Polímeros de coordinación con ligandos de interés biológico, reconocimiento molecular y respuesta a estímulos: Desde sensores imprimibles en 3D hasta enzimas artificiales
- Autores: Noelia Maldonado Gavilán
- Directores de la Tesis: Pilar Amo Ochoa (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad Autónoma de Madrid ( España ) en 2022
- Idioma: español
- Número de páginas: 249
- Tribunal Calificador de la Tesis: Daniel Maspoch Comamala (presid.), Avelina Arnanz Lara (secret.), Samia Benmansour Souilamas (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Química Aplicada por la Universidad Autónoma de Madrid
- Materias:
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- Tesis en acceso abierto en: Biblos-e Archivo
- Resumen
La presente tesis ha sido dedicada al diseño de polímeros de coordinación bio-inspirados con la intención de combinar y explorar las ventajas que ofrece el uso de ligandos de interés biológico como son las nucleobases y los aminoácidos, junto con iones metálicos como el Cu(II) y el Zn(II), en la búsqueda de propiedades sinérgicas prometedoras y nuevas aplicaciones que han abierto la puerta a recientes y novedosas vías de investigación, a pesar de la larga existencia de los polímeros de coordinación.
El primer capítulo trata brevemente los antecedentes en el estudio de los compuestos metal-nucleobase/aminoácidos, así como el estudio del estado del arte en este campo, haciéndose una clasificación de las propiedades más relevantes que han suscitado la investigación de este tipo de materiales y que han llevado a explorar sus aplicaciones en áreas nanotecnológicas, biológicas y analíticas.
El segundo capítulo contribuye al estudio y desarrollo de las propiedades termocrómicas y solvatocrómicas de un nano-polímero de coordinación con Cu(II) y timina modificada, para su uso como sensor colorimétrico de humedad ambiental. El estudio de estas propiedades se ha realizado mediante un análisis estructural detallado utilizando herramientas punteras de modelización y dilucidación estructural. Estas características y su obtención como coloide a escala industrial han permitido el uso de este compuesto en tecnologías de manufactura aditiva como la impresión 3D, creándose una tinta de impresión hecha a medida que proporciona objetos funcionales y sensibles a la humedad, ofreciendo ventajas en el manejo del producto y, por tanto, en su aplicabilidad.
El tercer capítulo describe el diseño y la síntesis de un nuevo nano-polímero de coordinación de Zn(II) y timina modificada. En este capítulo, se realiza el análisis estructural y el estudio detallado de sus propiedades luminiscentes. La existencia de estas propiedades da lugar a exploración del compuesto frente a diferentes compuestos volátiles, revelándose como material estímulo-respuesta, ya que la presencia de estos gases induce cambios estructurales y en la emisión. El nanoprocesado de este polímero de coordinación permitió su obtención como un gel metal-orgánico y como tinta de impresión 3D utilizando resina comercial. De esta manera, se crean objetos que conservan las propiedades del polímero de coordinación, convirtiéndolo en una prueba de concepto prometedora para su posible uso como quimiosensor de detección múltiple.
En el capítulo cuatro, se describe el procesado de un nuevo compuesto de coordinación microcristalino y no poroso, formado por Cu(II) y uracilo modificado, hasta convertirlo en un material poroso nanofibrilar. El estudio de la estructura cristalina revela que las entidades discretas que forman el compuesto están unidas a través de un esquema anisotrópico de interacciones no covalentes, formando cadenas supramoleculares monodimensionales que interactúan entre sí con enlaces más débiles, posibilitando su disrupción selectiva mediante un enfoque top-down. Este tratamiento promueve la reticulación de las partículas hacia un gel metal-orgánico de micropartículas entrelazadas, que sufren un cambio morfológico hacia nanofibras con la misma estructura cristalina, pero con una superficie muy aumentada. Gracias a esta transformación y a las características finales del material se ha probado su utilidad para la separación por HPLC de nucleobases metiladas, observándose la esperada separación basada en la complementariedad.
Finalmente, el capítulo cinco recoge la síntesis en un solo paso y en condiciones sostenibles de un polímero de coordinación de Cu(II) y un pseudo aminoácido derivado de la alanina, que puede ser nanoprocesado y gelificado por sonicación. Los ensayos de liberación de Cu(II), junto con el estudio de su comportamiento como enzima artificial trifuncional con actividad similar a la peroxidasa, la catalasa y la superoxo-dismutasa, nos animaron a evaluar su capacidad antibacteriana mediante ensayos in vitro frente a diferentes cepas de bacterias resistentes a antibióticos, mostrando ser eficaz contra Alcaligenes faecales, Bacillus cereus y especialmente contra Sphingobacterium spiritovirum. La fácil preparación de un material compuesto a base de gelatina y el nano-polímero de coordinación, posibilita la fabricación de kits comerciales de bajo coste que se empleen en la detección de Sphingobacterium por inhibición de su crecimiento.
