Ingeniera Civil Química / Últimamente, ha aumentado el interés de científicos e investigadores por los materiales poliméricos con propiedades antibacterianas, es decir, polímeros a los que se les incopora un agente biocida, como el cobre, durante su procesamiento. Este interés radica en que estos compósitos bactericidas pueden ser un gran avance para la medicina. En este contexto surge la inquietud de evaluar el comportamiento de las células eucariotas en presencia de este tipo de compósito para asegurar que sean inocuos para el organismo humano. El objetivo de memoria de título fué estudiar el efecto de las nanopartículas de cobre sobre la bioreactividad de una matriz polimérica. Para esto, se evaluó la citotoxicidad de compósitos de polipropileno y alginato con nanopartículas de cobre sobre líneas celulares normales y tumorales de animales. Se implementaron las metodologías MTT y Live/Dead, que permitieron estudiar la citotoxicidad de estos compósitos. Los nanocompósitos de polipropileno no resultaron ser tóxicos, en general, para las líneas celulares. Los compósitos de alginato, en cambio, fueron citotóxicos a bajas concentraciones de nanopartículas de cobre ya que, por su característica de hidrogel, tienen una tasa de liberación de iones cobre que resulta tóxica para las células. Se obtuvo que la tasa de liberación crítica de cobre, en agua, se encuentra en el intervalo [0,76; 1,1[ [mg/L]. Para desarrollar compósitos con cobre biocompatibles se requiere de una matriz polimérica capaz de controlar la liberación de iones cobre, de tal forma de no superar esta tasa crítica, como el polipropileno. El futuro desarrollo de los compósitos bactericidas, evaluados en este trabajo, es muy importante para su aplicación en artículos médicos y en diferentes tipos de implantes y así reducir las infecciones intrahospitalarias.

Ingeniera Civil Química / La ingeniería biomédica ha tenido un gran avance en las últimas décadas, generando biomateriales con alto potencial de uso en el área de la medicina reconstructiva, para la elaboración de prótesis o implantes que deben ser biocompatibles. Paralelamente, se han buscado biomateriales complementarios, que posean capacidad antimicrobiana, pues en la actualidad las infecciones nosocomiales asociadas a implantes, representan el 45% del total de infecciones intrahospitalarias. En el área de implantes, la elaboración de compósitos a partir de diversas matrices, ha ganado espacio en la ciencia médica. En este aspecto, la inclusión de compuestos poliméricos ha sido ya analizada, pero se continúan investigando nuevas potencialidades o polímeros, en su rol de matriz de nanocompósito. Por su parte, existe amplia literatura sobre los atributos biomédicos del cobre, tales como su carácter biocida y su rol en la regeneración de tejidos endoteliales y óseos, que podrían complementar las propiedades de ciertos compuestos poliméricos. De esta manera, considerando la alta tasa de infecciones intrahospitalarias por implantes, la capacidad regenerativa y antimicrobiana del cobre, y el creciente desarrollo de nanocompósitos como biomateriales, se abordó el desafío de combinar dos polímeros, Alginato y TEGMA/BisGMA, con cobre. En esta línea, el objetivo del presente trabajo fue determinar el efecto de nanopartículas de este metal, incorporadas en compósitos poliméricos, sobre la viabilidad de líneas celulares animales y humanas, utilizándose el ensayo de MTT y lixiviación, para estudiar la citotoxicidad y liberación de iones cobre de los compósitos, respectivamente. Los resultados indicaron que tanto el alginato como el TEGMA/BisGMA generan baja viabilidad celular, ya sea en estado puro o en combinación con cobre. Para el alginato esto se debería a su carácter hidrofilico que dificulta la adherencia y favorece la liberación de iones cobre. Por su parte, la menor viabilidad en el caso del TEGMA/BisGMA, vendría dada por mónomeros residuales de la fotopolimerización. De esta manera, al menos en condiciones de laboratorio, la toxicidad de estos compuestos poliméricos no haría recomendable su utilización en contacto con tejido biológico. Sin embargo, se propone estudiar y extender el análisis para ambos polímeros en combinación con cobre, pero enfocándose en usos alternativos como la liberación de soluto en apósito o parche (alginato) o implantes odontológicos (TEGMA/BisGMA), pues pruebas in vivo podrían arrojar resultados distintos.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Química / Ingeniero Civil Químico / Las películas delgadas cerámicas se pueden utilizar como recubrimiento y como membranas para la separación de gases. Por otro lado, nanopartículas de cobre poseen variadas funcionalidades, como propiedades anti-bacterianas o capacidad catalítica para el reformado de metanol, que aportarían a las películas estas propiedades específicas. En este contexto, el objetivo del presente trabajo es desarrollar una metodología capaz de producir películas delgadas de sílice, con nanopartículas de cobre metálico en el material resultante. La síntesis de estas películas delgadas se logra por medio de la técnica Sol-Gel, utilizando tetraetilortosilicato (TEOS) como precursor de la sílice y basándose en el método de dos pasos: hidrólisis del TEOS y envejecido del Sol. Durante este segundo paso se realizan modificaciones que afectan a la película resultante: presencia de un surfactante (CTAB) para producir mesoporos, y síntesis in-situ de nanopartículas de cobre metálico. Se utilizó un proceso de dip-coating, el cual fue corregido debido a que los soportes no eran recubiertos en toda su superficie. Para ello, se adoptó la aplicación de recubrimientos múltiples en cada muestra junto con la optimización de la viscosidad del Sol. También se eliminó la presencia de micropartículas, presentes debido al uso de soluciones básicas en la síntesis. A pesar de esto las membranas aún presentan grietas en su superficie, asociadas a defectos internos presentes debido al mayor espesor de película, limitando su uso en separación de gases. Las películas de sílice obtenidas cuentan con un espesor controlado del orden de los 1-3 μm. En cuanto a las nanopartículas de cobre, se comprobó por medio de UV-vis que en el Sol estas se encuentran en estado reducido, presentando un pico en los 570 nm. Por medio tanto de SEM como de TEM se observó la distribución de tamaño de estas partículas, entre los 50 y 600 nm. Con respecto a las membranas nanocompuestas, por medio de Reducción por Temperatura Programada (TPR) se estimó su potencial catalítico. Este indicó que cerca de un décimo del cobre cargado en la síntesis sería cobre activo en el nanocompuesto. Sin embargo, en las pruebas de reformado no se logró medir hidrógeno como producto de reacción, indicando baja o nula actividad, que puede deberse al corto tiempo de contacto con el catalizador dentro del reactor. Por otro lado, se realizaron pruebas para conocer su capacidad anti-bacteriana. En la prueba de liberación de iones de cobre se observó potencial actividad, sin embargo la prueba de halo inhibitorio no indicó diferencia medible entre las muestras cargadas con cobre y las de control. Se concluye que, aunque la cantidad de cobre resultante sea muy baja para las aplicaciones planteadas (en su máximo de 340 µg, 3,6% de la masa de las películas), la metodología planteada es apropiada para formar películas de 1 μm de sílice con nanopartículas de cobre metálico con la metodología planteada.

Doctora en Ciencias de la Ingeniería, Mención Ciencia de los Materiales / La contaminación de microorganismos produce serios problemas asociados a la transmisión de enfermedades o al deterioro de las superficies a las cuales éstos se adhieren. Las infecciones intrahospitalarias (IIH) generan altas tasas de mortandad y elevados costos para los pacientes. Además, cuando las superficies se exponen a ambientes húmedos, se facilita la adhesión de microorganismos que provocan su ensuciamiento y deterioro, lo que se conoce como biofouling. Mallas plásticas para cultivos acuícolas se ven gravemente afectadas por el biofouling marino, generando altos costos asociados a su remoción. En base a lo anterior, existe una alta demanda de nuevos materiales con actividad antimicrobial y antifouling, en particular los polímeros son de gran interés debido a su fácil procesamiento, y a que pueden sustituir desde superficies hospitalarias a mallas acuícolas. El objetivo del trabajo es desarrollar compósitos poliméricos antimicrobiales y antifouling con la incorporación de diferentes tipos de partículas a base de cobre mediante el método de mezcla en fundido. Se usaron nanopartículas de cobre metálico (NPsCu) y de cobre oxidado (NPsCuO), además de micropartículas de cobre metálico (MPsCu). Se estudió además la dispersión del cobre al ser incorporado soportado o recubierto. Para ello se sintetizaron dos tipos de partículas híbridas: cobre soportado en sílice nanométrica (NPsCu/Si) y cobre funcionalizado superficialmente con cadenas orgánicas (NP Func). La actividad antimicrobial de Polipropileno (PP) fue estudiada en función de la cantidad de nanopartículas y el tiempo de contacto. PP con 5, 10 y 20 %v/v de NPsCu eliminaron en 99,9% de E. coli, S. aureus y P. aeruginosa en menos de 240 min. Los resultados mostraron que la actividad antimicrobial depende del tipo de bacteria e incrementa con el contenido de cobre. La actividad antifouling de PP fue estudiada en función del tipo y cantidad de nanopartículas. PP con 1 a 20%v/v de NPsCu disminuyeron hasta en un 90% el biofouling después de dos meses en el mar, mientras que PP con 1 a 5%v/v de NPsCuO lo redujeron hasta en un 30% en el mismo tiempo. La actividad antimicrobiana y antifouling se relacionó con la capacidad de liberar iones cúpricos (Cu+2). PP con NPsCu logró mayor liberación que con NPsCuO, en las mismas condiciones. Las partículas de cobre funcionalizado con cadenas orgánicas (NP Func) exhibieron buena dispersión en la matriz polimérica, no así las partículas de cobre soportadas (NPsCu/Si). Ambas partículas, puras o embebidas en PP, tienen alta liberación de cobre. La capacidad de liberación de las partículas en base a cobre se incrementa en el siguiente orden: NPsCuO, NPsCu, NPsCu/Si y NP Func. Además, la disminución del tamaño del relleno y el uso de matrices poliméricas hidrófilas o con baja cristalinidad favorecen la liberación. Estos resultados muestras que partículas en base a cobre le confieren propiedades antimicrobiales y antifouling a matrices poliméricas. Estos nuevos materiales tienen la potencialidad de aplicados en superficies hospitalarias como medida complementaría en la prevención de las IIH. También emergen como materiales de reemplazo en la fabricación de mallas acuícolas o estructuras plásticas afectadas por el biofouling marino.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Neste trabalho, dois copolímeros à base de 2-vinilpiridina (2Vpy), estireno (Sty) e divinilbenzeno (DVB) foram sintetizados empregando a técnica de polimerização em suspensão aquosa via radical livre. Os copolímeros com diferentes características morfológicas foram preparados variando a composição da mistura diluente, constituída por tolueno e n-heptano, solventes solvatantes e não solvatantes para as cadeias poliméricas. A caracterização estrutural desses materiais foi feita através de medidas de área específica, volume de poros, diâmetro médio de poros e densidade aparente. Além disso, esses materiais foram avaliados por microscopia ótica e eletrônica de varredura, por espectroscopia na região do infravermelho (FTIR), análise termogravimétrica (TGA) e análise elementar. Os copolímeros Sty-DVB-2Vpy foram modificados quimicamente através de reação de quaternização das unidades de 2Vpy usando dois reagentes: iodeto de metila e acrilonitrila. A quaternização dos copolímeros Sty-DVB-2Vpy foi confirmada através de espectroscopia de infravermelho, pelo aparecimento das bandas de absorção características do íon peridíneo e do grupo nitrila e também pela análise do comportamento térmico. Os produtos dessas reações foram submetidos à avaliação da capacidade bactericida através do método de contagem em placas contra suspensão de Escherichia coli. O copolímero do tipo gel quaternizado com iodeto de metila apresentou a maior ação bactericida registrada, com eficiência até a concentração de 104 células/mL. Contudo, a maioria dos materiais quaternizados não apresentou ação biocida significativa. Com o objetivo de maximizar a atividade bactericida dos materiais preparados, os copolímeros quaternizados e não quaternizados foram impregnados com iodo por meio de duas metodologias: em solução e em fase vapor. O teor de iodo incorporado foi quantificado por análise gravimétrica. Foi possível observar que os copolímeros quaternizados e impregnados com iodo se mostraram mais eficientes como agentes bactericidas que os copolímeros não funcionalizados impregnados com iodo. De uma forma geral, foi possível perceber que a ação bactericida dos polímeros é fruto da associação entre as suas características de porosidade, o grau de quaternização alcançado e o teor de iodo incorporado. Para efeito de comparação foram feitos também ensaios bactericidas com uma resina comercial à base de Sty-DVB com grupo amônio quaternário, VP OC 1950. Os testes mostraram que a resina comercial não possui atividade bactericida. A impregnação de iodo a essa resina comercial forneceu um material com ação biocida semelhante à do copolímero do tipo gel, quaternizado com iodeto de metila e impregnado com iodo / In this work two 2-Vinylpyridine-Styrene-Divinylbenzene copolymers with different porosity degrees were synthesized by aqueous suspension polymerization in the presence of diluent mixtures formed by toluene (solvating solvent) and n-heptane (nonsolvating solvent) in different proportions. Their structural characteristics were characterized by determination of surface area, average pore diameter and pore volume by BET/BJH, bulk density, optical and electron microscopies. In addition the chemical morphology those materials were characterized by FT-IR, elemental analysis and thermogravimetry. The pyridine units were quaternized using two reagents: methyl iodide and acrylonitrile. Those reactions were confirmed by FT-IR, the presence of characteristics bands of piridinium ion and nitrile group was used as a qualitative indication of the quaternizations reactions. The extension of those modifications was also evaluated by thermogravimetry. The antibacterial activities of the quaternized materials were determined towards 103 to 107 cells/mL dilutions of the auxotrophic (OHd5 k-12) Escherichia coli strain. The gel type copolymer quaternized with methyl iodide presented the better bactericidal action, with significant efficiency until 104 cells/mL, however most quaternized copolymers did not present significant bactericidal action. In order to maximize the bactericidal performance, the modified and unmodified copolymers were impregnated with iodine using two different methods: solution and vapor. The iodine incorporation was quantified by gravimetry. It was observed that the copolymers quaternized and impregnated with iodine presented higher biocidal action than the unmodified copolymers impregnated with iodine. It was verified that the biocidal action the polymers is a result of three contributions: porous characteristics of the supports, quaternization degree and iodine incorporation degree. The bactericidal performance of a commercial resin with quaternary ammonium groups, VP OC 1950, was also evaluated. The tests showed that the commercial resin did not present bactericidal efficiency. That resin impregnated with iodine presented bactericidal action similar to gel type copolymer quaternized with methyl iodide and impregnated with iodine.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Neste trabalho, dois copolímeros à base de 2-vinilpiridina (2Vpy), estireno (Sty) e divinilbenzeno (DVB) foram sintetizados empregando a técnica de polimerização em suspensão aquosa via radical livre. Os copolímeros com diferentes características morfológicas foram preparados variando a composição da mistura diluente, constituída por tolueno e n-heptano, solventes solvatantes e não solvatantes para as cadeias poliméricas. A caracterização estrutural desses materiais foi feita através de medidas de área específica, volume de poros, diâmetro médio de poros e densidade aparente. Além disso, esses materiais foram avaliados por microscopia ótica e eletrônica de varredura, por espectroscopia na região do infravermelho (FTIR), análise termogravimétrica (TGA) e análise elementar. Os copolímeros Sty-DVB-2Vpy foram modificados quimicamente através de reação de quaternização das unidades de 2Vpy usando dois reagentes: iodeto de metila e acrilonitrila. A quaternização dos copolímeros Sty-DVB-2Vpy foi confirmada através de espectroscopia de infravermelho, pelo aparecimento das bandas de absorção características do íon peridíneo e do grupo nitrila e também pela análise do comportamento térmico. Os produtos dessas reações foram submetidos à avaliação da capacidade bactericida através do método de contagem em placas contra suspensão de Escherichia coli. O copolímero do tipo gel quaternizado com iodeto de metila apresentou a maior ação bactericida registrada, com eficiência até a concentração de 104 células/mL. Contudo, a maioria dos materiais quaternizados não apresentou ação biocida significativa. Com o objetivo de maximizar a atividade bactericida dos materiais preparados, os copolímeros quaternizados e não quaternizados foram impregnados com iodo por meio de duas metodologias: em solução e em fase vapor. O teor de iodo incorporado foi quantificado por análise gravimétrica. Foi possível observar que os copolímeros quaternizados e impregnados com iodo se mostraram mais eficientes como agentes bactericidas que os copolímeros não funcionalizados impregnados com iodo. De uma forma geral, foi possível perceber que a ação bactericida dos polímeros é fruto da associação entre as suas características de porosidade, o grau de quaternização alcançado e o teor de iodo incorporado. Para efeito de comparação foram feitos também ensaios bactericidas com uma resina comercial à base de Sty-DVB com grupo amônio quaternário, VP OC 1950. Os testes mostraram que a resina comercial não possui atividade bactericida. A impregnação de iodo a essa resina comercial forneceu um material com ação biocida semelhante à do copolímero do tipo gel, quaternizado com iodeto de metila e impregnado com iodo / In this work two 2-Vinylpyridine-Styrene-Divinylbenzene copolymers with different porosity degrees were synthesized by aqueous suspension polymerization in the presence of diluent mixtures formed by toluene (solvating solvent) and n-heptane (nonsolvating solvent) in different proportions. Their structural characteristics were characterized by determination of surface area, average pore diameter and pore volume by BET/BJH, bulk density, optical and electron microscopies. In addition the chemical morphology those materials were characterized by FT-IR, elemental analysis and thermogravimetry. The pyridine units were quaternized using two reagents: methyl iodide and acrylonitrile. Those reactions were confirmed by FT-IR, the presence of characteristics bands of piridinium ion and nitrile group was used as a qualitative indication of the quaternizations reactions. The extension of those modifications was also evaluated by thermogravimetry. The antibacterial activities of the quaternized materials were determined towards 103 to 107 cells/mL dilutions of the auxotrophic (OHd5 k-12) Escherichia coli strain. The gel type copolymer quaternized with methyl iodide presented the better bactericidal action, with significant efficiency until 104 cells/mL, however most quaternized copolymers did not present significant bactericidal action. In order to maximize the bactericidal performance, the modified and unmodified copolymers were impregnated with iodine using two different methods: solution and vapor. The iodine incorporation was quantified by gravimetry. It was observed that the copolymers quaternized and impregnated with iodine presented higher biocidal action than the unmodified copolymers impregnated with iodine. It was verified that the biocidal action the polymers is a result of three contributions: porous characteristics of the supports, quaternization degree and iodine incorporation degree. The bactericidal performance of a commercial resin with quaternary ammonium groups, VP OC 1950, was also evaluated. The tests showed that the commercial resin did not present bactericidal efficiency. That resin impregnated with iodine presented bactericidal action similar to gel type copolymer quaternized with methyl iodide and impregnated with iodine.