stringtranslate.com

Polisulfobetaína

La imagen muestra dos estructuras químicas de las polisulfobetaínas más comunes.
Estructuras químicas de polisulfobetaínas que contienen (a) amida de amonio cuaternario de ácido metacrílico (PSPP) y (b) éster de amonio cuaternario de ácido metacrílico (PSPE).

Las polisulfobetaínas son polímeros zwitteriónicos que contienen un amonio cuaternario cargado positivamente y un grupo sulfonato cargado negativamente dentro de una unidad de repetición constitucional. [1] [2] En los últimos años, las polisulfobetaínas han recibido una atención creciente debido a su buena biotolerancia y comportamiento de incrustación ultra baja hacia las superficies. Estas propiedades se refieren principalmente a una capa de hidratación fuertemente unida alrededor de cada grupo zwitteriónico, que suprime eficazmente la adsorción de proteínas y, por lo tanto, mejora el comportamiento antiincrustante. [3] [4] Por lo tanto, las polisulfobetaínas se han empleado típicamente como membranas de ultrafiltración, [4] dispositivos de contacto con la sangre, [5] y materiales de administración de fármacos . [3]

La estructura química de las polisulfobetaínas se puede dividir en varios subgrupos. Los más extendidos son las amidas del ácido (met)acrílico ('PSPP') o los ésteres cuaternarios ('PSPE'). También se encuentran a menudo compuestos de poli(vinilpiridinio), poli(vinilimidazolio) o poli(pirrolidinio) cuaternario, así como ionenos zwitteriónicos. [2] [6] [7] [8] [9] [10]

Síntesis

Las polisulfobetaínas se sintetizan generalmente mediante polimerización por radicales libres . [6] [11] Sin embargo, la síntesis de polisulfobetaínas a menudo está limitada por su baja solubilidad en la mayoría de los solventes y, en la actualidad, solo unos pocos monómeros de sulfobetaína que son adecuados para la polimerización por radicales libres están disponibles comercialmente. Los más populares son SPE y SPP, que proporcionan una buena combinación de hidrofilicidad y polimerizabilidad. [11]

Comportamiento de la solución

Casi todas las polisulfobetaínas son insolubles en agua a bajas temperaturas, sin embargo muchas polisulfobetaínas presentan una temperatura crítica superior de solución (UCST) en solución acuosa. Esto significa que experimentan una transición de colapso de espiral a glóbulo al enfriarse. [12] [13] Este comportamiento es muy inusual, ya que otros polímeros zwitteriónicos, por ejemplo, poli(fosfatidilcolinas) y poli(carboxibetaínas) generalmente no presentan un comportamiento de respuesta ante un estímulo de temperatura. [14] [15] [16]

La razón del comportamiento de tipo UCST de las polisulfobetaínas en solución se basa en su comportamiento eléctricamente neutro, es decir, la carga total es cero, en un amplio rango de pH (aproximadamente 2 – 14). Debido a la neutralización de las cargas, existen interacciones repulsivas y atractivas entre las cadenas de polímero individuales y se forman sales internas. El equilibrio de esta compleja interacción de interacciones entre numerosos grupos cargados con agua y consigo mismos, afecta fuertemente la solubilidad de las polisulfobetaínas en agua y, finalmente, da como resultado una transición de tipo UCST. La temperatura de esta transición de fase, a menudo llamada punto de aclaramiento, es muy sensible a la masa molar, la arquitectura del polímero, los isótopos del disolvente , por ejemplo, H 2 O / D 2 O, y especialmente a la adición de sales a la solución. [17] [18] [19] [20] [21] [22]

La presencia de aditivos salinos en solución acuosa conduce a un equilibrio alterado de las interacciones atractivas y repulsivas y, por lo tanto, también a una solubilidad alterada. En particular, la naturaleza del anión de la sal tiene un fuerte efecto sobre la solubilidad de las polisulfobetaínas. Mientras que los aniones caotrópicos causan una disolución mejorada ( efecto de salinización ), los aniones cosmotrópicos dan lugar a la precipitación de las polisulfobetaínas ( efecto de salinización ). [23] [24] [25]

Películas delgadas de polisulfobetaínas

Las películas delgadas hechas de polisulfobetaínas también presentan una termorrespuesta , sin embargo, la transición de fase está fuertemente desplazada, lo que se debe principalmente a la mayor concentración de polímero y a las interacciones polímero-polímero y polímero-agua alteradas. [12] [26] [27] Además, y de manera análoga a las soluciones acuosas, se encontró que diferentes isótopos de agua (H 2 O / D 2 O) y aditivos salinos también afectan la transición de fase. [20] [28] Curiosamente, las películas delgadas de polisulfobetaína presentan un efecto de cononsolvencia en vapores mixtos de agua/metanol, que no se encuentra en solución de agua/metanol. Aparentemente, las polisulfobetaínas presentan una miscibilidad con alcoholes inferiores en el lado rico en sustancias de sus diagramas de fase. [29] [30]

Referencias

  1. ^ Lowe, Andrew B.; McCormick, Charles L. (1 de noviembre de 2002). "Síntesis y propiedades de la solución de polímeros zwitteriónicos". Chemical Reviews . 102 (11): 4177–4190. doi :10.1021/cr020371t. ISSN  0009-2665. PMID  12428987.
  2. ^ ab Laschewsky, André (23 de mayo de 2014). "Estructuras y síntesis de polímeros zwitteriónicos". Polímeros . 6 (5): 1544–1601. doi : 10.3390/polym6051544 . ISSN  2073-4360.
  3. ^ ab Woodfield, Peter A.; Zhu, Yicheng; Pei, Yiwen; Roth, Peter J. (28 de enero de 2014). "Copolímeros de sulfobetaína modificados hidrofóbicamente con UCST acuoso ajustable a través de la modificación de pospolimerización de poli(acrilato de pentafluorofenilo)". Macromolecules . 47 (2): 750–762. Bibcode :2014MaMol..47..750W. doi :10.1021/ma402391a. hdl : 20.500.11937/3990 . ISSN  0024-9297.
  4. ^ ab Wu, Jiang; Lin, Weifeng; Wang, Zhen; Chen, Shengfu; Chang, Yung (15 de mayo de 2012). "Investigación de la hidratación de un material antiincrustante poli(metacrilato de sulfobetaína) mediante resonancia magnética nuclear de campo bajo". Langmuir . 28 (19): 7436–7441. doi :10.1021/la300394c. ISSN  0743-7463. PMID  22512533.
  5. ^ Yuan, Jiang; Huang, Xiaobo; Li, Pengfei; Li, Li; Shen, Jian (28 de agosto de 2013). "Polimerización RAFT iniciada en la superficie de sulfobetaína a partir de membranas de celulosa para mejorar la hemocompatibilidad y la propiedad antiincrustante". Química de polímeros . 4 (19): 5074–5085. doi :10.1039/C3PY00565H. ISSN  1759-9962.
  6. ^ ab Kudaibergenov, Sarkyt; Jaeger, Werner; Laschewsky, Andre (2006), "Betaínas poliméricas: síntesis, caracterización y aplicación", Polímeros supramoleculares Oligómeros de betaínas poliméricas , vol. 201, Berlín, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg, págs. 157–224, doi :10.1007/12_078, ISBN 978-3-540-31923-8, consultado el 22 de febrero de 2022
  7. ^ Tarannum, Nazia; Singh, Meenakshi (1 de junio de 2013). "Avances en la síntesis y aplicaciones de análogos sulfo y carbo de polibetaínas: una revisión". Reseñas en ciencias avanzadas e ingeniería . 2 (2): 90–111. doi :10.1166/rase.2013.1036. ISSN  2157-9121.
  8. ^ Wielema, TA; Engberts, JBFN (1987). "Polímeros zwitteriónicos: I. Síntesis de una nueva serie de poli(vinilsulfobetaínas). Efecto de la estructura del polímero en la solubilidad en agua". European Polymer Journal . 23 (12): 947–950. Bibcode :1987EurPJ..23..947W. doi :10.1016/0014-3057(87)90038-3. ISSN  0014-3057.
  9. ^ Grassl, B.; Galin, JC (1995). "Zwitteriónicos de poli(óxido de tetrametileno) segmentados y sus ionenos homólogos. 1. Síntesis, caracterización molecular y estabilidad térmica". Macromolecules . 28 (21): 7035–7045. Bibcode :1995MaMol..28.7035G. doi :10.1021/ma00125a001.
  10. ^ Grassl, Bruno; Meurer, Bernard; Scheer, Monique; Galin, Jean Claude (1997-01-01). "Zwitteriónicos de poli(óxido de tetrametileno) segmentados y sus ionenos homólogos. 2. Separación de fases mediante DSC y espectroscopia de RMN de 1 H en estado sólido". Macromolecules . 30 (2): 236–245. Bibcode :1997MaMol..30..236G. doi :10.1021/ma960643s. ISSN  0024-9297.
  11. ^ ab Koeberle, P.; Laschewsky, A. (1994-04-01). "Polímeros zwitteriónicos modificados hidrofóbicamente: síntesis, propiedades en masa y miscibilidad con sales inorgánicas". Macromolecules . 27 (8): 2165–2173. Bibcode :1994MaMol..27.2165K. doi :10.1021/ma00086a028. ISSN  0024-9297.
  12. ^ ab Niebuur, Bart-Jan; Puchmayr, Jonás; Herold, cristiano; Kreuzer, Lucas; Hildebrand, vietnamita; Müller-Buschbaum, Peter; Laschewsky, André; Papadakis, Christine (21 de mayo de 2018). "Polisulfobetaínas en solución acuosa y en geometría de película fina". Materiales . 11 (5): 850. Código bibliográfico : 2018Mate...11..850N. doi : 10.3390/ma11050850 . ISSN  1996-1944. PMC 5978227 . PMID  29883371. 
  13. ^ Hildebrand, Viet; Laschewsky, André; Zehm, Daniel (13 de octubre de 2014). "Sobre la hidrofilicidad del polizwitterión poli (N,N-dimetil-N-(3-(metacrilamido)propil)amoniopropano sulfonato) en agua, agua deuterada y soluciones acuosas de sal". Journal of Biomaterials Science, Polymer Edition . 25 (14–15): 1602–1618. doi :10.1080/09205063.2014.939918. ISSN  0920-5063. PMID  25058808. S2CID  23914906.
  14. ^ Bohrisch, Jörg; Schimmel, Thomas; Engelhardt, Heinz; Jaeger, Werner (1 de mayo de 2002). "Interacción de carga de policarboxibetaínas sintéticas en masa y en solución". Macromolecules . 35 (10): 4143–4149. Bibcode :2002MaMol..35.4143B. doi : 10.1021/ma0122019 . ISSN  0024-9297.
  15. ^ Bonte, Nelly; Laschewsky, André (1 de mayo de 1996). "Polímeros zwitteriónicos con restos de carbobetaína". Polímero . 37 (10): 2011-2019. doi :10.1016/0032-3861(96)87319-8. ISSN  0032-3861.
  16. ^ Favresse, P; Laschewsky, A (1 de marzo de 2001). "Síntesis e investigación de nuevas poli(carbobetaínas) anfifílicas elaboradas a partir de monómeros de dialilamonio". Polímeros . 42 (7): 2755–2766. doi :10.1016/S0032-3861(00)00686-8. ISSN  0032-3861.
  17. ^ Schulz, DN; Peiffer, director general; Agarwal, PK; Larabee, J.; Kaladas, JJ; Soni, L.; Handwerker, B.; Garner, RT (1 de noviembre de 1986). "Comportamiento de fases y propiedades de solución de polímeros de sulfobetaína". Polímero . 27 (11): 1734-1742. doi :10.1016/0032-3861(86)90269-7. ISSN  0032-3861.
  18. ^ Vishnevetskaya, Natalya S.; Hildebrand, Viet; Niebuur, Bart-Jan; Grillo, Isabelle; Filippov, Sergey K.; Laschewsky, André; Müller-Buschbaum, Peter; Papadakis, Christine M. (23 de mayo de 2017). "Micelas "esquizofrénicas" a partir de copolímeros dibloque de polisulfobetaína- b -poli(N -isopropilmetacrilamida) doblemente termorresponsivos". Macromolecules . 50 (10): 3985–3999. Bibcode :2017MaMol..50.3985V. doi :10.1021/acs.macromol.7b00356. ISSN  0024-9297.
  19. ^ Schmoldt, A.; Benthe, HF; Haberland, G. (1975-09-01). "Metabolismo de la digitoxina por microsomas de hígado de rata". Farmacología bioquímica . 24 (17): 1639–1641. ISSN  1873-2968. PMID  10.
  20. ^ ab Kreuzer, Lucas P.; Widmann, Tobías; Hohn, Nuri; Wang, Kun; Bießmann, Lorenz; Peis, Leander; Moulin, Jean-François; Hildebrand, vietnamita; Laschewsky, André; Papadakis, Christine M.; Müller-Buschbaum, Peter (14 de mayo de 2019). "Comportamiento de hinchazón e intercambio de películas delgadas de copolímero de bloque a base de poli (sulfobetaína)". Macromoléculas . 52 (9): 3486–3498. Código Bib : 2019MaMol..52.3486K. doi :10.1021/acs.macromol.9b00443. ISSN  0024-9297. S2CID  155174181.
  21. ^ Hildebrand, Viet; Laschewsky, André; Päch, Michael; Müller-Buschbaum, Peter; Papadakis, Christine M. (2017). "Efecto de la estructura zwitterion en el comportamiento termorresponsivo de los poli(metacrilatos de sulfobetaína)". Química de polímeros . 8 (1): 310–322. doi : 10.1039/C6PY01220E . ISSN  1759-9954.
  22. ^ Yu, Jingfeng; Liu, Yudong; Song, Sanan; Gao, Ge; Liu, Fengqi (noviembre de 2017). "Comportamiento de fase de una solución de polímero zwitteriónico de sulfobetaína de alta concentración". Revista de polímeros . 49 (11): 767–774. doi :10.1038/pj.2017.51. ISSN  0032-3896.
  23. ^ Zhang, Y; Cremer, P (diciembre de 2006). "Interacciones entre macromoléculas e iones: la serie de Hofmeister". Current Opinion in Chemical Biology . 10 (6): 658–663. doi :10.1016/j.cbpa.2006.09.020. PMID  17035073. S2CID  21990688.
  24. ^ Lo Nostro, Pierandrea; Ninham, Barry W. (11 de abril de 2012). "Fenómenos de Hofmeister: una actualización sobre la especificidad iónica en biología". Chemical Reviews . 112 (4): 2286–2322. doi :10.1021/cr200271j. ISSN  0009-2665. PMID  22251403.
  25. ^ Wielema, Thomas A.; Engberts, Jan BFN (1990-01-01). "Polímeros zwitteriónicos—III. Efectos de la sal en la solubilidad de poli(vinil sulfobetaínas) y poli(vinil betaínas) en solución acuosa". European Polymer Journal . 26 (6): 639–642. Bibcode :1990EurPJ..26..639W. doi :10.1016/0014-3057(90)90220-X. ISSN  0014-3057.
  26. ^ Kreuzer, Lucas P.; Widmann, Tobías; Aldosari, Nawarah; Bießmann, Lorenz; Mangiapia, Gaetano; Hildebrand, vietnamita; Laschewsky, André; Papadakis, Christine M.; Müller-Buschbaum, Peter (14 de octubre de 2020). "Comportamiento cíclico del almacenamiento de agua de películas delgadas de copolímero dibloque a base de poli (sulfobetaína) doblemente termosensible". Macromoléculas . 53 (20): 9108–9121. Código Bib : 2020MaMol..53.9108K. doi :10.1021/acs.macromol.0c01335. ISSN  0024-9297. S2CID  226323489.
  27. ^ Kreuzer, Lucas P.; Widmann, Tobías; Bießmann, Lorenz; Hohn, Nuri; Pantle, Johannes; Märkl, Rafael; Moulin, Jean-François; Hildebrand, vietnamita; Laschewsky, André; Papadakis, Christine M.; Müller-Buschbaum, Peter (10 de abril de 2020). "Cinética de transición de fase de películas delgadas de copolímero dibloque a base de poli (sulfobetaína) doblemente termosensible". Macromoléculas . 53 (8): 2841–2855. Código Bib : 2020MaMol..53.2841K. doi :10.1021/acs.macromol.0c00046. ISSN  0024-9297. Número de identificación del sujeto  216346530.
  28. ^ Kreuzer, Lucas P.; Widmann, Tobías; Geiger, Cristina; Wang, Peixi; Vagias, Apóstolos; Heger, Julián E.; Haese, Martín; Hildebrand, vietnamita; Laschewsky, André; Papadakis, Christine M.; Müller-Buschbaum, Peter (3 de agosto de 2021). "Comportamiento de transición de fase dependiente de la sal de películas delgadas de copolímero dibloque a base de poli (sulfobetaína) doblemente termosensible". Langmuir . 37 (30): 9179–9191. doi :10.1021/acs.langmuir.1c01342. ISSN  0743-7463. PMID  34279952. S2CID  236141517.
  29. ^ Kreuzer, Lucas P.; Geiger, Cristina; Widmann, Tobías; Wang, Peixi; Cubitt, Robert; Hildebrand, vietnamita; Laschewsky, André; Papadakis, Christine M.; Müller-Buschbaum, Peter (28 de julio de 2021). "Comportamiento de solvatación de películas delgadas de copolímero dibloque a base de poli (sulfobetaína) en vapores mixtos de agua y metanol". Macromoléculas . 54 (15): 7147–7159. Código Bib : 2021MaMol..54.7147K. doi :10.1021/acs.macromol.1c01179. ISSN  0024-9297. S2CID  237724968.
  30. ^ Kreuzer, Lucas P.; Lindenmeir, Christoph; Geiger, Cristina; Widmann, Tobías; Hildebrand, vietnamita; Laschewsky, André; Papadakis, Christine M.; Müller-Buschbaum, Peter (19 de enero de 2021). "Poli (sulfobetaína) versus poli (N-isopropilmetacrilamida): comportamiento de tipo co-no solvencia de películas delgadas en una atmósfera de agua / metanol". Macromoléculas . 54 (3): 1548-1556. Código Bib : 2021MaMol..54.1548K. doi :10.1021/acs.macromol.0c02281. ISSN  0024-9297. S2CID  234184714.