Título: Nanoreactores multinfuncionales para síntesis de materiales y control de biosistemas

Director:  Dr. Martín G. Bellino

Miembros del jurado:

• Dr. Martín F. Desimone (Facultad de Farmacia y Bioquímica, Universidad de Buenos Aires; CONICET)
• Dra. Silvia N. Goyanes (Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires; CONICET)
• Dr. Guillermo R. Castro (Facultad de Ciencias Exactas, Universidad Nacional de La Plata; CONICET)

Resumen:

El presente trabajo de tesis se enfocó principalmente en el diseño de materiales avanzados con propiedades diseñadas para un fin determinado. El ensamblado de diversas nanoestructuras permitió crear distintos materiales jerárquicos con nuevas funcionalidades. En este sentido, se diseñaron y fabricaron novedosos nanoreactores a partir de la combinación de enzimas, liposomas, nanopartículas magnéticas, films mesoporosos y vesículas metal-orgánicas, logrando así una amplia variedad de aplicaciones que se extienden desde el control celular y enzimático hasta la síntesis de cápsulas multifuncionales y la biomineralización.

El Capítulo 1 comprende una introducción de los conceptos básicos de la nanotecnología y una breve descripción de los distintos nanomateriales involucrados en el desarrollo de la Tesis. Hablar de nanomateriales es hablar de un universo de pequeñas grandes cosas. Cuando se manipula la materia a una escala tan minúscula se descubren fenómenos y propiedades sorprendentes y totalmente nuevas. Por lo tanto, la nanotecnología implica el diseño, creación, síntesis, manipulación y aplicación de materiales y sistemas funcionales con propiedades únicas.

En el Capítulo 2 se desarrolló un switch para activar y desactivar la proliferación celular utilizando un complejo nanoestructurado de catalasa-nanomagnetita y un campo magnético externo. Para este fin, se diseñó un método de síntesis novedoso de una plataforma enzimática-magnética basada en el entrecruzamiento de enzimas con glutaraldehído en presencia de nanopartículas magnéticas. Teniendo en cuenta que los procesos biológicos están regulados por múltiples mensajeros, tal como el H2O2 involucrado en los procesos de proliferación celular, se eligió la enzima catalasa que es capaz de degradar el H2O2 para inhibir el crecimiento de las células. El switch celular se logró entonces a través de una manipulación magnética remota del complejo para inhibir o recuperar la proliferación celular. Este método combinó la catálisis enzimática, para bloquear los mensajeros celulares, con nanopartículas magnéticas, para modular la proliferación celular mediante campos magnéticos externos.

El Capítulo 3 trata sobre la obtención y caracterización exhaustiva de termo-liposomas exclusivamente diseñados para desarrollar un método sencillo y novedoso para la síntesis de nanocápsulas de tierras raras. A partir de la encapsulación de iones OH- y controlando la permeabilidad de las bicapas lipídicas fue posible controlar la precipitación de un hidróxido de gadolinio alrededor de las vesículas liposomales que actúan a la vez como molde. Este método permitió, además, obtener cápsulas multifuncionales a partir de la combinación de las propiedades de la cáscara inluyendo otros lantánidos (resistencia mecánica, paramagnetismo y fluorescencia) con la de los nano-objetos encapsulados en su interior (magnetismo).

En el Capítulo 4 se diseñó un novedoso método para controlar la actividad enzimática (activación y desactivación) regulando la permeabilidad de las membranas lipídicas con pequeños cambios de temperatura a través de la encapsulación de enzimas en los termo-liposomas. De esta manera, controlando la actividad de ureasas se logró, en este caso de forma biomimética, controlar la precipitación de distintos compuestos sobre la superficie liposomal. Por un lado, se sintetizaron distintas nanoestructuras a base de gadolinio y, por otro, se obtuvieron cápsulas de sílica. A diferencia de los precipitados inorgánicos de gadolinio que se obtuvieron a partir del agregado de una sal del lantánido, la fuente de silicio provino de un film mesoporoso de sacrificio que reprecitó alrededor de los liposomas, formando así el recubrimiento tridimensional.

Por último, el Capítulo 5 describe una nueva clase de cápsulas. Los compuestos metal-orgánicos (MOF) si bien se obtienen a partir de un proceso de autoensamblado no forman espontáneamente partículas huecas. En este sentido, se logró compartimentalizar estructuras MOFs a partir de un método de síntesis que induce el autoensamblado de las moléculas en la superficie de una gota creada por aspersión y construyendo así cápsulas metal-orgánicas del arquetípico compuesto HKUST-1.

La combinación de distintas nanoestructuras conocidas para construir nanomateriales con nuevas funcionalidades y especialmente aplicados para un fin determinado implicó fundamentalmente una síntesis de diseño particular a cada necesidad. Esta síntesis de diseño se retroalimentó con la exhaustiva caracterización de los distintos materiales obtenidos involucrando una amplia variedad de técnicas, entre las cuales se encuentran la espectroscopia UV-visible y de fluorescencia, dispersión dinámica de la luz (DLS), microscopía óptica y de contraste de fase, microscopía electrónica de SEM, TEM, EDS y de Iones de Galio Focalizados (FIB), difracción de rayos X, espectroscopia infrarroja (FTIR) y fotoelectrónica de rayos X (XPS), calorimetría diferencial de barrido (DSC), magnetometría de muestra vibrante, elipsoporosimetría ambiental y análisis de área superficial (BET). De esta manera, la versatilidad de los materiales nanométricos desarrollados y las distintas técnicas utilizadas permitieron crear nanomateriales de diseño exhaustivamente caracterizados con aplicaciones en campos multisectoriales y multidisciplinares y con importantes implicaciones en ciencia y tecnología.

Día y horario: Lunes 20 de marzo a las 14

Lugar: Edificio 3iA, Campus Miguelete (Av. 25 de Mayo y Francia, San Martín)