Structure and Function in Single-Chain Nanoparticles

Resumen

Esta tesis profundiza en la comprensión de las nanopartículas poliméricas unimoleculares (SCNPs, por sus siglas en inglés) como nano-objetos blandos complejos con aplicaciones potenciales en varios campos, especialmente catálisis y detección. En particular, este trabajo cubre diferentes aspectos relacionados con la estructura y propiedades de las SCNPs como: i) el desarrollo de un modelo teórico de SCNPs elásticas que permita comprender el comportamiento de estas nanopartículas en solución y sobre superficies; ii) el diseño de SCNPs como nanoreactores avanzados para la síntesis de un polímero intrínsecamente conductor como el poli(etilendioxitiofeno) (PEDOT); iii) el diseño de SCNPs altamente fluorescentes por fotoactivación de copolímeros que contienen grupos funcionales diazo y un fluoróforo de emisión inducida por agregación (AIE) decorado con grupos azida; y iv) la síntesis de SCNPs que contienen fluoróforos ortogonales para autoreportar compactación intra-molecular y, cuando está presente o es inducida externamente, agregación inter-molecular.El Capítulo 1, como capítulo introductorio, resume varios conceptos relevantes para la comprensión delos resultados reportados en los Capítulos 3-6.El Capítulo 2 explica las técnicas e instrumentos utilizados en la caracterización de polímeros, SCNPs y productos utilizados o sintetizados en la tesis.El Capítulo 3 presenta un nuevo modelo para el cálculo del tamaño, la masa molar aparente y el factor de contracción de las SCNP elásticas en función de la longitud de la cadena del polímero, la fracción de monómero reactivo y la calidad del disolvente. El modelo se utiliza para estimar el tamaño de las SCNPs en diferentes superficies.En el Capítulo 4 se reporta la síntesis de SCNPs enzimo-miméticas, solubles en agua, compuestas por copolímeros de poli(oligo(etilenglicol)-metil-éter metacrilato-co-2-acetoacetoxietil metacrilato) [poli(OEGMA-co-AEMA)], por coordinación con iones ferrosos (Fe2+). Estas SCNPs se utilizan -por primera vez- como catalizadores para la síntesis de dispersiones de polímero intrínsecamente conductor PEDOT: PSS mediante polimerización oxidativa.El Capítulo 5 muestra la síntesis y caracterización de SCNPs fluorescentes mediante la fotoactivación de copolímeros de poli(metil metacrilato-co-2-acetoacetoxietil metacrilato) [poli (MMA-co-AEMA)] funcionalizados con grupos funcionales diazo. La emisión de fluorescencia se produce mediante la adición de un fluoróforo de emisión inducida por agregación (AIE) con grupos azida. El entrecruzamiento en las SCNPs se logra mediante la activación de los grupos azida y diazo al irradiarlos con luz ultravioleta.El Capítulo 6 presenta una ruta para la síntesis y caracterización de SCNPs de poli(MMA-co-AEMA) fluorescentes basada en la reacción de síntesis de dehidropiridinas de Hantzsch. El empleo de fluoróforos ortogonales permite reportar tanto el plegado, como la agregación de estas SCNPs. La compactación intramolecular que da lugar a las SCNPs se identifica mediante la formación de ésteres de Hantzsch fluorescentes, mientras que la detección de agregación intermolecular se produce a través de la incorporación de luminóforos AIE con fluorescencia en longitudes de onda desplazadas al rojo.Las principales conclusiones de la tesis se recogen en el Capítulo 7.