Fabricación superhidrófobas materiales poliméricos para aplicaciones biomédicas

El objetivo general del siguiente experimento consiste en fabricar mallas fibrosas biodegradables y recubrimientos de nanopartículas o micropartículas a partir de mezclas de polímeros biomédicos, y ajustar la capacidad de humectación de estos materiales mediante la variación de la mezcla de copolímeros. Esto se logra primero sintetizando copolímeros funcionales mediante una polimerización por apertura de anillo, y posteriormente injertando cadenas de hidrocarburo C18. En una segunda etapa, los copolímeros se disuelven junto con policaprolactona o lactida coglicósido en un disolvente orgánico, y posteriormente se electrohilan o electro pulverizan, obteniéndose respectivamente mallas tridimensionales de microfibras o recubrimientos de micropartículas y nanopartículas.

Posteriormente, se realizan estudios de goniometría de ángulo de contacto sobre las mallas y recubrimientos para comprender cómo el diámetro de la fibra, la composición del copolímero y la composición de la mezcla afectan la capacidad de humectación superficial y conducen a biomateriales superhidrofóbicos. Los resultados muestran cómo la hidrofobicidad se incrementa al aumentar la concentración de copolímero en la mezcla electrohilada, según lo determinado mediante estudios del ángulo de contacto del agua en avance y retroceso. Las implicaciones de esta técnica se extienden hacia situaciones como la quimioterapia, ya que estos materiales pueden funcionar como depósitos locales de liberación de fármacos para la liberación sostenida de agentes atrapados, siendo posible controlar la liberación del fármaco relacionada mediante la composición del polímero y la rugosidad superficial.

Para comenzar, sintetice el monómero necesario para el experimento siguiendo las instrucciones del protocolo de texto adjunto. Luego, caliente previamente un baño de aceite de silicona a 140 grados Celsius. Pese dos porciones de 2,1 gramos cada una de cinco benzel oxígeno uno tres dioxina a propio, y añádalas a sendos matraces redondos secos de 100 mililitros.

A continuación, pese 5,7 gramos de DL-lactida y añádalos a uno solo de estos frascos. Añada una barra de agitación magnética a ambos frascos y tape los frascos con tapones de goma. A continuación, pese 240 miligramos de estaño(II) etilhexanoato en un frasco pequeño de forma pera.

Lave ambos frascos que contienen el monómero con nitrógeno en una llave de paso durante cinco minutos, y luego agregue 4,24 mililitros de epsilon-caprolactona al frasco que contiene solo cinco benzo oxo uno tres dioxina, dos uno mientras está bajo nitrógeno. Evacúe la atmósfera de los tres frascos aplicando un vacío alto de aproximadamente 300 militorr durante 15 minutos para eliminar cualquier traza de agua. Luego, recargue la atmósfera del frasco con nitrógeno y nuevamente aplique un vacío alto. Repita este ciclo un total de tres veces.

Una vez purgados y bajo nitrógeno por última vez, coloque los frascos del monómero en el baño de aceite a 140 grados Celsius. A continuación, agregue 500 microlitros de tolueno seco al frasco en forma de pera con el catalizador de estaño mientras se mantiene bajo nitrógeno, añadiendo aproximadamente 100 microlitros de la solución de catalizador a las mezclas de monómero. Una vez que todos los sólidos se hayan fundido, mantenga la mezcla a 140 grados Celsius durante no más de 24 horas.

Luego enfríe el polímero fundido hasta temperatura ambiente. Una vez enfriado, disuelva los polímeros en 50 mililitros de diclorometano y, a continuación, precipite la solución en 200 mililitros de metanol frío. Decante el sobrenadante y seque el polímero restante bajo vacío elevado.

Guarde los polímeros secos en el congelador a menos veinte grados Celsius hasta su uso posterior. Para disolver posteriormente aproximadamente seis gramos del polímero en 120 mililitros de tetrahedran en un reactor de hidrogenación de alta presión. Luego agregue dos gramos de un catalizador de carbono con paladio.

A continuación, agregue hidrógeno al recipiente utilizando un aparato de hidrogenación. Hidrogene el recipiente a 50 PSI durante cuatro horas. Una vez finalizado, filtre el catalizador de carbono de paladio mediante un lecho empacado de tierra de diatomeas.

Luego, concentre el polímero hasta aproximadamente 50 mililitros bajo rotación de aberración. Precipite el volumen restante en metanol frío. A continuación, decante el sobrenadante y seque el volumen restante bajo vacío elevado; disuelva el polímero seco junto con 1,5 equivalentes de ácido esteárico en 500 mililitros de cloruro de metilo anhidro.

Luego agregue dos equivalentes de DCC y tres cristales de dimetilaminopiridina. Agite la mezcla bajo nitrógeno a temperatura ambiente durante 24 horas. Elimine el material insoluble mediante una serie de tres filtraciones y concentraciones repetidas.

Al final, concentre la solución hasta 50 mililitros. Finalmente, precipite el polímero concentrado en 175 mililitros de metanol frío y filtre el polímero utilizando un embudo Buchner. Luego, seque el polímero bajo vacío elevado durante toda la noche para electrohilado, disuelva el polímero durante toda la noche al 10-40 % en una mezcla cinco a uno de cloroformo y metanol para policaprolactona, o en una mezcla siete a tres de tetrahidrofuran y NN-dimetilformamida para PLGA destinado a electro pulverización.

Prepare las soluciones poliméricas a una concentración más baja en el rango de dos a 10 % en un disolvente como el cloroformo. A continuación, cargue aproximadamente 4,5 mililitros de la solución en una jeringa de vidrio equipada con una aguja de calibre 18 y coloque la jeringa en la bomba de infusión. Luego, ajuste la velocidad de dispensación de esta solución a cinco mililitros por hora.

Cubra la placa colectora con papel de aluminio y asegure el papel con cinta adhesiva a lo largo de los bordes externos. Conecte el cable de la fuente de voltaje continuo de alto voltaje a la punta de la aguja y la tierra al tambor colector. Como primer intento.

Coloque la distancia entre la punta y el colector a 15 centímetros para cubrir un área amplia. Encienda el tambor colector rotatorio y traslacional a 45 RPM. Luego, inicie la bomba de jeringa y encienda la fuente de alto voltaje ajustada.

A cinco kilovoltios, ajuste inicialmente el voltaje si es necesario para lograr un cono de chorro aceptable. Una vez que la bomba de jeringa se detenga, apague la fuente de alto voltaje, seguida por la bomba de jeringa y el tambor motorizado. Permita que el recinto de electrohilado continúe ventilándose durante al menos 30 minutos.

Luego retire el polímero recolectado del tambor y deje que los solventes residuales se evaporen en una campana extractora durante la noche. Las láminas de PGLA pueden almacenarse a temperatura ambiente durante al menos dos semanas, y las láminas de policaprolactona pueden almacenarse a temperatura ambiente hasta por dos meses. Corte tiras de 0,5 centímetros por tres centímetros del material de malla o recubierto, y coloque la tira delgada sobre la platina de un ángulo de contacto.

Utilice un goniómetro y luego dispense una gota de cinco microlitros de agua utilizando una aguja de calibre 24, haciendo contacto con la superficie del material. A continuación, siga agregando lentamente de 20 a 25 microlitros adicionales de agua y capture la imagen de la gota. Esto representa el ángulo de contacto de avance del agua. A continuación, retire lentamente esta misma gota mientras simultáneamente captura su perfil.

Repita este proceso 10 veces en varias ubicaciones superficiales discretas para informar un valor promedio. Las imágenes de SEM revelan que las mallas electrohiladas son el resultado de microfibras enredadas y que los recubrimientos electroaspersados son una colección de partículas de tamaños variables. Las mezclas de electrohilado y electroaspersión revelan que la concentración de dopamina del copolímero afecta la hidrofobicidad.

Además, la composición del copolímero afecta la hidrofobicidad, con un mayor contenido de PG C 18 que produce ángulos de contacto más altos. Como se muestra aquí, la humectación en masa de mallas electrohiladas sumergidas se puede rastrear de forma no destructiva a lo largo del tiempo mediante tomografía computarizada microscópica. En el conjunto superior de imágenes, la malla de policaprolactona pura se humedece rápidamente a medida que el agua se infiltra en el material en masa durante el primer día.

En contraste, la malla se modifica con 30%P-C-L-P-G-C 18 y permanece no humedecida durante más de 75 días, con aire retenido dentro de la estructura masiva. Estos resultados ilustran la importancia de los materiales masivos superhidrofóbicos para su uso en aplicaciones de no humectación. Una vez dominado, el procedimiento de química de polímeros puede realizarse en tan solo tres o cuatro días con una planificación cuidadosa.

Además, una vez que se han identificado los parámetros adecuados de electrohilado o electroaspersión, la fabricación de mallas y recubrimientos de partículas puede realizarse en un tiempo de una a tres horas, dependiendo del grosor deseado de estos materiales.