantidad de
entrecruzante (tamaño del núcleo). Los brazos de las arquitecturas obtenidas constan de copolímeros al azar de Nisopropilacrilamida y comonómeros ácidos, éstos presentan sensibilidad a la temperatura y al pH. El núcleo está
formado por poli(divinilbenceno) (CCS) y poli(divinilbenceno-co-ácido 4-metacriloiloxibenzoico) (Nanogeles). En este
trabajo se muestra la preparación de dos arquitecturas a partir de la misma metodología de síntesis así como su
caracterización; en ambos casos se obtuvieron distribuciones unimodales de tamaño. Se espera que estas estructuras de
tamaño nanométrico puedan ser utilizadas como transporte para fármacos gracias a su arquitectura y la sensibilidad a
variaciones de temperatura y pH.
Introducción
El desarrollo de arquitecturas poliméricas controladas se ha estudiado progresivamente
durante los últimos años. Los polímeros estrella y los nanogeles son dos de las arquitecturas
que se han perfeccionado. En la preparación de polímeros estrella se consideran dos
metodologías diferentes según el orden de la síntesis; una de las metodologías se conoce
como síntesis primero los brazos. La técnica de polimerización radicálica
controlada/viviente de transferencia de cadena reversible de adición-fragmentación (RAFT)
permite la síntesis de polímeros estrella con núcleo entrecruzado (CCS) a partir de un
macro-agente de transferencia de cadena (macro-CTA) y un entrecruzante.1 Por otra parte,
el estudio de los nanogeles ha llevado a desarrollar metodologías de síntesis diferentes que
en general se pueden agrupar como métodos químicos y de irradiación. Los nanogeles se
han preparados utilizando microemulsiones2; en otros casos se ha empleado irradiación
UV3 o irradiación con electrones acelerados.4 En base a los parámetros de caracterización
es posible determinar el tipo de arquitectura obtenida.5 El interés principal de diferentes
grupos de investigadores ha sido el desarrollo de materiales poliméricos con estructura
definida que presentan sensibilidad a cambios de temperatura y/o pH, esto con la finalidad
de mejorar la eficiencia en el trasporte y suministro de fármacos.6,7
Sección Experimental
Reactivos: N-isopropilacrilamida (NIPAAm), Ácido 5-metacriloiloxipentanoico (5MAP),
Ácido 4-metacriloiloxibenzoico (MAPB), Ácido 2-metacriloiloxibenzoico (MAOB),
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Ditiobenzotato del ácido 4-cianopentanoico (CTA1), Ditiobenzoato del 2-fenilacetato de 2hidroxietilo (CTA2), 4,4’-Azobis-(ácido 4-cianopentanoico) (ACPA), 4,4´-Azobis(4cianopentanol) (ACP), Divinilbenceno (DVB) y p-dioxano.
Síntesis RAFT de macro-CTA´s: Se sintetizaron macro-CTA´s de poliNIPAAm y
copolímeros al azar de NIPAAm con comonómeros ácidos. Para obtener Mn>20 000 g/mol
se utilizaron las relaciones molares M/CTA1/ACPA 283:1.0:0.2 y 283:1.0:0.4 a una
concentración de 1.412 mol/L. Para obtener Mn<10 000 g/mol se utilizaron las relaciones
molares M/CTA2/ACP 50:1.0:0.2 y 50:1.0:0.4 a una concentración de 3 mol/L. Los
monómeros, el CTA y el iniciador se disolvieron en p-dioxano, las reacciones se
desarrollaron a vacío con agitación a 70 ºC (CTA1) y 80 ºC (CTA2) empleando tiempos de
reacción diferentes.
Síntesis RAFT de Polímeros estrellas: se utilizaron varias relaciones molares DVB/macroCTA/ACPA y una concentración de 4.80 mmol/L. El macro-CTA (Mn>20 000 g/mol), el
DVB y ACPA se disolvieron en p-dioxano, las reacciones se desarrollaron en vacío con
agitación a 70 ºC durante 24 h.
Síntesis RAFT de Nanogeles: se variaron las relaciones molares MT/macro-CTA/ACP a
una concentración de 25 mmol/L. El 95% de MT corresponde a los moles de DVB y el 5%
corresponde al MAPB. El macro-CTA (Mn<10 000 g/mol), el DVB, el MAPB y ACP se
disolvieron en p-dioxano, las reacciones se desarrollaron en vacío con agitación a 70 ºC y
tiempos de reacción diferentes.
Resultados y Discusión
Con los copolímeros al azar que poseen comonómeros ácidos se consiguió optimizar la
temperatura de transición (LCST) en un intervalo cercano a 40 ºC a pH 7.4. Estos
copolímeros presentan sensibilidad a la temperatura y al pH. La respuesta estímulos de
temperatura o pH se obtiene debido a los grupos ácidos débiles que se ionizan en pH
alcalino.
En la síntesis de polímeros CCS con la relación molar DVB/macro-CTA/I 30:1.0:0.2 a 24 h
se obtuvo la conversión mayor (Figura 1A). Cantidades mayores de entrecruzante llevaron
a la formación de macrogeles. En la Figura 1B se observan las fracciones obtenidas del
crudo de la relación molar 30:1.0:0.2.
Figura 1. Incremento de la conversión de los polímeros CCS de PNIPAAm-PDVB (A). Fracciones del crudo
de la relación molar DVB/macro-CTA/I 30:1.0:0.2 (B).
Las estrellas obtenidas presentaron características de una estrella regular con un promedio
de brazos que varia para cada caso: CCS de PNIPAAm formada por 4 brazos; CCS de
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poli(NIPAAm-co-5MAP5%) formada por 6 brazos; CCS de poli(NIPAAm-co-MAPB5%)
formada por 7 brazos. Todas las estrellas sintetizadas presentaron autoagregación en buffer
(pH=7.4), lo que indica que forman micelas debido al núcleo hidrofóbico y a la estabilidad
que le proporcionan los brazos. La estrella de poli(NIPAAm89.1%-co-5MAP6.8%)-PDVB4.1%,
a pH 7.4 forma agregados con diámetro de 66.8 nm y alcanza una LCST de 40 ºC.
En la preparación de nanogeles se partió de un macro-CTA con Dh de 2.0 nm. Con la
relación molar MT/macro-CTA/I 70:1.0:0.4 a 13 h se obtuvo el Dh mayor que corresponde a
18.2 nm (Figura 2). Para tiempos de reacción superiores se formaron macrogeles.
Figura 2. Incremento del Dh en THF de los nanogeles de PNIPAAm-poli(DVB-co-MAPB).
Conclusiones
Los polímeros CCS presentaron características de una estrella regular con un promedio de
brazos que varia para cada caso. Estas presentaron autoagregación en buffer (pH=7.4). De
acuerdo a sus propiedades la estrella de poli(NIPAAm89.1%-co-5MAP6.8%)-PDVB4.1%,
representa un material avanzado con potencial alto para el suministro controlado de
fármacos.
Se consiguió preparar nanogeles Termo/pH-sensibles que presentan una distribución
unimodal de diámetro hidrodinámico, esto se atribuye al control que ejerce el macro-CTA
sobre la reacción.
Agradecimientos
Este trabajo ha sido financiado por el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología
(CONACYT) a través del proyecto CIAM-2003-41414. Se agradece el apoyo para análisis
de RMN a I.A. Rivero y A. Ochoa.
Referencias
1. A. Blencowe; J. F. Tan; T. K. Goh; G. G. Qiao Polymer 2009, 50, 5.
2. M. Shahiner; W. T. Godbey; G. L. McPherson; V. T. John Colloid. Polym. Sci. 2006,
284, 1121.
3. L. Wen-Chuan; L. Yuan-Chung; C. I-Ming Macromol. Biosci. 2006, 6, 846.
4. T. Schmidt; I. Janik; S. Kadlubowski; P. Ulanski; J. M. Rosiak; R. Reichelt; K. F. Arndt
Polymer 2005, 46, 9908.
5. W. Burchard Advances in Polymer Science 1999, 143, 113.
6. L. Zhang; J. Bernard; T. P. Davis; C. Barner-Kowollik; M. H. Stenzel Macromol. Rapid.
Commun. 2008, 29, 123.
7. Q. Zhang; L. Zha; J. Ma; B. Liang J. Colloid Interface Sci. 2009, 330, 330.
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