Síntesis de polímeros dendronizados. Obtención de materiales para reconocimiento molecular específico

Abstract

Uno de los desafíos más importantes en la ciencia de los materiales poliméricos es generar estructuras capaces de cumplir funciones específicas. Para ello, el diseño, la síntesis e ingeniería de estos materiales busca inspirarse en la naturaleza misma, lo que requiere de un estricto control de sus propiedades. La Cromatografía de Afinidad (AC) es uno de los métodos de separación más poderosos utilizados en la purificación de biomoléculas debido a la capacidad de generar interacciones específicas. El desafío en los materiales para soportes en AC consiste en obtener un sistema con buenas propiedades de transporte de masa, lo cual se genera mediante materiales altamente porosos, y además con capacidad de interaccionar específicamente con una biomolécula de interés. En línea con esto, las moléculas dendríticas constituyen una alternativa prometedora en cuanto a la separación de biomoléculas. Esto es debido a la gran densidad de grupos funcionales presentes, capaces de generar interacciones multivalentes. Además, la dendronización permite modificar polímeros convencionales, para lograr materiales híbridos con propiedades dendríticas en toda la red polimérica .En este contexto, se ubica el trabajo de Tesis Doctoral, titulado: Síntesis de polímeros dendronizados. Obtención de materiales para reconocimiento molecular específico. El mismo, se enfocó en la búsqueda de nuevos materiales porosos para su posterior aplicación como soportes en Cromatografía de Afinidad, preparados a partir de diferentes monómeros clásicos y estructuras dendríticas, que le aportarían nuevas propiedades (multifuncionalidad) al material final para favorecer interacciones bioespecíficas del soporte.Los materiales obtenidos se basaron en dos tipos de sistemas porosos: a) barras monolíticas macroporosas, obtenidas por polimerización en solución con solventes orgánicos, a partir de diferentes monómeros convencionales y un monómero dendrítico; b) criogeles supermacroporosos obtenidos por polimerización en soluciones acuosas e iniciada fotoquímicamente. En ambos materiales la dendronización fue eficiente, lográndose sinergismo entre las propiedades aportadas por cada tipo de monómero utilizado, lo que dio como resultado un material con potenciales aplicaciones como soporte.El trabajo de investigación fue desarrollado en diferentes etapas. En primera instancia, se realizó la síntesis y caracterización de nuevos macromonómeros dendríticos (MD), es decir, moléculas dendríticas de diferente generación, capaces de polimerizar mediante polimerización radicalaria, con diversas funcionalidades en la periferia (grupos amino, ácido o t-butilo). En una segunda etapa, se planteó el diseño, preparación y caracterización de los materiales macroporosos combinando monómeros clásicos, como acrilamida (AAm), ácido acrílico (AAc) y N-tris(hidroximetil) metilacrilamida (NAT), con las estructuras dendríticas previamente sintetizadas. Posteriormente, estos materiales dendronizados fueron empleados como soportes para la inmovilización de iones metálicos como ligandos específicos, tales como Cu(II) y Zn(II), para llevar a cabo finalmente el estudio de adsorción de diferentes proteínas séricas (Inmunoglobulina G y alfa-2-macroglobulina). El desarrollo de esta Tesis Doctoral destaca la importancia del diseño sintético de nuevos materiales y la capacidad de las estructuras dendríticas para gobernar las interacciones específicas. El trabajo presentado ha sido posible gracias a la labor interdisciplinaria y al aporte realizado por investigadores de distintas áreas. Debido a la relevancia de los resultados, se esperan desarrollos futuros en trabajos multidisciplinarios que posibiliten finalmente, la transferencia al sector productivo.

Polymer science hasa prominent rolein different areas and various identified challenges. These challenges include both specific properties and functions of polymers. The design, synthesis and engineering of the materials requires a great control of their properties, being many of them inspired by nature. Affinity chromatography (AC) is one of the most powerful separation methods used in the purification of biomolecules due to the ability to generate specific interactions. The challenge is to yield a system with good mass transport properties and with ability to interact specifically with a biomolecule. The highly porous materials are the major alternative. Furthemore, dendritic molecules are hyperramified structures with high density of functional groups and they are a promising alternative to form part ofa support for AC, due to its capacity for multivalent interactions.In addition, the dendronization of conventional polymers generates hybrid materials which have the dendritic properties throughout the network. In this context, the present Thesis entitled: Synthesis of dendronized polymers. Obtaining materials for specific molecular recognition was developed. The goal of this work was to rationally design dendritic polymer-based monoliths that can be used as affinity chromatography supports. Thus, the monoliths could show optimal selectivity and affinity constant to the ligands, due to the cooperative effect of the dendritic moiety. These materials constitute novel and alternative dendritic-based hybrid polymers that synergistically combine the benefits and properties of macroporous polymer monoliths and hyperbranched molecules.The yielded materials were based on two types of porous systems: a) macroporous monoliths by polymerization in organic medium; b) supermacroporous cryogels by polymerization in aqueous solutions and photochemicalinitiated. Both systems were obtained from dendritic and classical monomers. In all cases, the dendronization process was efficient and some of the materials resulted with potential application as supports. Initially, a dendritic macromonomer(DM)from a commercial dendron was synthesized and characterized. The DM with different functional groups in the periphery (amino, acid or t-butyl) and of different generation, was polymerized in conditions of radical polymerization. Then, macroporous polymers (monoliths) were synthesized and XIV characterized. Classical monomers, such as acrylamide (AAm), acrylic acid (AAc) and N-tris (hydroxymethyl) methylacrylamide (NAT), and MD were combined. Finally, these dendronized materials were tested as supports ofimmobilized-metal affinity chromatography (IMAC). Metal ions (Cu2+and Zn2+) were chelated on the matrix to evaluate the adsorption of the serum proteins (immunoglobulin G and alpha-2-macroglobulin). The development of theThesis highlights the importance of the synthetic design of new materials and the promising characteristics of dendritic structures with respect to specific interactions. The highlights of the Thesis werethe synthetic design of new dendronized materials as support of AC where MD governed the specific interactions. The interdisciplinary work and the colaboration between investigators of different areas, allowed the developed of the research. Due to the relevance of the results, future researches are expected to allow the transference to the productive sector.