La polietilenimina ( PEI ) o poliaziridina es un polímero con unidades repetidas compuestas por el grupo amina y dos espaciadores CH 2 CH 2 alifáticos de carbono. Las polietileniminas lineales contienen todas las aminas secundarias, a diferencia de las PEI ramificadas que contienen grupos amino primarios, secundarios y terciarios. También se informaron formas dendríméricas totalmente ramificadas . [1] El PEI se produce a escala industrial y encuentra muchas aplicaciones derivadas generalmente de su carácter policatiónico. [2]
El PEI lineal es un sólido semicristalino a temperatura ambiente, mientras que el PEI ramificado es un polímero completamente amorfo que existe como líquido en todos los pesos moleculares. La polietilenimina lineal es soluble en agua caliente, a pH bajo, en metanol , etanol o cloroformo . Es insoluble en agua fría, benceno , éter etílico y acetona . La polietilenimina lineal tiene un punto de fusión de alrededor de 67 °C. [3] Tanto la polietilenimina lineal como la ramificada se pueden almacenar a temperatura ambiente. La polietilenimina lineal es capaz de formar criogeles tras la congelación y posterior descongelación de sus soluciones acuosas. [3]
La PEI ramificada se puede sintetizar mediante la polimerización con apertura de anillo de aziridina . [4] Dependiendo de las condiciones de reacción, se pueden lograr diferentes grados de ramificación. La PEI lineal está disponible mediante modificación posterior de otros polímeros como poli (2-oxazolinas) [5] o poliaziridinas N -sustituidas. [6] La PEI lineal se sintetizó mediante la hidrólisis de poli (2-etil-2-oxazolina) [7] y se vendió como jetPEI. [8] La generación actual de jetPEI in vivo utiliza polímeros de poli(2-etil-2-oxazolina) personalizados como precursores. [9]
La polietilenimina encuentra muchas aplicaciones en productos como: detergentes, adhesivos, agentes de tratamiento de agua y cosméticos. [10] Debido a su capacidad para modificar la superficie de las fibras de celulosa, el PEI se emplea como agente de resistencia en húmedo en el proceso de fabricación de papel . [11] También se utiliza como agente floculante con soles de sílice y como agente quelante con capacidad de formar complejos con iones metálicos como el zinc y el circonio. [12] También existen otras aplicaciones PEI altamente especializadas:
La PEI tiene varios usos en biología de laboratorio, especialmente en cultivo de tejidos , pero también es tóxica para las células si se usa en exceso. [13] [14] La toxicidad se produce por dos mecanismos diferentes, [15] la alteración de la membrana celular que conduce a la muerte celular necrótica (inmediata) y la alteración de la membrana mitocondrial después de la internalización que conduce a la apoptosis (retardada).
Las polietileniminas se utilizan en el cultivo celular de células con anclaje débil para aumentar la unión. PEI es un polímero catiónico; Las superficies exteriores de las células cargadas negativamente son atraídas por los platos recubiertos con PEI, lo que facilita uniones más fuertes entre las células y la placa.
La poli(etilenimina) fue el segundo agente de transfección polimérico descubierto, [16] después de la poli-L-lisina. La PEI condensa el ADN en partículas cargadas positivamente, que se unen a los residuos aniónicos de la superficie celular y se introducen en la célula mediante endocitosis . Una vez dentro de la célula, la protonación de las aminas produce una entrada de contraiones y una disminución del potencial osmótico. Se produce una inflamación osmótica que revienta la vesícula liberando el complejo polímero-ADN (polyplex) en el citoplasma. Si el poliplex se descomprime, el ADN puede difundirse libremente hasta el núcleo. [17] [18]
La poli(etilenimina) también es un permeabilizador eficaz de la membrana externa de las bacterias Gram-negativas . [19]
Para la captura de CO 2 se han utilizado polietilenimina tanto lineal como ramificada , frecuentemente impregnada sobre materiales porosos. El primer uso del polímero PEI en la captura de CO 2 se dedicó a mejorar la eliminación de CO 2 en aplicaciones de naves espaciales, impregnado sobre una matriz polimérica. [20] Después de eso, el soporte se cambió a MCM-41, una sílice mesoestructurada hexagonal, y se retuvieron grandes cantidades de PEI en la llamada "cesta molecular". [21] Los materiales adsorbentes MCM-41-PEI condujeron a mayores capacidades de adsorción de CO 2 que el material PEI a granel o el material MCM-41 considerados individualmente. Los autores afirman que en este caso se produce un efecto sinérgico debido a la alta dispersión de PEI dentro de la estructura porosa del material. A raíz de esta mejora se desarrollaron más trabajos para estudiar más en profundidad el comportamiento de estos materiales. Se han realizado trabajos exhaustivos sobre la capacidad de adsorción de CO 2 así como la selectividad de adsorción de CO 2 /O 2 y CO 2 /N 2 de varios materiales MCM-41-PEI con polímeros de PEI. [22] [23] Además, la impregnación de PEI se ha probado sobre diferentes soportes, como una matriz de fibra de vidrio [24] y monolitos. [25] Sin embargo, para un desempeño adecuado en condiciones reales en captura post-combustión (temperaturas suaves entre 45-75 °C y presencia de humedad) es necesario el uso de materiales de sílice térmica e hidrotermalmente estables, como SBA-15, [26] que también presenta una mesoestructura hexagonal. También se han probado la humedad y las condiciones del mundo real cuando se utilizan materiales impregnados de PEI para adsorber CO 2 del aire. [27]
Una comparación detallada entre PEI y otras moléculas que contienen aminoácidos mostró un excelente rendimiento de las muestras que contienen PEI con ciclos. Además, sólo se registró una ligera disminución en su absorción de CO 2 al aumentar la temperatura de 25 a 100 °C, demostrando una alta contribución de la quimisorción a la capacidad de adsorción de estos sólidos. Por la misma razón, la capacidad de adsorción bajo CO2 diluido fue hasta el 90% del valor bajo CO2 puro y además, se observó una alta selectividad no deseada hacia SO2 . [28] Últimamente, se han realizado muchos esfuerzos para mejorar la difusión de PEI dentro de la estructura porosa del soporte utilizado. Se logró una mejor dispersión de PEI y una mayor eficiencia de CO 2 (relación molar CO 2 /NH) impregnando un material PE-MCM-41 con plantilla ocluida en lugar de poros cilíndricos perfectos de un material calcinado, [29] siguiendo un método descrito previamente. ruta. [30] También se ha estudiado el uso combinado de organosilanos como aminopropil-trimetoxisilano, AP y PEI. El primer enfoque utilizó una combinación de ellos para impregnar soportes porosos, logrando una cinética de adsorción de CO 2 más rápida y una mayor estabilidad durante los ciclos de reutilización, pero no mayores eficiencias. [31] Un método novedoso es la llamada "doble funcionalización". Se basa en la impregnación de materiales previamente funcionalizados mediante injerto (enlace covalente de organosilanos). Los grupos amino incorporados por ambas vías han mostrado efectos sinérgicos, logrando altas absorciones de CO 2 de hasta 235 mg CO 2 /g (5,34 mmol CO 2 /g). [32] También se estudió la cinética de adsorción de CO 2 para estos materiales, mostrando tasas de adsorción similares a las de los sólidos impregnados. [33] Este es un hallazgo interesante, teniendo en cuenta el menor volumen de poros disponible en materiales doblemente funcionalizados. Por lo tanto, también se puede concluir que su mayor absorción y eficiencia de CO 2 en comparación con los sólidos impregnados puede atribuirse a un efecto sinérgico de los grupos amino incorporados mediante dos métodos (injerto e impregnación) más que a una cinética de adsorción más rápida.
Zhou y Kippelen et al. han demostrado que la poli(etilenimina) y la poli(etilenimina) etoxilada (PEIE) son modificadores eficaces de la función de bajo trabajo para la electrónica orgánica. [34] Podría reducir universalmente la función de trabajo de metales, óxidos metálicos, polímeros conductores y grafeno, etc. Es muy importante que mediante la modificación PEI o PEIE se pueda producir un polímero conductor procesado en solución con función de trabajo bajo. Basándose en este descubrimiento, los polímeros se han utilizado ampliamente para células solares orgánicas, diodos emisores de luz orgánicos, transistores de efecto de campo orgánicos, células solares de perovskita, diodos emisores de luz de perovskita, células solares de puntos cuánticos y diodos emisores de luz, etc.
La polietilenimina (PEI), un polímero catiónico, ha sido ampliamente estudiada y ha demostrado ser muy prometedora como vehículo eficaz de administración de genes. Asimismo, el péptido Tat del VIH-1, un péptido permeable a las células, se ha utilizado con éxito para la administración de genes intracelulares. [35]