Los polímeros inorgánicos inteligentes (SIP) son polímeros híbridos o completamente inorgánicos con propiedades ajustables ( inteligentes ), como propiedades físicas sensibles a los estímulos (forma, conductividad, reología , bioactividad, autorreparación, detección, etc.). [1] Si bien los polímeros orgánicos a menudo se basan en gasolina, la columna vertebral de los SIP están hechos de elementos distintos del carbono que pueden reducir la carga sobre los escasos recursos no renovables y proporcionar alternativas más sostenibles. Las cadenas principales comunes utilizadas en los SIP incluyen polisiloxanos , polifosfatos y polifosfacenos , por nombrar algunos.
Los SIP tienen el potencial de una amplia aplicabilidad en diversos campos que abarcan desde la administración de fármacos y la regeneración de tejidos hasta los recubrimientos y la electrónica. [2] [3] En comparación con los polímeros orgánicos, los polímeros inorgánicos en general poseen un rendimiento y una compatibilidad medioambiental mejorados (sin necesidad de plastificantes , propiedades intrínsecamente ignífugas). Las propiedades únicas de diferentes SIP también pueden hacerlos útiles en una amplia gama de aplicaciones tecnológicamente novedosas, como electrolitos de polímeros sólidos para electrónica de consumo, electrónica molecular con elementos no metálicos para reemplazar conductores de base metálica, materiales electrocrómicos, revestimientos autorreparables. , biosensores y materiales de autoensamblaje. [1]
Papel de la acción COST CM1302
La acción COST 1302 es una iniciativa de la red de investigación de "Cooperación en ciencia y tecnología" de la Comunidad Europea que apoyó 62 proyectos científicos en el área de polímeros inorgánicos inteligentes que dieron como resultado 70 publicaciones entre 2014 y 2018, con la misión de establecer un marco con el que diseñar racionalmente nuevos polímeros inorgánicos inteligentes. [4] [5] Esto representa una gran parte del volumen total de trabajo sobre los SIP. [1] Los resultados de este trabajo se revisan en el libro de 2019, Polímeros inorgánicos inteligentes: síntesis, propiedades y aplicaciones emergentes en materiales y ciencias de la vida. [4]
Polisiloxanos inteligentes
El polisiloxano , comúnmente conocido como silicona, es el polímero inorgánico más comúnmente disponible comercialmente. [1] La gran cantidad de trabajo existente sobre polisiloxano lo ha convertido en una plataforma fácilmente disponible para la funcionalización para crear polímeros inteligentes, con una variedad de enfoques informados que generalmente se centran en la adición de óxidos metálicos a un polisiloxano disponible comercialmente o la inclusión de cadenas laterales en la columna vertebral de polisiloxano. Las aplicaciones de los polisiloxanos inteligentes varían enormemente, desde la administración de fármacos hasta los recubrimientos inteligentes y la electrocromía.
Entrega de medicamentos
Se ha informado de la síntesis de polisiloxanos sensibles a estímulos inteligentes mediante la adición de una amina de polisiloxano a un carbonilo α, β-insaturado mediante la adición de aza- Michael para crear un polisiloxano con cadenas laterales de N-isopropilamida. [6] Se demostró que este polisiloxano puede cargar ibuprofeno (un AINE hidrófobo ) y luego liberarlo en respuesta a los cambios de temperatura, lo que demuestra que es un candidato prometedor para la administración inteligente de fármacos hidrófobos. [6] Esta acción se atribuyó a la capacidad del polímero para retener el ibuprofeno por encima de la temperatura de solución crítica más baja ( LCST ) y, a la inversa, para disolverse por debajo de la LCST, liberando así el ibuprofeno cargado a una temperatura conocida determinada.
Revestimientos
Los recubrimientos comerciales de polisiloxano están disponibles comercialmente y son capaces de proteger las superficies de contaminantes dañinos, pero la adición de TiO 2 les da la capacidad inteligente de degradar los contaminantes adheridos a su superficie en presencia de la luz solar. [7] Este fenómeno en particular es prometedor en el campo de la conservación de monumentos. Se ha informado que recubrimientos textiles híbridos similares hechos de polisiloxano con funcionalidad amino con TiO 2 y nanopartículas de plata tienen propiedades inteligentes repelentes de manchas pero hidrófilas , lo que los hace únicos en comparación con los recubrimientos repelentes de manchas hidrófobos típicos. [8] También se han reportado propiedades inteligentes para los recubrimientos de polisiloxano sin óxidos metálicos, a saber, un recubrimiento de polisiloxano / polietilenimina diseñado para proteger al magnesio de la corrosión que se encontró capaz de autocurar pequeños rasguños. [9]
Poli- (ε-caprolactona) / siloxano
La poli (ε-caprolactona) / siloxano es un material híbrido inorgánico-orgánico que, cuando se usa como una matriz de electrolito sólido con un electrolito de perclorato de litio, junto con una película de W 2 O 3 , responde a un cambio en el potencial eléctrico cambiando la transparencia. . [10] Esto lo convierte en un vidrio inteligente electrocrómico potencialmente útil.
Polímeros de fósforo inteligentes
Existe una cantidad considerable de polímeros de fósforo con cadenas principales que van desde principalmente fósforo hasta principalmente orgánicos con subunidades de fósforo. Se ha demostrado que algunos de estos poseen propiedades inteligentes y son de gran interés debido a la biocompatibilidad del fósforo para aplicaciones biológicas como la administración de fármacos, la ingeniería de tejidos y la reparación de tejidos. [11] [12]
Polifosfatos
El polifosfato (PolyP) es un polímero inorgánico elaborado a partir de subunidades de fosfato. Normalmente existe en su forma desprotonada y puede formar sales con cationes metálicos fisiológicos como Ca 2+ , Sr 2+ y Mg 2+ . [11] Cuando se sala con estos metales, puede inducir selectivamente la regeneración ósea (Ca-PolyP), el endurecimiento óseo (Sr-PolyP) o la regeneración del cartílago (Mg-PolyP) dependiendo del metal al que se sala. [11] Esta capacidad inteligente para atenuar el tipo de tejido regenerado en respuesta a diferentes cationes metálicos lo convierte en un polímero prometedor para aplicaciones biomédicas.
Polifosfacenos
El polifosfaceno es un polímero inorgánico con una cadena principal que consta de fósforo y nitrógeno, que también puede formar polímeros híbridos inorgánicos-orgánicos con la adición de sustituyentes orgánicos. Algunos polifosfacenos se han diseñado mediante la adición de cadenas laterales de ésteres de aminoácidos de modo que su LCST esté cerca de la temperatura corporal y, por lo tanto, pueden formar un gel in situ tras la inyección en una persona, lo que los hace potencialmente útiles para la administración de fármacos. [12] Se biodegradan en una mezcla de pH casi neutro de fosfatos y amoníaco que se ha demostrado que no es tóxica, y la velocidad de su biodegradación se puede ajustar con la adición de diferentes sustituyentes de la descomposición completa en unos días con derivados de glicerilo. bioestable con sustituyentes fluoroalcoxi. [12]
Poly-ProDOT-Me 2
Poly-ProDOT-Me 2 es un polímero híbrido orgánico-inorgánico a base de fósforo que, cuando se combina con una película de V 2 O 5 , proporciona un material que cambia de color al aplicar una corriente eléctrica. Este 'vidrio inteligente' es capaz de reducir la transmisión de luz del 57% al 28% en menos de 1 segundo, una transformación mucho más rápida que la de las lentes fotocromáticas disponibles comercialmente . [13]
Polímeros inteligentes que contienen metaloides y metales
Si bien los metales no se asocian típicamente con estructuras poliméricas, la inclusión de átomos metálicos en toda la columna vertebral o como estructuras colgantes en un polímero puede proporcionar propiedades inteligentes únicas, especialmente en relación con sus propiedades electrónicas y redox. [14] Estas propiedades deseables pueden variar desde la autorreparación de la oxidación hasta la detección y el autoensamblaje inteligente del material, como se analiza a continuación.
Polystannanes
Polystannane , una clase de polímero única con una estructura de estaño , es el único polímero conocido que posee una estructura completamente organometálica . [15] Es especialmente único en la forma en que la estructura conductora de estaño está rodeada de sustituyentes orgánicos, lo que la hace actuar como un cable aislado a escala atómica. Algunos poliestananos como (SnBu 2 ) ny (SnOct 2 ) n han demostrado la capacidad inteligente de alinearse con estímulos externos, lo que podría hacer que se vuelvan útiles para la picoelectrónica. [16] Sin embargo, el poliestanano es muy inestable a la luz, por lo que cualquier avance de este tipo requeriría un método para estabilizarlo contra la degradación por luz. [dieciséis]
Polímeros de boro icosaédricos
El boro icosaédrico es un alótropo de boro geométricamente inusual , que puede agregarse como cadenas laterales a un polímero o copolimerizarse en la columna vertebral. Se ha demostrado que las cadenas laterales de boro icosaédrico en polipirrol permiten que el polipirrol se autorepare cuando se sobreoxida porque el boro icosaédrico actúa como un agente de dopaje, lo que permite revertir la sobreoxidación. [17]
Polferrocenilsilano
Los polferrocenilsilanos son un grupo de metalopolímeros de organosilicio comunes con estructuras principales que consisten en silicio y ferroceno. [14] Se ha descubierto que las variantes de polferroceilsilanos exhiben un autoensamblaje inteligente en respuesta a la oxidación y el posterior autodesmontaje inteligente tras la reducción, así como variantes que pueden responder a la estimulación electroquímica. [14] Un ejemplo de este tipo es una película delgada de un copolímero híbrido inorgánico-orgánico de poliestireno-polferrocenilsilano que se encontró que podía adsorber y liberar ferritina con la aplicación de un potencial eléctrico. [18]
Biosensores de ferroceno
Se ha informado que varios polímeros híbridos ferroceno-orgánicos inorgánicos-orgánicos tienen propiedades inteligentes que los hacen útiles para su aplicación en biosensores. [19] Múltiples polímeros con cadenas laterales de ferroceno reticuladas con glucosa oxidasa han mostrado actividad de oxidación que resulta en potencial eléctrico en presencia de glucosa, haciéndolos útiles como biosensores de glucosa. [20] Este tipo de actividad no se limita a la glucosa, ya que otras enzimas pueden reticularse para permitir la detección de sus moléculas correspondientes, como un compuesto de gelatina / nanotubos de carbono de paredes múltiples carboxiladas / poli (vinilferroceno) que se unió a la uricasa, lo que le da la capacidad de actuar como biosensor de ácido úrico. [21]
Ver también
- Revestimientos
- Polímeros de coordinación
- Entrega de medicamentos
- Electrocromismo
- Polímeros inorgánicos
- Materiales inteligentes
Referencias
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