Coordination polymer nanofibers made of amino acids and peptides and their use as templates to synthesize inorganic nanoparticle superstructures
- Autores: Marta Rubio Martínez
- Directores de la Tesis: Daniel Maspoch Comamala (dir. tes.), Jordi Hernando Campos (dir. tes.), Inhar Imaz (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat Autònoma de Barcelona ( España ) en 2014
- Idioma: inglés
- Tribunal Calificador de la Tesis: Joaquín Coronas Ceresuela (presid.), Félix Busqué Sánchez (secret.), Neus Gomez Bastus (voc.)
- Materias:
- Enlaces
- Resumen
La present Tesi Doctoral s'ha dedicat a explorar les capacitats de coordinació d’aminoàcids i pèptids per tal de desenvolupar nous Polimers de Coordinació (PCs) en forma de nanofibres a escala nanoemetrica, i poder utilitzar-los com a (doble) plantilla per la síntesi de superestructures fetes amb nanopartícules inorgàniques (INPs). Utilitzar PC en forma de nanofibres com a doble plantilla té l’avantatge de poder aprofitar tant les propietats de plantilla com les característiques inherents de reconeixement dels pèptids per tal de formar CPs. En el primer capítol es mostra una breu introducció als PC, centrant-se en l’ús de biomolècules. Aquest capítol inclou el treball titulat "Metal–biomolecule frameworks (MBioFs)", Chem. Commun (2011), on es fa una estesa i detallada descripció sobre aquests tipus de materials. A continuació, els objectius generals d'aquesta tesi es descriuen en el capítol 2. El Capítol 3 resumeix els resultats reportats en "Amino acid-based metal-organic nanofibers", J. Am. Chem. Soc. (2009). Aquí, es mostra la síntesi i caracterització de nanofibres de CP i gels construïts a partir de la coordinació d'amino àcids (L-o àcid D-aspàrtic, Asp) i ions metàl · lics (Cu (II) ions). Les nanofibres quirals de Cu(II)-Asp resultants s’han sintetitzat utilitzant tècniques de precipitació ràpida i de difusió lenta, amb les quals la longitud d’aquestes pot arribar fins a 1 centímetre. En el capítol 4, les nanofibres de Cu(II)-Asp s'han utilitzat com a cas-escenari de prova per explorar la tècnica de microfluídica (més precisament flux laminar) com a nou mètode sintètic per tal d'aconseguir un control més precís sobre l’assamblatge d'ions metàl·lics amb AA. S’ha demostrat que, a diferència dels procediments sintètics comuns, aquesta aproximació permet la síntesi en paral·lel amb un eminent nivell sobre el control de la coordinació, facilitant la formació de 1-D PC ensamblats a escala nanomètrica. A més de les nanofibres de Cu(II)-Asp, l’ús de la microfluidica ha permès la síntesis d’un segon tipus de nanofibres fetes amb aminoàcids, Ag(I)-Cisteina (Cys). S’ha confirmat que aquestes nanoestructures no es poden obtenir amb mètodes tradicionals com el de la precipitació ràpida dels dos components. Aquests resultats s'inclouen en el manuscrit "Coordination polymer nanofibers generated by microfluidic synthesis", J. Am. Chem. Soc. (2011). En un següent pas, el capítol 5 es centra en l'ús de les nanofibres de Ag (I)-Cys com a plantilles per tal de sintetitzar i acoblar NP inorgàniques en superestructures 1-D. En aquest capítol, primer es motra la síntesi de NPs de Ag2S ensamblades en 1-D exposant les nanofibres de Ag(I)-Cys sota un bombardeig d'electrons. A continuació, es mostra que aquestes plantilles sintetitzadades poden localitzar-se en posicions precises mitjançant la tecnologia de la microfluidica amb la incorporació de vàlvules de fluids microfabricades incorporades. La microfluídica permet orientar i localitzar la formació de les nanofibres de Ag (I)-Cys i a més, l'ús de vàlvules permet la immobilització de les fibres i poder utilitzar-les com a plantilles per a la síntesis de 1-D superestructures de NPs deAg. Aquestes superestructures s'han sintetitzat mitjançant la reducció (àcid ascòrbic) dels ions de Ag(I) que es troben dins de la plantilla. El nivell de control assolit amb la microfluídica ha permès que es puguin utilitzar més a fons aquestes superestructures de Ag NP com a segones plantilles per sintetitzar cristalls conductors de Ag (I)-tetracyanoquinodinmethane (TCNQ), permetent a més la mesura directe de les seves propietats de conductivitat. Tots aquests resultats estan inclosos en l'article presentat en el capítol 4 i en l'article titulat "Localized template growth of functional nanofibers from an metal-amino acid-supported framework in a microfluidic chip", ACS Nano 2014. Finalment, en el capítol 6, s'ha incrementat la complexitat dels PCs de Ag(I) fets a partir d'aminoàcids amb pèptids per tal d’explotar les característiques inherents de reconeixement que tenen els pèptids. S'ha sintetitzat una nova classe de plantilles metall-pèptid, cristalls de Ag(I)-DLL similars a cintes, amb els quals s'ha demostrat que poden ser utilitzats com a doble plantilla per a la síntesi i assamblatge de dos tipus de NPs inorgàniques, unes sobre la seva superfície (cara del cristall) i les altres dins de les seves estructures internes. En aquestes plantilles, les capacitats d'auto-assamblatge i reconeixement dels pèptids, i la reducció selectiva dels ions Ag(I) a Ag s'han explotat simultàniament per tal de controlar el creixement i l'assamblatge de més complexos multicomposicionals de superestructures amb NP inorgàniques. S'ha demostrat que aquests cinturons Ag(I)-DLL poden ser utilitzats com a dobles plantilles per crear llargues (> 100 µm) i polimetàl·liques superestructures conductores de Ag@AgNP i compostos multifuncionals de NPs de Fe3O4@Ag combinant les propietats magnètiques i conductores dels dos tipus de NPs. Aquests resultats han estat reportats en el manuscrit titulat "“Dual-template” Synthesis of one-dimensional conductive NP superstructures from coordination metal-peptide polymer crystals", Small (2013).
