Los polLos políímeros del siglo XXImeros del siglo XXIAurora NogalesAurora Nogales

Grupo de DinGrupo de Dináámica y Estructura de Materia Condensada Blandamica y Estructura de Materia Condensada Blanda

httphttp://://www.iem.cfmac.csic.eswww.iem.cfmac.csic.es//fmacrofmacro//softmatpolsoftmatpol//

Departamento de FDepartamento de Fíísica Macromolecularsica Macromolecular

Instituto de Estructura de la MateriaIV CURSO DE INICIACIÓN A LA INVESTIGACIÓN, 2007

PolPolíímerosmeros

ARQUITECTURA MOLECULAR

(A)-(A)-(A)·········(A)-(A)(A)n-1 (A)n

(A)n (A)n+1

CH2 CH2

n

Log10(Mw)

Polietileno

2 3 4 5 6 7

dW/d

(logM

w)

0

1

POLIDISPERSIDAD

PolPolíímerosmeros

0.5nm

Tg<T<Tm

10 nm

103-104nm

103nm 104nm

Historia de los polHistoria de los políímeros: Nacimientomeros: Nacimiento

1880 1900 1920

1862Primer plásticohecho por el hombre

1866Celuloide

1891Rayón(viscosa)

1907Baquelita

1913Celofán

1933Polietileno

1930 1950 1970

Historia de los plHistoria de los pláásticos: sticos: La explosiLa explosióónn

1936PMMA

1930Nylon 66

1937Poliestireno

1941PET

1958Policarbonato

1954Polipropileno

1960EVA

1962Poliimidas

1964PPO

1965Polisulfonas . . .

Los polLos políímeros del siglo XXImeros del siglo XXIPolPolíímeros compuestos y meros compuestos y nanocompuestosnanocompuestos

HaciaHacia laslas medicinasmedicinas nanomnanoméétricastricasMedicina polimérica

Conjugados polímero-medicamento

Conjugado polímero-proteina

Unión

medicamento

Residuo director

Micela polimérica

Bloque hydrofilico

Bloque hidrofóbicomedicamento

polyplexComplejo polímero-DNA

DNA

Bloque cationico

Bloque hidrofílico

40-60 nm5-15 nm

Mw = 5 - 40,000 Da

proteina

~20nm

Los polLos políímeros del siglo XXImeros del siglo XXIPolPolíímeros compuestos y meros compuestos y nanocompuestosnanocompuestosPolPolíímeros en aplicaciones mmeros en aplicaciones méédicasdicas

Cultivo de tejido ‘in vitro’

Scaffold biodegradable polimérico

CélulasOsteoblastosChondrocitosHepatocitosEnterocitosCélulas Uroteliales

Implantación In Vivo

NuevoHuesoCartilagoHigadoIntestinoUretra

60-100 nm

Los polLos políímeros del siglo XXImeros del siglo XXIPolPolíímeros compuestos y meros compuestos y nanocompuestosnanocompuestosPolPolíímeros en aplicaciones mmeros en aplicaciones méédicasdicasPolPolíímeros conductoresmeros conductores

¿¿CCóómo investigamos los polmo investigamos los políímeros meros en este siglo?en este siglo?

•• EspectroscopEspectroscopííaa dieldielééctricactrica

•• Microscopio de fuerzas atMicroscopio de fuerzas atóómicasmicas

• ScatteringScattering de rayos X en polde rayos X en políímerosmeros

Grupo de dinámica y estructura de materia condensada blanda

EspectroscopEspectroscopííaadindináámicamica

Una herramienta para observar la Una herramienta para observar la dindináámica de las molmica de las molééculasculas

EspectroscopEspectroscopííaa dieldielééctrica: ctrica: ¿¿QuQuéé se mide?se mide?

Er

tiempo

Frecuencia

Pérdidasdieléctricas

Constantedieléctrica

EspectroscopEspectroscopííaa dieldielééctrica: ctrica: ¿¿CCóómo se mide?mo se mide?

Dipolos moleculares

)(2)()(ffV

fIfCπ

=

EspectroscopEspectroscopííaa dieldielééctrica: ctrica: ¿¿De quDe quéé informa?informa?

T T T

Frecuencia

EspectroscopEspectroscopííaa dieldielééctrica: ctrica: ¿¿CCóómo se mide?mo se mide?

Espectrómetrodieléctrico

10-3Hz< F <109Hz-150ºC< T <200ºC

MicroscopMicroscopííaa de fuerza de fuerza atatóómicamica

‘‘ViendoViendo’’ la estructura en escala la estructura en escala nanomnanoméétricatrica

AFM. AFM. ¿¿CuCuáál es su fundamento?l es su fundamento?

Cantilever: 10μmPunta: 10nm

AFM. AFM. ¿¿CCóómo medimos?mo medimos?

AFM. AFM. ¿¿QuQuéé vemos?vemos?

ScatteringScattering de rayos X de rayos X en polen políímerosmeros

Explorando el espacio recExplorando el espacio recííprocoproco

ScatteringScattering de rayos X en polde rayos X en políímerosmerosWide Angle X ray Scattering (WAXS)

10 nm

0.5nm

Small Angle X ray Scattering (SAXS)

s(nm-1)1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5

I(a.u

.)

PBT

q (nm -1 )

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0I (

arbb

itrar

y un

its)

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2θ

y

x

s=q/2π=(2/λ)sin(θ)

(CH2)4 OC C

OOO[ ]

n

ScatteringScattering de rayos X en polde rayos X en políímerosmeros

2θy

WAXS

2θ’

SAXS

2θ’ << 2θ

λ· = 0.154nm

θ > 1o, ángulos altos (Wide angle X-ray scattering (WAXS))

θ < 0.3o, ángulos pequeños (Small angle XS (SAXS))

0.3o > θ > 1o, ángulos intermedios (Medium AXS (MAXS))

Ley de Bragg

d· = λ/( 2· senθ )

La radiaciLa radiacióón sincrotrn sincrotróónn

La radiaciLa radiacióón sincrotrn sincrotróónn

Entornos de muestra para Entornos de muestra para experimentos inexperimentos in--situ o en tiempo realsitu o en tiempo real

Esfuerzo-deformación

Estructura de un elastómero termoplástico durante experimentos de esfuerzo-deformaciónA. Nogales et al. Macromolecules 36, 4827, (2003)

0 20 40 60 80 100 120 1400

5

10

15

20

25

30

35

Esf

uerz

o

deformación(%)0 20 40 60 80 100 120 140

0

5

10

15

20

25

30

35

Esf

uerz

o

deformación(%)0 20 40 60 80 100 120 140

0

5

10

15

20

25

30

35

Esf

uerz

o

deformación(%)0 20 40 60 80 100 120 140

0

5

10

15

20

25

30

35

Esf

uerz

o

deformación(%)0 20 40 60 80 100 120 140

0

5

10

15

20

25

30

35

Esf

uerz

o

deformación(%)0 20 40 60 80 100 120 140

0

5

10

15

20

25

30

35

Esf

uerz

o

deformación(%)0 20 40 60 80 100 120 140

0

5

10

15

20

25

30

35

Esf

uerz

o

deformación(%)

¿¿QuQuéé entendemos por un sincrotrentendemos por un sincrotróón? n?

Una Una mmááquinaquinaUna Una coleccicoleccióónn de de laboratorioslaboratoriosUna Una infraestructurainfraestructura cientcientííficaficaUna Una fuentefuente de de tecnologtecnologííaa

La radiaciLa radiacióón sincrotrn sincrotróónn

¿¿CCóómo se prepara y desarrolla un experimento en un mo se prepara y desarrolla un experimento en un sincrotrsincrotróónn??

-6 meses

6 meses

PropuestaAceptación

Preparación de muestras

Preparación de la expediciónExperimento

Análisis de los resultados

¿¿CCóómo se prepara y desarrolla un experimento en un mo se prepara y desarrolla un experimento en un sincrotrsincrotróónn??

Mari Cruz GarcMari Cruz Garcííaa

Amelia LinaresAmelia Linares

Daniel RuedaDaniel Rueda

Tiberio EzquerraTiberio Ezquerra

Jaime HernJaime Hernáándezndez

Aurora NogalesAurora Nogales

Alejandro SanzAlejandro SanzPostdocPostdoc en el Imperial en el Imperial CollegeCollege de Londresde Londres

Grupo de dinGrupo de dináámica y estructura de la mica y estructura de la materia condensada blandamateria condensada blanda

Departamento de Física Macromolecular. Instituto de Estructura de la Materia

¿¿Te interesa?Te interesa?

Contacta con nosotrosContacta con nosotrosemnogales@iem.cfmac.csic.esemnogales@iem.cfmac.csic.es