Publication: Nanosensores y sistemas inteligentes de liberación controlada basados en nanomateriales porosos
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Publication Date
2021-06-09
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Universidad Complutende de Madrid
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Abstract
A pesar de que en la naturaleza existen estructuras de tamaño nanométrico, y el hombre ha producido diversos objetos utilizando nanomateriales desde la antigüedad, hasta finales del S.XX el desarrollo tecnológico no permitía diseñar, preparar y utilizar materiales nanoestructurados de forma consciente. A partir de este momento, la nanotecnología ha experimentado un avance sin precedente, dando lugar a una nueva disciplina capaz de producir una gran variedad de sustancias, materiales y dispositivos con novedosas aplicaciones en campos tan diversos como la biomedicina, las telecomunicaciones o la fabricación de dispositivos sensores.
Aunque pueden formularse una enorme variedad de nanomateriales en términos de composición, morfología o estructura, hay algunos que despiertan gran interés entre los investigadores debido a su accesibilidad y potenciales aplicaciones en diversos ámbitos. Entre ellos, cabe destacar aquellos basados en matrices de sílice porosa, especialmente en formato de nanopartículas; entre sus propiedades destaca la versatilidad que presentan, tanto en la metodología de preparación y posterior modificación, como de aplicación. Para demostrarlo, el objetivo principal de esta Tesis Doctoral es el desarrollo de diversos nanosistemas basados en nanopartículas de sílice porosa, en concreto del tipo MCM-41, con aplicación en tres áreas muy diferentes: sensorización, liberación controlada de fármacos y comunicación química artificial. La naturaleza porosa de este tipo de materiales permite encapsular diversos compuestos de interés, capaces de actuar como sondas útiles en procesos de sensorización química o liberación de fármacos. Por otra parte, sus propiedades químicas posibilitan la modificación de la superficie de las nanopartículas con ensamblajes estímulo-dependientes, denominados puertas moleculares, de manera que impidan la liberación inespecífica de la carga contenida en los canales de la sílice, pero puedan ser abiertos bajo demanda.
Este concepto ha sido aprovechado, en una primera aproximación, para la construcción tanto de sensores empleados en la detección de analitos diversos como de sistemas de liberación controlada de fármacos. En una segunda fase, y siguiendo una estrategia más ambiciosa, la modificación química de la sílice ha permitido también anclar otros nanomateriales, como pueden ser nanopartículas de oro, generando sistemas complejos con dos superficies químicamente distintas. Este tipo de nanomateriales anisotrópicos, denominados Janus, permiten ampliar las funcionalidades presentes en un mismo sistema y han sido utilizados en los dos últimos trabajos recogidos en esta memoria...
Despite the existence of nanometric structures in nature and the production of a variety of objects by mankind since ancient times, until the end of the 20th century technological development did not allow the conscious design, preparation and use of nanomaterials. From this moment on, nanotechnology has undergone unprecedented progress, giving rise to a wide variety of nanomaterials. These include those with a silica matrix with a defined pore arrangement, which can have a wide variety of morphologies, being nanoparticles one of the most relevant. The versatility of its preparation and subsequent modification methodology, and its applications are noteworthy properties regarding mesoporous silica nanoparticles. To demonstrate this, the main objective of this Doctoral Thesis is the development of various nanosystems, with application in three different areas: sensorization, controlled drug release and artificial chemical communication. The driving motive of this Doctoral Thesis are MCM-41 mesoporous silica nanoparticles. The porous properties of this type of nanomaterials allow the encapsulation of compounds of interest, such as useful probes in chemical sensorization processes or drugs. Moreover, their chemical structure possibilities to modify the surface of the nanoparticles with stimulusdependent assemblies, called molecular gates, so that they prevent the nonspecific release of the cargo contained in the silica channels, but permit their opening on demand. Furthermore, the chemical modification of silica allows other nanomaterials (such as gold nanoparticles) to be anchored, generating more complex systems with two chemically different surfaces, thus extending the functionalities present in the same device. This type of nanomaterial, called Janus, is used in two of the works here presented...
Despite the existence of nanometric structures in nature and the production of a variety of objects by mankind since ancient times, until the end of the 20th century technological development did not allow the conscious design, preparation and use of nanomaterials. From this moment on, nanotechnology has undergone unprecedented progress, giving rise to a wide variety of nanomaterials. These include those with a silica matrix with a defined pore arrangement, which can have a wide variety of morphologies, being nanoparticles one of the most relevant. The versatility of its preparation and subsequent modification methodology, and its applications are noteworthy properties regarding mesoporous silica nanoparticles. To demonstrate this, the main objective of this Doctoral Thesis is the development of various nanosystems, with application in three different areas: sensorization, controlled drug release and artificial chemical communication. The driving motive of this Doctoral Thesis are MCM-41 mesoporous silica nanoparticles. The porous properties of this type of nanomaterials allow the encapsulation of compounds of interest, such as useful probes in chemical sensorization processes or drugs. Moreover, their chemical structure possibilities to modify the surface of the nanoparticles with stimulusdependent assemblies, called molecular gates, so that they prevent the nonspecific release of the cargo contained in the silica channels, but permit their opening on demand. Furthermore, the chemical modification of silica allows other nanomaterials (such as gold nanoparticles) to be anchored, generating more complex systems with two chemically different surfaces, thus extending the functionalities present in the same device. This type of nanomaterial, called Janus, is used in two of the works here presented...
Description
Tesis inédita de la Universidad Complutense de Madrid, Facultad de Ciencias Químicas, leída el 28/01/2021