Nanocompuestos sinérgicos basados en polímeros termosensibles y conductores

Abstract

El interés científico en la nanotecnología se basa en la noción que el tamaño de un sistema material en la nanoescala tiene un efecto significativo sobre las propiedades. Existen propiedades materiales que cambian radicalmente cuando el tamaño llega a la escala nanométrica. Otras permanecen sin cambio cuando el tamaño disminuye desde un sólido macroscópico a niveles nanométricos e incluso subnanométricos. Sin embargo, en un sistema determinado una propiedad puede cambiar y las otras permanecer. Específicamente, la relación área/volumen siempre aumenta cuando el tamaño disminuye, por lo cual la estabilidad de las dispersiones y el transporte de masa desde el medio externo se hace más rápido. En el caso de las dispersiones de sólidos esféricos en líquidos, la velocidad del transporte de masa dentro del sólido es inversamente proporcional al cuadrado del radio. Además, para muchas aplicaciones tecnológicas la propiedad subyacente está presente en moléculas y nanopartículas, permitiendo obtener mezclas moleculares y nanocompuestos. Aunque las moléculas (incluyendo las macromoléculas) son más pequeñas que las nanopartículas, es posible que la incorporación de un grupo funcional afecte a las propiedades de toda la estructura. Por el contrario, en los nanocompuestos cada parte mantiene sus propiedades. Los polímeros conductores han tenido un gran auge especialmente en la última mitad del siglo XX. Son materiales de interés básico y tecnológico ya que combinan las propiedades de los metales o semiconductores con una estructura orgánica que permite versatilidad en los procesos de síntesis y funcionalización. Por otro lado, los polímeros de naturaleza termosensible han sido muy desarrollados en los últimos años, con especial enfoque en las aplicaciones biológicas debido a su característica de responder a un estímulo externo del medio tan importante como es la temperatura.En la presente Tesis se estudian sistemas materiales que consisten en la combinación de polímeros termosensibles (ej. PNIPAM, HPC) y polímeros conductores (ej. PANI, PPy) en una misma estructura haciendo uso de las herramientas que provee la nanotecnología para la síntesis y caracterización. Se exploran diferentes niveles de tamaño donde se estudian las propiedades de cada uno de los componentes y el efecto sinérgico de la conjunción de ambos en una misma estructura, partiendo desde el nivel macroscópico hasta llegar al molecular. Entre ambos, surgen otros niveles interesantes como lo son el microscópico, el nanométrico y el supramolecular u organizado. Se hace un especial hincapié en el desarrollo de materiales compuestos y nanocompuestos. Aprovechando la conductividad y termosensibilidad de cada componente, se estudian las propiedades sinérgicas para conocer acerca del comportamiento del sistema compuesto haciendo uso de diversas técnicas microscópicas, espectroscópicas y de dispersión de luz, sumado a estudios de propiedades electrónicas. Con los resultados obtenidos se explora el concepto propuesto en los objetivos, esto es: si la acción sinérgica de la absorción de radiación electromagnética y la termosensibilidad se mantienen desde el nivel macroscópico al macromolecular. Se muestran ejemplos que sugieren que el mencionado efecto permanece en las diferentes escalas de tamaño. A su vez, se demuestra el efecto fototérmico logrado por irradiación con luz infrarroja cercana, microondas o radiofrecuencias para los materiales más prometedores, aprovechando la capacidad de absorción de luz de los polímeros conductores para luego transformarla en energía térmica, provocando así cambios en la estructura por el colapso del polímero termosensible. Adicionalmente, se plantean ensayos referidos a la toxicidad de los materiales desarrollados en líneas celulares diversas y en modelos animales con vistas a sus potenciales aplicaciones en sistemas biológicos, especialmente enfocados a terapia fototérmica antibacteriana. Otra área de aplicaciones a la que se apunta en esta Tesis es el desarrollo de sensores (tanto resistivos como de presión) y dispositivos actuadores.