Técnicas instrumentales y computacionales para la caracterización de sistemas de macromoléculas y nanopartículas. Implementación y aplicaciones

Resumen

OBJETIVOS Las nanopartículas metálicas han despertado gran interés en la comunidad científica, debido a las propiedades que presentan, dotándolas de gran utilidad en industria y biomedicina. Por todo ello, gran parte de esta Tesis Doctoral se ha centrado en el estudio y caracterización de estos sistemas utilizando distintos procedimientos para sintetizar y caracterizar las propiedades de estructuras de nanopartículas recubiertas con polímero. Así mismo, se han estudiado el comportamiento y la estructura de diversas macromoléculas (proteínas, polímeros y fluidos biológicos y sintéticos) mediante las técnicas instrumentales presentes en nuestro laboratorio, las cuales se han puesto a punto previamente. Alguno de los estudios experimentales que se han llevado a cabo han sido complementados, con estudios computacionales mediante la utilización de programas desarrollados por nuestro grupo de investigación. Así, mediante las técnicas experimentales de dispersión de luz dinámica, ultracentrifugación analítica o reometría y programas computacionales como HYDRO, hemos sido capaces de caracterizar macromoléculas y conocer sus propiedades hidrodinámicas. Por lo tanto, los objetivos que se fijaron antes de comenzar esta Tesis Doctoral fueron los siguientes: 1. Síntesis de nanopartículas de oro mediante procedimientos habituales de obtención y recubrimiento de éstas con polímeros biológicos y sintéticos. 2. Estudio y caracterización de macromoléculas, mediante técnicas de ultracentrifugación analítica, reometría y viscosimetría. 3. Estudio teórico de las diferentes macromoléculas sintéticas y biológicas estudiadas experimentalmente, mediante el uso de programas computacionales desarrollados por nuestro grupo de investigación. METODOLOGÍA La metodología que se ha empleado durante esta Tesis Doctoral tiene dos aspectos totalmente diferenciados; por un lado, se han desarrollado métodos experimentales mediante las técnicas disponibles en nuestro laboratorio y en los servicios de apoyo a la investigación de la Universidad de Murcia: Dispersión de luz dinámica, espectroscopía visible-ultravioleta y microscopía de transmisión electrónica para la caracterización de las nanopartículas sintetizadas; ultracentrifugación para el estudio de diversas proteínas y polímeros y reometría para el estudio del comportamiento de diferentes fluidos tanto biológicos como sintéticos. Y por otro lado, se han utilizado métodos teóricos y computacionales mediante programas complejos de cálculo y simulación, tales como Hydropro, Visfit, Polycarlo y Simuflex para el estudio de propiedades hidrodinámicas de macromoléculas. También se ha desarrollado un programa durante esta Tesis Doctoral, Rheofit, que nos ha servido para el análisis de resultados experimentales obtenidos en nuestra investigación. CONCLUSIONES Los resultados obtenidos en esta Tesis Doctoral han sido satisfactorios debido a que se han cumplido los objetivos fijados. Además, gran parte de estos resultados, han formado parte de publicaciones. A continuación, se describen las conclusiones más importantes de esta Tesis Doctoral: 1. Las técnicas instrumentales aplicadas en la elaboración de esta Tesis Doctoral han resultado ser de gran utilidad para el análisis y caracterización de los diferentes sistemas macromoleculares y nanopartículas que se han estudiado. Entre ellas, la reometría nos permitió conocer el valor de la viscosidad de fluidos biológicos y de fluidos artificiales con gran interés para la reproducción, la viscosimetría nos permitió conocer el poder intercalante de complejos organometálicos de platino sintetizados, debido a la variación de la viscosidad en función del mecanismo de unión de estos complejos con el ADN, con la técnica de ultracentrifugación analítica, pudimos conocer el estado de oligomerización de una enzima procariota y la dispersión de luz dinámica nos permitió demostrar que los picos de corriente obtenidos en un proceso electroquímico corresponden a colisiones individuales de gotas de la emulsión con la interfase. 2. En el estudio de nanopartículas de oro, se pudo comprobar que la estabilidad de las nanopartículas disminuye dependiendo de las condiciones del medio en el que se encuentren, dando lugar a la agregación de éstas. Sin embargo, en presencia de quitosano, dichas nanopartículas se aproximan por atracción electroestática a los agregados formados por éste, evitando así la agregación de nanopartículas. 3. Se caracterizó el PNIPAAM-b-PAMPTMA(+), un polímero termosensible modificado, ya que su carga positiva lo hace de gran interés para el recubrimiento de nanopartículas de oro. Se realizaron unas primeras medidas del polímero con nanopartículas de oro, observándose buenos resultados que nos lleva a continuar con esta investigación. 4. En el estudio de la unión entre nanopartículas de oro y ADN, se concluyó que la ultracentrifugación analítica es un método adecuado para la caracterización de mezclas complejas de productos de reacción. Esta técnica unida a los programas de modelado creados por nuestro grupo de investigación, nos permitió conocer de una manera más exacta la conformación de estos compuestos.