La difusión en sistemas de polímeros nanométricos

El objetivo del estudio financiado por la Unión Europea «Transport studies on polymer based nanodevices and assemblies for delivery and sensing» (TRASNADE) fue diseñar sistemas mejorados para aplicaciones en ambientes con fluidos iónicos como los que existen en las células y en los tejidos. Para esto, el equipo de trabajo sintetizó múltiples capas de polielectrolitos sobre superficies planas y partículas coloidales (las superficies en las cuales se suspenden las partículas insolubles). Los cepillos de polímero son conjuntos de macromoléculas ancladas a una superficie. La polimerización ocurre en las superficies planas y coloidales. Se preparan vesículas de polímero con sulfonato de poliestireno, aplicando la técnica por capas sobre partículas planas y coloidales.

Los investigadores analizaron el potencial z de los cepillos esféricos en comparación con la fuerza iónica de la solución en la cual fueron colocados. El potencial z se asocia con el equilibrio electroquímico en las interfaces y depende de las propiedades del líquido y de la superficie. Dada la naturaleza iónica de los fluidos en el organismo, el potencial z es un importante indicador de los factores de difusión. Curiosamente, los científicos percibieron algo de dependencia del potencial z con respecto a la fuerza iónica.

Estudiaron la difusión por las vesículas de polímero con un nuevo ensayo de desactivación de la fluorescencia diseñado por una entidad asociada del proyecto. El equipo de trabajo evaluó la función del espesor de la lámina, la concentración de sal y la posición de los polielectrolitos marcados en la membrana de electrolitos del polímero. Las variaciones en los resultados con respecto a lo esperado indican que el proceso de difusión no debe considerarse un proceso completamente fortuito.

El equipo de trabajo también midió las características electroquímicas del transporte a través de múltiples capas. Al aumentar el número de capas disminuye la corriente total. En un estudio del efecto de la densidad del injerto sobre el transporte molecular en los cepillos, los científicos demostraron que la difusión es siete veces menor para los injertos de mayor densidad con respecto a lo que puede observarse habitualmente en soluciones acuosas. Los efectos de la temperatura sobre la difusión dependen de las sales presentes en la solución.

Por último, los investigadores desarrollaron un conjunto de herramientas de simulación completo basándose en datos experimentales para el análisis sistemático de los procesos de difusión anómalos en polielectrolitos a escala nanométrica.

Gracias a TRASNADE mejoró sustancialmente el conocimiento de los mecanismos de transporte de nanodispositivos y estructuras nanométricas en ambientes con líquido iónico. Estos conocimientos podrán aplicarse en el diseño de dispositivos nuevos para la administración y detección de fármacos.