Diseño de síntesis para manufactura reproducible de nanopartículas superparamagnéticas orientadas a aplicaciones biomédicas

Abstract

Las nanociencias surgen en las últimas décadas como una novedosa herramienta que permite plantear una solución alternativa en el abordaje de problemas comunes en ciencia y tecnología. Actualmente, este campo toma un importante auge, debido a que los materiales de dimensiones nanométricas presentan características particulares que ofrecen la posibilidad de afrontar incluso nuevas soluciones, que con los materiales clásicos no podían ser alcanzadas. Gran parte de estos nuevos materiales, son diseñados y sintetizados para desempeñar usos muy específicos y delicados, como lo es por ejemplo la utilización en el área de la salud humana, por lo cual es necesario que se garanticen determinadas características y propiedades que permitan cumplir con los requisitos particulares para su uso o aplicación. Al tratarse entonces de nuevas tecnologías, los procesos y productos que se hallan dentro de este campo, se encuentran en su gran parte aun en desarrollo, y sus primeros principios de funcionamiento aún no han sido desarrollados de manera teórica. Dentro de este marco, en esta tesis se plantea una metodología de optimización que permite garantizar el cumplimiento de determinadas propiedades de uso final del producto con alta probabilidad de ocurrencia, sin necesidad de recurrir a ecuaciones fundamentales que definan el proceso, sino basándose exclusivamente en datos experimentales. Así, mediante un modelado basado en datos que ajustan la probabilidad de éxito binomial, la metodología pretende equilibrar la precisión paramétrica con la búsqueda de una región reducida de operación, donde haya una alta probabilidad de satisfacer las especificaciones de punto final. De este modo, mediante una serie de pruebas experimentales, el algoritmo de la metodología conduce a la zona óptima de trabajo que permite operar el proceso cumpliendo con las propiedades de uso final de los productos. Dentro de esta área, es de destacada importancia el interés actual que existe en el ámbito de las nanociencias aplicadas a la medicina, ya que las mismas ofrecen potenciales nuevas soluciones en lo que respecta a diagnósticos y tratamientos. En particular, las nanopartículas magnéticas representan una alternativa viable en cuanto al tratamiento localizado de determinados tumores, ya sea mediante hipertermia o liberación controlada de drogas. Si bien existen en la bibliografía diversas rutas de síntesis de las mismas, resulta trascendental lograr una síntesis que garantice las propiedades de uso final del producto obtenido y que a su vez permita la escalabilidad del proceso para poder ser escalado a nivel industrial. Considerando este panorama, en esta tesis se desarrolló un nuevo método de síntesis de nanopartículas de óxido de hierro superparamagnéticas (SPIONs, según sus siglas en inglés) que cumple con estas necesidades planteadas. El producto obtenido fue caracterizado mediante técnicas de dispersión dinámica de luz (DLS), espectroscopia Raman, espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FTIR), difracción de rayos X (DRX) y análisis termogravimétrico (TGA); a modo de evaluar sus propiedades de tamaño, superficie y composición. Además, haciendo uso de la metodología de diseño de experimentos desarrollada, se realizó un estudio de reproducibilidad de esta nueva síntesis, optimizando a la vez la variable crítica del proceso. De este modo finalmente se puede concluir que la nueva ruta de síntesis cumple con los requerimientos lograr el mismo producto final que el obtenido en síntesis tradicionales, pero ahora mediante un proceso escalable y reproducible.