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Universidad de Concepcioacuten Direccioacuten de Postgrado
Facultad de Ciencias Quiacutemicas Programa de Magiacutester en Ciencias con mencioacuten en Quiacutemica
SIacuteNTESIS Y CARACTERIZACIOacuteN DE
NANOTRANSPORTADORES DE FAacuteRMACOS EN BASE A
Fe3O4 Y DENDRIacuteMEROS PAMAM
Tesis para optar al grado de Magiacutester en Ciencias con mencioacuten en
Quiacutemica
GLORIA CAROLINA CHAacuteVEZ VALENCIA
CONCEPCIOacuteN-CHILE 2017
Profesor Guiacutea Joel Alderete Trivintildeos Dpto de Quiacutemica Orgaacutenica Facultad de Ciencias Quiacutemicas
Universidad de Concepcioacuten Profesor Co-Guiacutea Cristian Campos Figueroa
Dpto de Fiacutesico Quiacutemica Facultad de Ciencias Quiacutemicas Universidad de Concepcioacuten
ii
ldquoSi quieres ir raacutepido camina solo pero
si quieres llegar lejos ve acompantildeadordquo
Proverbio africano
iii
Agradecimientos
Deseo agradecer inmensamente por el apoyo brindado en todo este trayecto
desde antes de ser tesista y a lo largo del desarrollo de eacutesta por la paciencia
confianza sinceridad y entrega de conocimientos a mis Profesores Guiacutea y Co-
guiacutea al Dr Joel Alderete Trivintildeos y Dr Cristian Campos Figueroa A los miembros
de la comisioacuten evaluadora Dra Catherine Sepuacutelveda Muntildeoz Dr Francisco Muntildeoz
Muntildeiz y Dr Nicolaacutes Yutronic Saacuteez por haber aceptado ser parte de esta comisioacuten
y por la disposicioacuten dada para las correcciones yo comentarios
Sin olvidar tambieacuten a la Dra Cecilia Torres Muntildeoz quien me brindo ayuda en la
parte de conocimientos (en programas) y la paciencia debido a muchas dudas que
surgiacutean durante ese proceso de aprendizaje
A mis compantildeeros y amigos de laboratorio de BDM parte de ellos ya graduados
pero siempre agradecida ya que siempre brindaron su colaboracioacutenexplicacioacuten las
veces que fuese necesaria en algunos casos llegaba aburrir de tanta pregunta y
el aacutenimo cuando algo no resultaba sin olvidar tambieacuten de haber compartido
alegriacuteas risas bobadas muacutesica y viajes a Karen Pabla Carola Nicolas Fabio
Felipe y no olvidar a quienes recieacuten comienzan por el carintildeo brindado a Kelly y
Solange
Agradecer a todo el personal de laboratorio donde maacutes de una vez fui a molestar
por material o reactivo al Laboratorio de Orgaacutenica Fiacutesico-quiacutemica Analiacutetica y
sobre todo a Quiacutemica General donde Pamela y Don Rafael quienes siempre se
reiacutean cuando me veiacutean y preguntaban iquestQueacute necesitas ahora el carintildeo hacia
ellos es grande conocieacutendolos desde las ayudantiacuteas de pregrado hasta ahora
No puedo dejar de mencionar a quien fue mi compantildeero de estudios Elizardo
aquel que sin conocerlo me abrioacute las puertas de su casa y permitir conocer su
familia quien cada vez que podiacutea me incentivaba seguir estudiando sin flaquear
Tambieacuten de mencionar a amistades que se forman en este transcurso de estudios
a Loreto por su alegriacutea y generosidad a Liliana por su preocupacioacuten y empatiacutea a
Claudio por su buena disposicioacuten apoyo y confianza
A mis amistades de la vida quienes siempre brindaban su apoyo ya sea por medio
de conversaciones mensajes o un abrazo tal vez no nos veiacuteamos lo suficiente
pero siempre con el carintildeo que nos caracteriza aquella amistad que
independiente del tiempo nada cambia amistades incondicionales Pamela Astrid
Lilian Marcela Perla Ervin Fabiaacuten
iv
Por uacuteltimo agradecer a mi Familia a mi Madre Lucia quien en un comienzo le
costoacute darme el apoyo pero vio mis ganas de seguir estudiando aquel suentildeo
personal muchas gracias por TODO faltariacutean hojas por seguir agradecieacutendote
quienes maacutes componen esta Familia son mi Hermana Soledad y mis Hermanos
Hugo y Luis con sus respectivas parejas Eduardo Cecilia y Margarita sin olvidar
mis dos grandes alegriacuteas mis sobrinas Cecilia y Catalina donde todos me
preguntaban iquestcoacutemo vas iquestte queda poco da la peleaiexcliexcl etc
Dentro de este periodo de estudios han pasado muchas cosas en la Familia
como una de ellas fue la peacuterdida de mi abuelita Luisa quien jamaacutes se entero de
este proceso de estudios pero siempre pendiente de ti hasta los uacuteltimos minutos
venia a la universidad y cuidaba de ti cuanto maacutes pude de eso no me arrepiento
Ademaacutes ha habido decaiacutedas de Salud (hospitalizaciones) pero aquello ha hecho
que la familia se una auacuten maacutes y apoyaacutendonos como cada uno pudiese maacutes auacuten
cuando existe un dolor de ya casi 11 antildeos una perdida fiacutesica desde ahiacute que
valoramos y nos queremos cada diacutea maacutes como Familia no hay diacutea o instancia que
me acuerde de ti Janito mi Hermano mi Protector a quien le dije que lo sentiacutea
como un Padre se que nos acompantildeas y estas bien sin dolor como alguna vez
sontildeeacute pedaleando en tu bicicleta Recuerdo que habiacuteas dicho sobre miacute de lo
importante que yo estudiaraacute acaacute estamos terminando una etapa maacutes gracias
porque desde pequentildea me ensentildeaste matemaacuteticas y en cuanto maacutes pudiste
Infinitas Gracias a cada uno de los que mencione y a quienes por alguna razoacuten se
me haya olvidadohellipGracias por el apoyo brindado animo paciencia confianza
sinceridad carintildeo consejos alegriacuteas etc de haber sido participe de esta tesis
colaborando emocionalmente y en el desarrollo de eacutesta
v
RESUMEN
Los nanotubos de magnetita Fe3O4 tienen la capacidad de ser materiales
ferrimagneacuteticos o superparamagneacuteticos Esta propiedad ha sido de especial
intereacutes en los uacuteltimos antildeos para aplicaciones en diferentes campos de la
nanociencia pero en particular en la preparacioacuten de materiales para la adsorcioacuten
transporte y liberacioacuten controlada de faacutermacos Por otro lado los dendriacutemeros en
particular los derivados de poli-(amidoamina) (PAMAM) son macromoleacuteculas
altamente ramificadas monodispersas los que han sido ampliamente estudiados
como sistemas nanotransportadores de faacutermacos Una de las principales
desventajas de ambos materiales es la limitada capacidad de carga que muestran
frente a algunos faacutermacos de intereacutes en el tratamiento de enfermedades croacutenicas
Ademaacutes del limitado control que se tiene en los procesos de liberacioacuten cuando
estos sistemas se usan como nanotransportadores de faacutermacos
Dada las caracteriacutesticas de ambos sistemas esta tesis contemploacute el estudio de un
sistema hiacutebrido NT-Fe3O4 acoplado a dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten
para la encapsulacioacuten de dos faacutermacos piroxicam (PRX) y silibinina (SIL) La
preparacioacuten del nanomaterial hiacutebrido se llevoacute a cabo a partir de siacutentesis
hidrotermal de los oacutexidos de hierro la que permitioacute obtener los nanotubos de
Fe3O4 a partir de la reduccioacuten teacutermica de los nanotubos de Fe2O3 en presencia de
flujo de H2 Finalmente el acople del dendriacutemero PAMAM a la superficie del
nanotubo se realizoacute mediante una inmovilizacioacuten covalente mediada por un
agente de acople El nanomaterial hiacutebrido fue caracterizado por termogravimetriacutea
difraccioacuten de rayos X microscopiacutea electroacutenica de barrido microscopiacutea electroacutenica
de transmisioacuten susceptibilidad magneacutetica e isoterma de adsorcioacuten-desorcioacuten de
N2 a -196degC ademaacutes de espectroscopia FT-IR con lo que se demostroacute la efectiva
inmovilizacioacuten de PAMAM a un contenido de 16 en masa El material hiacutebrido
(Fe3O4-PAMAM) mantiene la forma nanotubular y las propiedades magneacuteticas del
soporte inorgaacutenico de partida En los experimentos de adsorcioacuten se empleoacute NT-
Fe3O4 como adsorbente control Para ambos adsorbentes Fe3O4-PAMAM y NT-
vi
Fe3O4 se determinaron las cineacuteticas de adsorcioacuten para dos faacutermacos modelos
piroxicam (PRX) y silibinina (SIL) Para ambos materiales la adsorcioacuten de los
faacutermacos mostraron ajustarse a cineacuteticas de pseudo-primer orden y la cantidad
maacutexima de adsorcioacuten de faacutermaco se vio mejorada junto con un aumento en la
velocidad de adsorcioacuten por la presencia de PAMAM en la superficie del material
hiacutebrido
vii
ABSTRACT
Magnetite nanotubes Fe3O4 have the capacity to be ferrimagnetic or
superparamagnetic materials This property has been of special interest in last
years for applications in different fields of nanoscience but in particular in the
preparation of materials for the adsorption transport and controlled release of
drugs On the other hand dendrimers in particular the derivatives of poly-
(amidoamine) (PAMAM) are macromolecules highly branched and monodisperse
which have been widely studied as drug nanocarriers systems One of the main
disadvantages of both materials is their limited load capacity showed against some
drugs of interest in the treatment of chronic diseases In addition these systems
present an uncontrolled drug release in the liberation processes when they are
used as drug nanocarriers
Considering the characteristics of both systems this thesis contemplated the study
of a hybrid system NT-Fe3O4 coupled with PAMAM dendrimer of the third
generation for the encapsulation of two drugs piroxicam (PRX) and silybin (SIL)
The preparation of the hybrid nanomaterial was carried out from hydrothermal
synthesis of iron oxides which allowed obtaining NT-Fe3O4 from the thermal
reduction of the nanotubes of Fe2O3 in the presence of H2 flow Finally the
coupling of the PAMAM dendrimer to the surface of the nanotube was performed
by covalent immobilization mediated by a coupling agent The hybrid nanomaterial
was characterized by thermogravimetry X-ray diffraction scanning electron
microscopy transmission electron microscopy magnetic susceptibility
measurements and N2 adsorption-desorption isotherm at -196degC in addition FT-
IR spectroscopy analysis demonstrated the effective immobilization of PAMAM to a
content of 16 by mass The hybrid material (NTFe3O4-PAMAM) maintains the
nanotubular form and the magnetic properties of the starting inorganic support In
the adsorption experiments NT-Fe3O4 was used as the control adsorbent For both
adsorbents NT-Fe3O4-PAMAM and NT-Fe3O4 adsorption kinetic were determined
for two drug models piroxicam (PRX) and silybin (SIL) For both materials the
viii
adsorption of the drugs was adjusted to pseudo-first-order kinetics and the
maximum amount of drug adsorption was improved along with an increase in
adsorption rate by the presence of PAMAM on the surface of the hybrid material
ix
TABLA DE CONTENIDOS
Paacutegina
PROBERVIO ii
AGRADECIMIENTOS iii
RESUMEN v
ABSTRACT vii
IacuteNDICE DE FIGURAS xi
IacuteNDICE DE TABLAS xiii
1 INTRODUCCIOacuteN 1
11 Nanomateriales magneacuteticos 3
12 Dendriacutemeros 8
13 Nanomateriales hiacutebridos oacutexido inorgaacutenicoPAMAM 12
2 HIPOacuteTESIS 14
3 OBJETIVOS 14
31 OBJETIVO GENERALE 14
32 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS 14
4 PARTE EXPERIMENTAL 15
41 Siacutentesis de los nanotransportadores 15
411 Siacutentesis de nanotubos de magnetita (Fe3O4) 15
412 Funcionalizacioacuten de NT-Fe3O4 con el agente de acople
3-glicidoxipropil-trimetoxisilano
15
413 Acoplamiento de NT-Fe3O4-GPTMS con dendriacutemero
PAMAM
16
42 Caracterizacioacuten de los sistemas 17
421 Espectroscopia de Infrarrojo con Transformada de Fourier
(FT-IR)
17
422 Difraccioacuten de Rayos X (DRX) 18
423 Microscopiacutea Electroacutenica de Transmisioacuten (TEM) 20
424 Microscopia Electroacutenica de Barrido (SEM) 21
425 Anaacutelisis Termogravimeacutetrico (TGA) 22
426 Isotermas de Adsorcioacuten-Desorcioacuten de N2 a -196degC 23
x
427 Magnetizacioacuten del material 24
428 Adsorcioacuten de Faacutermacos en Nanotubo Fe3O4 y en
nanotransportador hiacutebrido Fe3O4-PAMAM
26
5 DISCUSOacuteN Y ANAacuteLISIS DE RESULTADOS 28
51 Caracterizacioacuten de los nanomateriales 28
511 Espectroscopia de infrarrojo con transformada de Fourier 28
512 Anaacutelisis Termogravimeacutetrico 29
513 Isotermas de Adsorcioacuten-Desorcioacuten de N2 a -196degC 31
514 Difraccioacuten de Rayos X 33
515 Microscopiacutea Electroacutenica de Barrido y Transmisioacuten 34
516 Propiedades magneacuteticas 37
52 Estudios de la adsorcioacuten de Faacutermacos en Nanotubo Fe3O4
y en nanotransportador hiacutebrido Fe3O4-PAMAM
40
521 Faacutermacos de intereacutes 40
522 Adsorcioacuten de PRX 44
523 Adsorcioacuten de SIL 49
6 CONCLUSIONES Y PERSPECTIVAS 54
REFERENCIAS 56
xi
IacuteNDICE DE FIGURAS
Paacutegina
Figura 1 Algunos tipos de nanomateriales utilizados en el
transporte de faacutermacos y para diagnoacutestico e imagen [17]
2
Figura 2 Esquemas de asociacioacuten componente orgaacutenico en
soportes soacutelidos (a) Adsorcioacuten (b) Adsorcioacuten por
formacioacuten de pares ioacutenicos y (c) Anclaje por enlace
covalente
6
Figura 3 Esquema de anclaje del AAC en el soporte [42] 7
Figura 4 Esquema general de la estructura de un dendriacutemero 9
Figura 5 Dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten (G3) 10
Figura 6 Sistema de reaccioacuten para realizar las modificaciones
superficiales de NT-Fe3O4
16
Figura 7 Esquema del equipamiento de un FT-IR 18
Figura 8 Difraccioacuten de Rayos X producida por los diferentes planos
de un cristal
19
Figura 9 Esquema de un microscopio electroacutenico de transmisioacuten 21
Figura 10 Esquema de un microscopio electroacutenico de barrido 22
Figura 11 Representacioacuten esquemaacutetica de un soacutelido poroso [71] 23
Figura 12 Representacioacuten de curva de magnetizacioacuten para un
material ferromagneacutetico [74]
25
Figura 13 Esquema del sistema de adsorcioacuten de faacutermacos en los
nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM
27
Figura 14 Espectro FT-IR de (a) NT-Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-PAMAM 28
Figura 15 Termogramas de los materiales realizados en atmoacutesfera
de O2 (a) NT- Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-GPTMS y (c) NT-
Fe3O4-PAMAM
30
Figura 16 Isoterma de adsorcioacutendesorcioacuten de N2 a -196degC para (a)
NT-Fe3O4 y (b) NT-Fe3O4-PAMAM
32
Figura 17 Difractograma de rayos X para (a) NT α-Fe2O3 (b) NT- 34
xii
Fe3O4 y (c) NT-Fe3O4-PAMAM
Figura 18 Imaacutegenes de SEM de los materiales (a) NT-Fe3O4 (b)
NT-Fe3O4-PAMAM
35
Figura 19 Micrografiacuteas de TEM de NT-Fe3O4 (a b) NT-Fe3O4-
PAMAM (e f) y las curvas de distribucioacuten del largo (c g) y
diaacutemetro externo (d h) para ambos NT-Fe3O4 y NT-
Fe3O4-PAMAM respectivamente
36
Figura 20 Curva de magnetizacioacuten obtenida para NT-Fe3O4 (a b) y
NT-Fe3O4-PAMAM (c d) utilizando un magnetoacutemetro de
muestra vibrante (VSM) a 17degC
39
Figura 21 Estructuras de los faacutermacos de intereacutes (a) Piroxicam y
(b) Silibinina
40
Figura 22 Cineacutetica y ajustes de modelos cineacuteticos de adsorcioacuten
para PRX en los nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-
Fe3O4-PAMAM
45
Figura 23 Esquema propuesto para la adsorcioacuten de PRX en los
sistemas sintetizados (A) Fe3O4-NT y (B) Fe3O4-NT-
PAMAM
45
Figura 24 Graacutefico de adsorcioacuten de PRX en los nanotransportadores
sintetizados considerando un modelo de difusioacuten
intrapartiacutecula en tres etapas
48
Figura 25 Cineacutetica y ajustes de modelos cineacuteticos de adsorcioacuten
para SIL en los nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-
Fe3O4-PAMAM
49
Figura 26 Graacutefico de adsorcioacuten de SIL en los nanotransportadores
sintetizados considerando un modelo de difusioacuten
intrapartiacutecula en tres etapas
52
xiii
IacuteNDICE DE TABLAS
Paacutegina
Tabla 1 Impacto en la masa molecular y en el tamantildeo de los
dendriacutemeros PAMAM seguacuten crece la generacioacuten [48]
11
Tabla 2 Porcentaje de peacuterdida de masa y material acoplado
GPTMS y PAMAM (G3) al NT-Fe3O4
31
Tabla 3 Superficie especiacutefica tamantildeo promedio de poro y volumen
de poro determinadas por las de BET y BJH [73 86] para
los materiales en base a NT-Fe3O4 sintetizados
33
Tabla 4 Resumen de paraacutemetros magneacuteticos para los materiales
preparados a 17degC
37
Tabla 5 Modelos cineacuteticos para la adsorcioacuten de PRX en los
adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM
46
Tabla 6 Modelo de difusioacuten intra-partiacutecula para la adsorcioacuten de
PRX en los adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM
considerando dos etapas determinantes en la adsorcioacuten
del faacutermaco y una tercera de equilibrio
49
Tabla 7 Modelos cineacuteticos para la adsorcioacuten de SIL en los
adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM
51
Tabla 8 Modelo de difusioacuten intra-partiacutecula para la adsorcioacuten de SIL
en los adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM
considerando dos etapas determinantes en la adsorcioacuten
del faacutermaco y una tercera de equilibrio
53
1
1 INTRODUCCIOacuteN
En la actualidad existe una amplia gama de faacutermacos disponibles para el
tratamiento de diferentes tipos de enfermedades En el tratamiento de un proceso
fisiopatoloacutegico se espera que la administracioacuten de los medicamentos se realice de
forma tal que alcance su lugar de accioacuten con una determinada concentracioacuten No
obstante algunos medicamentos muestran una escasa solubilidad en el plasma
sanguiacuteneo asiacute como tambieacuten en el medio inter-intracelular Por lo general solo el
1 de la dosis administrada llega al sitio diana mientras que el resto del faacutermaco
se distribuye a traveacutes del resto de ceacutelulas y tejidos Esta desventaja impone la
administracioacuten de altas dosis de faacutermacos para lograr un aumento de su
concentracioacuten local lo que provoca numerosos efectos toxicoloacutegicos e
inmunoloacutegicos indeseables [1-3]
Esta limitante estaacute siendo superada gracias al desarrollo de una variedad de
transportadores de faacutermacos los que actuacutean por asociacioacuten fiacutesica yo quiacutemica
entre la sustancia activa y el transportador Entre las muacuteltiples ventajas que
pueden aportar los transportadores de faacutermacos se destaca el control de las
concentraciones plasmaacuteticas y de la distribucioacuten tisular gracias a que protege la
sustancia activa contra la inactivacioacuten (quiacutemica enzimaacutetica o inmunoloacutegica) desde
el lugar de administracioacuten hasta el sitio de accioacuten [2 4-7] Los sistemas
transportadores han sido clasificados de acuerdo a su naturaleza quiacutemica o a su
tamantildeo pero en las uacuteltimas deacutecadas son aquellos denominados
nanotransportadores los que han mostrado los resultados maacutes promisorios en el
desarrollo de sistemas vectorizados de transporte y liberacioacuten de faacutermacos para el
tratamiento especiacutefico de enfermedades
Los nanotransportadores son sistemas que se caracterizan por ser de tamantildeo
nanomeacutetrico donde sus medidas pueden fluctuar entre 1 y 100 nm en una o maacutes
de sus dimensiones [8 9] (ver Figura 1) La adsorcioacuten del faacutermaco ocurre
generalmente al interior de cavidades del nanotransportador las cuaacuteles permiten
2
alojar las moleacuteculas de faacutermaco en un fenoacutemeno que se describe como
encapsulacioacuten [10 11] Dentro de los nanotransportadores de faacutermacos que
cumplen con estos requisitos se encuentran aqueacutellos que se basan en sistemas
inorgaacutenicos orgaacutenicos y aqueacutellos denominados hiacutebridos que son una mezcla de
ambos
De la familia de transportadores basados en nanomateriales (NM) inorgaacutenicos se
pueden mencionar algunos como nanotubos de carbono (CNTs) [12] nanotubos
de oacutexidos inorgaacutenicos como TiO2 [13] y Al2O3 [14] nanopartiacuteculas de oacutexidos
inorgaacutenicos como SiO2 [15] y Fe3O4 [16] entre otros La principal caracteriacutestica de
estos sistemas es su nula solubilidad en el plasma sanguiacuteneo La habilidad de
adsorber faacutermacos de estos materiales viene dada principalmente porque
disponen de un aacuterea superficial y porosidad que permiten el alojamiento del
faacutermaco al interior de los poros lo que ralentiza su liberacioacuten una vez internalizado
en el hueacutesped
Figura 1 Algunos tipos de nanomateriales utilizados en el transporte de faacutermacos
y para diagnoacutestico e imagen [17]
Los NM orgaacutenicos tambieacuten se han considerado una buena alternativa para su uso
como sistemas nanotransportadores de faacutermacos de los que se pueden mencionar
a los dendriacutemeros [18] micelas [19] poliacutemeros [20] y liposomas [21] entre otros A
diferencia de los materiales inorgaacutenicos los nanomateriales orgaacutenicos pueden
Poliacutemero lineal Quantum Dots Nanopartiacutecula
Micela polimeacuterica Liposoma Dendriacutemero
3
actuar de forma soluble o insoluble en el plasma sanguiacuteneo El principio de
adsorcioacuten se basa en la diferencia de afinidad del faacutermaco frente al medio
dispersante De forma general faacutermacos que son poco solubles en agua se
adsorben de forma efectiva en sistemas que posean cavidades hidroacutefobas
Los sistemas nanotransportadores hiacutebridos nacen de la necesidad de combinar
propiedades de los sistemas inorgaacutenicos yo orgaacutenicos con el fin de producir un
NM que muestre una alta sinergia entre ambos componentes en el proceso de
adsorcioacuten y liberacioacuten de faacutermacos [1314 22] Dependiendo de la naturaleza del
sistema hiacutebrido se pueden clasificar en hiacutebridos inorgaacutenicoinorgaacutenico [23]
hiacutebridos inorgaacutenicoorgaacutenico [24] e hiacutebridos orgaacutenicoorgaacutenico [25]
11 Nanomateriales magneacuteticos
Dentro de los NM inorgaacutenicos maacutes interesantes se encuentran las
nanoestructuras de oacutexidos hierro El oacutexido de hierro existe en la naturaleza en tres
fases magnetita (Fe3O4) maghemita (γ-Fe2O3) y hematita (α-Fe2O3) [26] La
magnetita presenta las propiedades maacutes interesantes entre todos los demaacutes
oacutexidos de hierro debido a la presencia de cationes de hierro en dos estados de
valencia (Fe2+ y Fe3+) en su estructura cubica centrada en la cara de tipo espinela
(AB2O4) inversa En ella el oxiacutegeno forma un empaquetado cuacutebico compacto
donde la mitad de los cationes Fe3+ ocupan sitios tetraeacutedricos (A) mientras que la
otra mitad de Fe3+ y los cationes Fe2+ ocupan los sitios octaeacutedricos (B) [27] lo cual
le confiere susceptibilidad magneacutetica
El nuacutemero de cationes Fe3+ en cada sitio de la red cristalina (tetraeacutedrico y
octaeacutedrico) es el mismo pero con direcciones opuestas del espiacuten magneacutetico por
lo tanto los momentos magneacuteticos de los cationes Fe3+ se anulan entre siacute como
resultado los cationes Fe2+ son los responsables del momento magneacutetico neto en
la magnetita Por lo cual la magnetita posee un comportamiento ferrimagneacutetico es
decir los espines magneacuteticos son antiparalelos y sus magnitudes son desiguales
4
El comportamiento de este material magneacutetico puede cambiar draacutesticamente
dependiendo del tamantildeo A medida que el tamantildeo de la estructura disminuye los
multidominios magneacuteticos cambian hasta obtener una estructura conformada por
un solo dominio magneacutetico [27-29] dando como resultado una nueva propiedad
magneacutetica denominada superpara-magnetismo Esta propiedad se define como la
capacidad de ciertos NM magneacuteticos que poseen alta susceptibilidad y saturacioacuten
de magnetizacioacuten bajo la influencia de un campo magneacutetico las que pierden
completamente una vez que se elimina el campo magneacutetico lo que resulta una
remanencia magneacutetica y coercitividad de cero [30] Debido a su baja toxicidad y
alta biocompatibilidad ademaacutes de la alta estabilidad mecaacutenica teacutermica y quiacutemica
la magnetita ha atraiacutedo mucho la atencioacuten para aplicaciones biomeacutedicas tales
como resonancia magneacutetica hipertermia magneacutetica terapia del caacutencer liberacioacuten
controlada de faacutermacos ingenieriacutea de tejidos entre otras [29-32]
Muchos esfuerzos tambieacuten se han llevado a cabo en la siacutentesis y propiedades de
las nanoestructuras de oacutexido de hierro con morfologiacuteas bien definidas como
nanocristales poliedros cubos varillas tubos entre otros [26] Varios meacutetodos
sinteacuteticos han sido reportados para la preparacioacuten de nanopartiacuteculas de oacutexido de
hierro que incluyen co-precipitacioacuten irradiacioacuten de ultrasonido siacutentesis
solvotermal siacutentesis hidrotermal microemulsioacuten siacutentesis viacutea microondas y la
descomposicioacuten teacutermica [33] La siacutentesis hidrotermal es una ruta de precipitacioacuten
en fase acuosa que se lleva a cabo en reactores que soportan altas presiones y
temperaturas la que se emplea ampliamente para sintetizar nanoestructuras
funcionales con formas especiacuteficas [26 27] ya que es un proceso simple y de alto
rendimiento con el cual se obtienen nano-arquitecturas de tamantildeo y morfologiacutea
reproducible [31]
Jia y colaboradores han reportado un proceso sencillo para producir nanoanillos
de Fe3O4 en el cual se utiliza la ruta hidrotermal con la participacioacuten de los
aniones dobles SO42- y H2PO4
- como controladores de la morfologiacutea para producir
Fe2O3 como base estructural el cual es sometido a un tratamiento de reduccioacuten en
5
atmoacutesfera de H2 para producir el material en base a magnetita [34] Este meacutetodo
abre la posibilidad de crear una gama de estructuras tridimensionales variando las
relaciones de iones SO42-H2PO4
- durante el tratamiento de siacutentesis hidrotermal
[34] Se ha demostrado que los iones SO42- tienen el efecto de aumentar el
tamantildeo de partiacutecula debido a que aumenta la superficie de las nanoestruturas
Fe2O3 formadas [35] La presencia de iones H2PO4- es el factor crucial que induce
la formacioacuten de una estructura tubular producto de la adsorcioacuten selectiva de iones
fosfato en la superficie de las partiacuteculas de Fe2O3 y su capacidad de coordinar con
los iones feacuterricos [36] Estas estructuras tubulares o nanotubos magneacuteticos (NT-
Fe3O4) no soacutelo conservan el fondo y la forma de una nanovarilla tambieacuten
proporcionan cavidad interna que lo proyectan como un material que permite la
encapsulacioacuten y liberacioacuten controlada de faacutermacos oligoacutemeros supramoleacuteculas
yo macromoleacuteculas entre otras especies [37] las cuales se pueden transportar
de forma segura en el sistema in vivo evitando la degradacioacuten hidroliacutetica o la
precipitacioacuten de faacutermacos hidroacutefobos durante la entrega en el sitio especiacutefico
La principal ventaja de los NT-Fe3O4 como transportadores de faacutermacos es que
pueden poseer la propiedad del para- o superpara-magnetismo para realizar un
seguimiento de la administracioacuten de faacutermacos El traslado de los NTs puede ser
controlado por un campo magneacutetico externo dirigieacutendolo de forma especiacutefica a los
sitios fisioloacutegicos de accioacuten [38] La combinacioacuten de las propiedades magneacuteticas
con una estructura tubular hace de los NT-Fe3O4 un candidato ideal como
nanotransportador empleado en aplicaciones biomeacutedicas La principal limitante
para el empleo de este tipo de sistemas es el tipo de moleacuteculas que pueden ser
adsorbidas ya que en general se ha observado que moleacuteculas de pequentildeo
tamantildeo no son adsorbidas en forma eficiente [34 39]
Una forma de poder superar la baja capacidad de adsorcioacuten de faacutermacos por parte
de los NT-Fe3O4 es generando sistemas hiacutebridos que sean capaces de incorporar
una segunda unidad que incrementen su capacidad de adsorcioacuten Esto se puede
conseguir recubriendo al NT-Fe3O4 con un segundo componente generalmente de
6
naturaleza orgaacutenica obtenido de una fuente natural o sinteacutetica proveyendo
nanoestructuras hibridas con propiedades mejoradas frente a sus componentes
puros La asociacioacuten del componente orgaacutenico con el NM inorgaacutenico puede
realizarse empleando 3 rutas tal como se muestra en la Figura 2
(a) (b) (c)
Figura 2 Esquemas de asociacioacuten componente orgaacutenico en soportes soacutelidos (a)
Adsorcioacuten (b) Adsorcioacuten por formacioacuten de pares ioacutenicos y (c) Anclaje por enlace
covalente
La asociacioacuten por formacioacuten de enlaces covalentes ha sido la teacutecnica maacutes
prometedora y puede llevarse a cabo gracias al uso de moleacuteculas intermediarias
denominadas agentes de acople los cuales son capaces de modificar la superficie
de un soacutelido inorgaacutenico y a su vez unirse covalentemente al estabilizante a traveacutes
de una funcioacuten orgaacutenica reactiva Algunos agentes de acople (AAC) se pueden
clasificar en cuatro grupos aacutecidos carboxiacutelicos poliacutemeros silanos y moleacuteculas
organofosforadas Los AAC del tipo silano son los maacutes utilizadas en los NM
inorgaacutenicos la formula general de este tipo AAC muestra dos clases de
funcionalidades (R1-(CH2)n-Si-(R2)3) Los grupos R1 representan al grupo orgaacutenico
funcional como NH2 SH epoxi metacrilato etc y los grupos R2 representan a un
grupo funcional hidrolizable tal como OCH3 OCH2CH3 o Cl [40 41]
7
Debido a que la superficie de NM inorgaacutenicos de tipo oacutexido poseen grupos
hidroxilos (-OH) eacutestos se utilizan como sitios de reaccioacuten para el proceso de
anclaje El proceso de acoplamiento se logra a traveacutes de la reaccioacuten quiacutemica
entre los grupos trialcoacutexido del AAC y los grupos hidroxilos superficiales del NM
inorgaacutenico [41] tal como se muestra en el esquema de la Figura 3
Figura 3 Esquema de anclaje del AAC en el soporte [42]
Dependiendo de la naturaleza de la moleacutecula orgaacutenica a anclar hay dos formas de
incorporarla en la superficie del soporte anclaje de AAC en la superficie del NM y
posterior reaccioacuten con la moleacutecula de intereacutes o reaccioacuten previa entre moleacutecula y
AAC para realizar el posterior anclaje en la superficie del NM
En este contexto se ha propuesto que la utilizacioacuten de sistemas
nanotransportadores hiacutebridos podriacutean mejoran las variadas limitaciones que
presentan la mayoriacutea de los sistemas nanotransportadores basados en materiales
inorgaacutenicos con baja capacidad de adsorcioacuten Algunos sistemas hiacutebridos
8
propuestos para la adsorcioacuten de faacutermacos han sido nanopartiacuteculas de siacutelice
funcionalizadas con poliacutemeros que contienen guanidina donde se ha estudiado el
comportamiento de carga y liberacioacuten de doxorrubicina y sulfasalazina [22]
nanopartiacuteculas de ZnO-poli(N-isopropilacrilamida) en las cuales se ha estudiado la
liberacioacuten del faacutermaco doxorrubicina en ceacutelulas tumorales [43] nanotubos de
carbono-dendriacutemero los cuales han permitido el aumento significativo de la
solubilidad del faacutermaco carvedilol [44] nanotubos de TiO2 y Al2O3 acoplados a
dendriacutemeros PAMAM cuyo objetivo es combinar las propiedades de adsorcioacuten y
liberacioacuten de metotrexato silibinina y curcumina [13 14]
12 Dendriacutemeros
En el uacuteltimo tiempo ha habido un creciente intereacutes en el uso de macromoleacuteculas
sinteacuteticas en base a poliacutemeros de masa molar controlada y estructura quiacutemica
definida como vectores en la administracioacuten controlada de faacutermacos y otras
aplicaciones terapeacuteuticas o de diagnoacutestico donde se destacan los dendriacutemeros
[45] Los dendriacutemeros son una clase de macromoleacuteculas polimeacutericas de forma
globular altamente ramificadas y monodispersas que constan de un nuacutecleo
central a partir del cual se originan una serie de ramificaciones La palabra
dendriacutemero deriva del teacutermino griego dendron que significa aacuterbol y meros es
decir parte La estructura de un dendriacutemero incluye tres partes un nuacutecleo central
unidades ramificadas y grupos superficiales Las unidades ramificadas estaacuten
dispuestas en capas denominadas generaciones (G) y la zona de la cual emergen
estas ramificaciones se conoce como nodo [23] tal como se muestra en la Figura
4 El tamantildeo de los dendriacutemeros variacutea entre 10-130 Aring de diaacutemetro dependiendo
de la generacioacuten del dendriacutemero [45-47] A pesar de su gran tamantildeo molecular
muestran una muy baja polidispersidad en comparacioacuten con los poliacutemeros
sinteacuteticos tradicionales [48]
La principal ventaja de los dendriacutemeros es que de acuerdo a su estructura
quiacutemica poseen cavidades hidrofoacutebicas caraacutecter que se acentuacutea a medida que
9
crece la generacioacuten del dendriacutemero Esta propiedad favorece la adsorcioacuten de
faacutermacos poco solubles en su interior destacaacutendolos como agentes de transporte
para faacutermacos poco solubles [49-52]
Figura 4 Esquema general de la estructura de un dendriacutemero
Fuente Elaboracioacuten propia
Por otra parte estos nanotransportadores poseen en su superficie un nuacutemero
definido de grupos funcionales (amino carboxilo hidroxilo etc) los que le
confieren una gran versatilidad ya que no soacutelo poseen capacidad para la
adsorcioacuten de faacutermacos en la cavidad interna de la macromoleacutecula sino que al
mismo tiempo los grupos funcionales superficiales permiten realizar
modificaciones brindaacutendoles una alta capacidad de vectorizacioacuten [17 53]
Los dendriacutemeros poliamidoaminas (PAMAM) fueron la primera familia de
dendriacutemeros sintetizados y caracterizados [54] siendo uno materiales de mayor
intereacutes en estudios de nanotransportadores en relacioacuten a su biocompatibilidad Los
dendriacutemeros PAMAM estaacuten constituidos por un nuacutecleo de 12-etilendiamina y
ramificaciones de poliamidoamina [48] En solucioacuten acuosa estos poliacutemeros se
comportan como polielectrolitos ya que las aminas terciarias presente en la
cavidad interna (pKa 30 ndash 60) y las aminas primarias superficiales del dendriacutemero
Nuacutecleo
Ramas
Punto divergente
Grupos funcionales
superficiales
10
(pKa 94 ndash 97) pueden ser protonadas a diferentes pH [13 51] lo cual conlleva a
un cambio en la conformacioacuten tamantildeo y carga del dendriacutemero Los dendriacutemeros
PAMAM estaacuten disponibles comercialmente hasta la deacutecima generacioacuten (G10) Los
de baja generacioacuten (G1-G3) son poco sensibles a los cambios frente a variaciones
de pH poseen conformaciones abiertas [55] y cavidades internas que permiten la
encapsulacioacuten de faacutermacos hidroacutefobos mientras que los grupos superficiales
estaacuten disponibles para interacciones electrostaacuteticas o conjugacioacuten covalente En la
Figura 5 se observa un dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten (G3)
Figura 5 Dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten (G3) Fuente Elaboracioacuten
propia
En la Tabla 1 se puede observar algunas propiedades de los PAMAM A medida
que aumenta la generacioacuten del dendriacutemero hay un aumento progresivo de su
11
tamantildeo (aprox 10 nm en cada generacioacuten) y como consecuencia se observa un
incremento exponencial en el nuacutemero de grupos aminos superficiales
Los dendriacutemeros PAMAM han demostrado ser efectivos como
nanotransportadores de faacutermacos pues poseen baja citotoxicidad son
biodegradables y no inmunogeacutenicos por lo menos hasta la generacioacuten 5 [56 57]
Tabla 1 Impacto en la masa molecular y en el tamantildeo de los dendriacutemeros
PAMAM seguacuten crece la generacioacuten [48]
Dendriacutemeros
PAMAM
generacioacuten
Masa molecular
(kDa)
Diaacutemetro en
nanoacutemetros (nm)
Nuacutemero de
grupos en
superficie
0 0517 15 4
1 1430 22 8
2 3256 29 16
3 6909 36 32
4 14215 45 64
5 28826 54 128
6 58048 67 256
7 116493 81 512
8 233383 97 1024
9 467162 114 2048
10 934720 135 4096
Algunos ejemplos reportados en bibliografiacutea han demostrado el aumento de la
solubilidad de algunos faacutermacos poco solubles en medio acuoso como nifedipina
adsorbida en PAMAM-G3 y PAMAM-G4 [58] aacutecido mefenaacutemico adsorbida en
PAMAM-G2 y PAMAM-G3 [51] piroxicam en PAMAM-G3 [59] metotrexato y
adriamicina en complejos PAMAM-G3-pegilado y PAMAM-G4-pegilado [60] entre
otros
12
La principal aplicacioacuten de los PAMAM como nanotransportadores ha sido en la
adsorcioacuten y liberacioacuten de faacutermacos antineoplaacutesicos [61] Lamentablemente los
sistemas PAMAM no muestran especificidad como para considerarlos potenciales
candidatos para terapias dirigidas en el tratamiento de enfermedades sin ser
previamente vectorizados Es por esto que la investigacioacuten que se ha desarrollado
en los uacuteltimos 10 antildeos ha estado focalizada en la siacutentesis de nanotransportadores
PAMAM modificados con algunas moleacuteculas capaces de conferirle especificidad
en orden a aumentar la liberacioacuten de los faacutermacos adsorbidos en la zona donde se
encuentran los receptores farmacoloacutegicos para asiacute disminuir al miacutenimo su
concentracioacuten en otras zonas del organismo [62 63] Ademaacutes variados estudios
han mostrado que los dendriacutemeros PAMAM poseen una limitada capacidad de
adsorcioacuten de faacutermacos soacutelo de unos cuantos miligramos de faacutermaco por gramo de
dendriacutemero Esto unido a la raacutepida liberacioacuten de las moleacuteculas de faacutermacos bajo
condiciones fisioloacutegicas impone el desarrollo de nuevas estrategias para el disentildeo
de nanotransportadores de faacutermacos en base a dendriacutemeros PAMAM
13 Nanomateriales hiacutebridos oacutexido inorgaacutenicoPAMAM
Dada la capacidad de adsorber faacutermacos del sistema PAMAM y su habilidad de
poder sufrir modificaciones en sus grupos aminos superficiales es que se ha
considerado como un componente que mejorariacutea la capacidad de adsorcioacuten de
faacutermacos poco solubles en sistemas inorgaacutenicos De acuerdo a la experiencia del
grupo de investigacioacuten se sabe que la preparacioacuten de nanotransportadores
hiacutebridos en base a nanotubos de TiO2 y Al2O3 acoplados con dendriacutemeros
PAMAM G3 han demostrado un incremento en la capacidad de adsorcioacuten de
faacutermacos poco solubles como metotrexato silibinina y curcumina [13 14]
En base a las evidencias previas reportadas en relacioacuten al empleo de materiales
hiacutebridos en base a nanotubos de oacutexidos inorgaacutenicos acoplados a dendriacutemeros
PAMAM y las caracteriacutesticas de NM del tipo NT-Fe3O4 es que se ha propuesto la
siacutentesis caracterizacioacuten y evaluacioacuten de la capacidad de adsorcioacuten de faacutermacos
13
de materiales en base a NT-Fe3O4 acoplados a PAMAM G3 los que podriacutean
constituir sistemas con una capacidad de adsorcioacuten superior respecto del NT-
Fe3O4 ademaacutes de exhibir propiedades para- o superpara-magneacuteticas que le
confeririacutean la capacidad de ser magneto-dirigido a los sitios de accioacuten Se espera
realizar la inmovilizacioacuten por medio de la unioacuten covalente entre el NT-Fe3O4 y
PAMAM mediada por un agente de acople de tipo 3-glicidoxipropil-trimetoxisilano
(GPTMS) Los estudios de adsorcioacuten se hicieron con dos faacutermacos poco solubles
como modelos silibinina (SIL) y piroxicam (PRX) empleando como adsorbentes
NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM G3
14
2 HIPOacuteTESIS
La inmovilizacioacuten covalente del dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten en un
NT magneacutetico en base a Fe3O4 permitiraacute adsorber efectivamente faacutermacos que
poseen baja solubilidad en agua
3 OBJETIVOS
31 OBJETIVO GENERAL
Sintetizar un nanotransportador hiacutebrido Fe3O4-PAMAM (G3) con la capacidad de
adsorber faacutermacos con baja solubilidad en agua
32 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
Sintetizar y caracterizar una nanoestructura magneacutetica basada en nanotubos
de Fe3O4 obtenidos por una reduccioacuten de nanotubos Fe2O3
Funcionalizar la nanoestructura magneacutetica con agente de acople por medio de
enlaces covalentes
Obtener un nanomaterial hiacutebrido basado en la inmovilizacioacuten covalente del
dendriacutemero PAMAM en la nanoestructura magneacutetica funcionalizada
Estudiar la adsorcioacuten de los faacutermacos piroxicam y silibinina en el nanomaterial
hiacutebrido
15
4 PARTE EXPERIMENTAL
41 Siacutentesis de los nanotransportadores
411 Siacutentesis de nanotubos de magnetita (Fe3O4)
Para la obtencioacuten de estos nanotubos magneacuteticos primero se realizoacute la siacutentesis de
nanotubos de hematita (α-Fe2O3) como precursor de forma los que fueron
obtenidos por tratamiento hidrotermal de una mezcla de disoluciones de
FeCl36H2O (JTBakerreg) NH4H2PO4 (Sigma-Aldrichreg) y Na2SO4 (Merckreg) de
acuerdo al trabajo reportado por Jia y colaboradores [34] Las relaciones molares
empleadas de la sal precursora y los agentes directores de estructura fueron
FeCl3NH4H2PO4Na2SO4 36121 las que se prepararon en agua desionizada y se
llevaron a un autoclave de 100 mL de capacidad La mezcla se calentoacute a 220degC
durante 48h El precipitado obtenido se separoacute por centrifugacioacuten y se lavoacute tres
veces con agua desionizada y etanol absoluto (Merckreg) respectivamente Despueacutes
el soacutelido se secoacute en una estufa a vaciacuteo por 12h a 80degC para obtener los nanotubos
de Fe2O3 Finalmente los NT-Fe3O4 fueron obtenidos por reduccioacuten de los NT-
Fe2O3 a 360degC bajo flujo continuo de H2 5vv en Ar durante 5h en una rampa de
calentamiento de 1degCmin El rendimiento de la siacutentesis fue de un 91
412 Funcionalizacioacuten de NT-Fe3O4 con el agente de acople
3-glicidoxipropil-trimetoxisilano
Los NT-Fe3O4 se dispersaron en tolueno (Merckreg) seco el cual fue previamente
desgasificado con N2 por 1h en un reactor de vidrio provisto de agitacioacuten mecaacutenica
y atmoacutesfera controlada (ver Figura 6) Al tolueno se agregoacute 1 g de NT- Fe3O4
formando una dispersioacuten negra la que se calentoacute hasta alcanzar la temperatura de
ebullicioacuten Una vez alcanzada la temperatura deseada se inyectoacute el agente de
acople 3-glicidoxipropil-trimetoxisilano (GPTMS 98 Aldrichreg) en relacioacuten 1 mL
GPTMS por 1 g de soporte [13 14] La reaccioacuten se mantuvo a reflujo por 24h Una
16
vez obtenido NT-Fe3O4-GPTMS se lavoacute con acetona (Merckreg) para eliminar el
exceso de GPTMS y se secoacute en estufa a vaciacuteo por 12h a 40degC El rendimiento de
la reaccioacuten acople se determinoacute por medio de anaacutelisis termogravimeacutetrico el cual se
adjunta en la seccioacuten 512
Figura 6 Sistema de reaccioacuten para realizar las modificaciones superficiales de NT-
Fe3O4 Fuente Elaboracioacuten propia
413 Acoplamiento de NT-Fe3O4-GPTMS con dendriacutemero PAMAM
En un reactor de vidrio provisto de agitacioacuten mecaacutenica (Figura 6) se agregaron
050 g de NT-Fe3O4-GPTMS con 25 mL de dimetilsulfoacutexido (DMSO Merckreg) seco
generaacutendose una dispersioacuten negra que se agitoacute durante 1h en N2 a 40degC
Posteriormente se disolvioacute 863 mg de dendriacutemero PAMAM G3 (20 mm en
metanol Sigma-Aldrichreg) seco en 5 mL de DMSO seco y se agregoacute al sistema de
reaccioacuten el cual se mantuvo en agitacioacuten mecaacutenica y a 40degC por un periodo de
48h El material obtenido se lavoacute exhaustivamente con metanol (Merckreg) para
eliminar los restos de DMSO y PAMAM adsorbidos Por uacuteltimo el soacutelido NT-Fe3O4-
PAMAM se secoacute al vaciacuteo a 40degC por un periodo de 24h El rendimiento de la
reaccioacuten conjugacioacuten se determinoacute por medio de anaacutelisis termogravimeacutetrico el cual
se adjunta en la seccioacuten 512
17
42 Caracterizacioacuten de los sistemas
421 Espectroscopia de Infrarrojo con Transformada de Fourier (FT-IR)
Un espectro IR se obtiene al pasar radiacioacuten IR a traveacutes de una muestra y
determinar que fraccioacuten de esta radiacioacuten incidente ha sido absorbida La energiacutea
particular a la que aparece cada banda en el espectro guarda relacioacuten con la
frecuencia de vibracioacuten de una parte de la moleacutecula Los espectros en la regioacuten
infrarroja estaacuten asociados a las transiciones entre niveles de energiacutea vibracional
estos niveles corresponden a vibraciones tensioacuten-contraccioacuten (stretching) y
flexiones (bending) de los enlaces y otros movimientos complejos de las moleacuteculas
[64] La regioacuten IR del espectro electromagneacutetico se encuentra entre 14290-10 cm-1
El intervalo que abarca la espectroscopia infrarroja puede dividirse en tres
regiones IR cercano (NIR) 14290-4000 cm-1 IR medio 4000-400 cm-1 IR lejano
400-10 cm-1 siendo en el IR medio donde se dan la mayoriacutea de las aplicaciones
analiacuteticas tradicionales
En los experimentos comunes de FT-IR un haz de luz infrarroja atraviesa la
muestra y se registra la cantidad de energiacutea absorbida a cada longitud de onda
Esto puede lograrse barriendo el espectro con un haz de luz monocromaacutetico el
cual cambia su longitud de onda a traveacutes del tiempo o usando una transformada de
Fourier para medir todas las longitudes de onda a la vez como se muestra en la
Figura 7 A partir de esto se obtiene un espectro de transmitancia o absorbancia
el cual permite una interpretacioacuten de la naturaleza de los enlaces quiacutemicos
presentes La teacutecnica de FTIR se ha utilizado para estudiar materiales de tamantildeo
nanoescala como moleacuteculas funcionales injertadas covalentemente en nanotubos
de carbono [65] y nanotubos de TiO2 acoplados a dendriacutemero PAMAM [13]
18
Figura 7 Esquema del equipamiento de un FT-IR Fuente Elaboracioacuten propia
Equipamiento
Los materiales puros e hiacutebridos se analizaron en el equipo Nicolet marca Nexus
FT-IR en la zona del IR medio usando como blanco pastilla KBr Para ello se
homogeneizoacute 1 mg de muestra en 100 mg KBr seguido por la obtencioacuten de la
pastilla en prensa hidraacuteulica por uacuteltimo se colocoacute en el portamuestra la pastilla y se
midioacute el espectro a temperatura ambiente barriendo nuacutemeros de onda en el
intervalo medio (4000-400 cm-1) y con un nuacutemero de acumulaciones de 64 scan
422 Difraccioacuten de Rayos X (DRX)
Los rayos X son una forma de radiacioacuten electromagneacutetica que tiene elevada
energiacutea y corta longitud de onda del orden de los espacios interatoacutemicos de los
soacutelidos Cuando un haz de rayos X atraviesa un soacutelido la radiacioacuten se dispersa al
interaccionar con los electrones de los aacutetomos En este caso cada capa de aacutetomos
reflejara parte del haz de rayos X los haces reflejados en las capas sucesivas de
aacutetomos del soacutelido pueden presentar ondas que en una determinada direccioacuten
concuerdan en fase con las ondas reflejadas por otras capas es decir se produce
una interferencia constructiva a este fenoacutemeno se le llama difraccioacuten de rayos X
19
La difraccioacuten de rayos X se puede describir simplemente como la reflexioacuten de un
haz de rayos X incide sobre los planos cristalinos de una muestra soacutelida
empleando la ley de Bragg tal como se muestra en la Figura 8 [64]
Figura 8 Difraccioacuten de Rayos X producida por los diferentes planos de un cristal
Fuente Elaboracioacuten propia
La teacutecnica de difraccioacuten maacutes comuacuten utiliza una muestra pulverizada o policristalina
consistente en muchas partiacuteculas diminutas y orientadas al azar que se exponen a
una radiacioacuten de rayos X monocromaacutetica Como cada partiacutecula de polvo es un
cristal teniendo una gran cantidad de ellos orientados libremente se asegura que
algunas partiacuteculas esteacuten orientadas adecuadamente para que sus planos
cristalograacuteficos cumplan las condiciones para la difraccioacuten y de esta forma obtener
perfiles de difraccioacuten tiacutepicos de cada material
Equipamiento
En este estudio se utilizoacute el difractoacutemetro Rigaku modelo Geigerflex II empleando
el meacutetodo de polvo y usando como estaacutendar interno silicio (cuarzo) La muestra
previamente pulverizada se coloca en un porta objeto para ser irradiado con la
liacutenea κα1 del anticaacutetodo de Fe (λ 19360 Aring) a 35kV y 15mA usando un filtro de
manganeso para eliminar la liacutenea de κβ
20
423 Microscopiacutea Electroacutenica de Transmisioacuten (TEM)
La teacutecnica maacutes utilizada para la caracterizacioacuten de nanomateriales es la
microscopia electroacutenica de transmisioacuten (TEM) la que ofrece imaacutegenes directas de
los nanomateriales con una resolucioacuten espacial hasta el nivel de las dimensiones
atoacutemicas 10-9 m [66] El fundamento del TEM se basa en un haz de electrones que
manejados a traveacutes de lentes electromagneacuteticas se proyecta sobre una muestra
muy delgada situada en una columna de alto vaciacuteo Electrones que atraviesan la
muestran son recogidos y focalizados por la lente objetivo generando una imagen
intermedia ampliada La imagen es ampliada auacuten maacutes gracias a las lentes
proyectoras las cuales controlan la ampliacioacuten de la imagen en la pantalla
fluorescente como se muestra de forma esquemaacutetica en la Figura 9 [67] El TEM
mejora los anaacutelisis morfoloacutegicos y estructurales de nanomateriales ademaacutes
proporciona una mejor resolucioacuten espacial y la capacidad para mediciones
analiacuteticas adicionales [66]
Equipamiento
Las muestras analizadas fueron previamente tratadas tomando una pequentildea
porcioacuten del soacutelido el que se molioacute y disgregoacute en un mortero de aacutegata hasta obtener
un polvo fino Eacuteste se dispersoacute en una mezcla de etanolagua (50 vv) y se
sembroacute en una gradilla de cobre recubierta por una capa de carboacuten y colodioacuten Las
muestras fueron analizadas en un microscopio TEM modelo JEOL JEM -1200EX
II con una resolucioacuten de 5Aring a 120Kv las imaacutegenes obtenidas fueron trabajadas en
el software ImageJ donde se determinaron los diaacutemetros promedio y el largo
promedio de las partiacuteculas empleando la data estadiacutestica entregada directamente
por el software
21
Figura 9 Esquema de un microscopio electroacutenico de transmisioacuten Fuente
Elaboracioacuten propia
424 Microscopia Electroacutenica de Barrido (SEM)
La microscopia electroacutenica de barrido (SEM) es una teacutecnica que permite la
observacioacuten y caracterizacioacuten superficial de materiales inorgaacutenicos y orgaacutenicos
entregando informacioacuten morfoloacutegica del material analizado ademaacutes del
procesamiento y anaacutelisis de imaacutegenes obtenidas Las principales utilidades del
SEM son su alta resolucioacuten la gran profundidad de campo que resuelve una
imagen tridimensional de la muestra y la relativa sencillez de preparacioacuten de las
muestras [66 68] La imagen entregada por el SEM se genera por la interaccioacuten de
un haz de electrones que barre un aacuterea determinada sobre la superficie de la
muestra tal como se muestra la Figura 10 La teacutecnica consiste en hacer incidir en
la muestra un haz de electrones Este bombardeo de electrones provoca la
aparicioacuten de diferentes sentildeales que captadas con detectores adecuados
proporcionan informacioacuten acerca de la naturaleza de la muestra
22
Figura 10 Esquema de un microscopio electroacutenico de barrido Fuente Elaboracioacuten
propia
Equipamiento
Las materiales se analizaron tomando 10 mg de muestra deposinatnadolos en un
porta objeto de aluminio y posteriormente fue analizado en microscopio SEM
modelo JEOL JSM-6380LV
425 Anaacutelisis Termogravimeacutetrico (TGA)
El anaacutelisis termogravimeacutetrico (TGA) es una teacutecnica que consiste en la medida
continua en funcioacuten de la temperatura de la ganancia o peacuterdida de la masa de un
compuesto en una atmoacutesfera determinada [69] Este anaacutelisis suministra
informacioacuten acerca de la estabilidad teacutermica y la composicioacuten porcentual de la
muestra original La instrumentacioacuten utilizada en termogravimetriacutea se denomina
termobalanza y consta baacutesicamente de cinco elementos balanza de precisioacuten
horno calefactor controlado por un programador sensor de temperatura (termopar)
sistema de admisioacuten de gases y sistema de adquisicioacuten de datos Las condiciones
requeridas para la balanza son anaacutelogas a cualquier balanza analiacutetica exactitud
sensibilidad y reproducibilidad
23
Equipamiento
Las muestras fueron llevadas a un analizador teacutermico modelo TGASDTA 851e
Los perfiles de descomposicioacuten teacutermica se barrieron entre 25-1000degC a una
velocidad de calentamiento de 5degC min-1 en un flujo de 20 mLmin-1 de N2 u O2
empleando un crisol de Al2O3
426 Isotermas de Adsorcioacuten-Desorcioacuten de N2 a -196degC
La caracterizacioacuten superficial de materiales porosos como oacutexidos metaacutelicos
zeolitas o poliacutemeros orgaacutenicos mediante isotermas de adsorcioacuten-desorcioacuten permite
determinar paraacutemetros tales como el aacuterea superficial el volumen y la distribucioacuten
del tamantildeo de poros [13 70] Cualquier material soacutelido que contiene cavidades
canales o intersticios puede ser considerado como poroso (Figura 11) Los poros
se pueden clasificar en cerrados y abiertos Los cerrados son aquellos que influyen
en propiedades macroscoacutepicas como densidad o resistencia mecaacutenica pero no
son accesibles a procesos de adsorcioacuten Los abiertos a su vez se pueden
clasificar seguacuten su forma o manera de conexioacuten con el exterior La rugosidad de la
superficie externa de la muestra se distingue de la porosidad en que su
profundidad es menor que su anchura
Figura 11 Representacioacuten esquemaacutetica de un soacutelido poroso [71]
24
La estructura porosa se analiza mediante isotermas de adsorcioacuten de gases Esta
consiste en la adsorcioacuten fiacutesica de un gas (adsorbato) sobre un soacutelido (adsorbente)
a una temperatura dada para distintas presiones relativas de gas
Los adsorbatos maacutes utilizados son el N2 CO2 CO NO benceno y algunos
hidrocarburos alifaacuteticos de cadena corta La adsorcioacuten de N2 a -196degC (77 K) es la
maacutes utilizada debido a que cubre todo el rango de porosidad e interacciona
deacutebilmente con la mayoriacutea de los soacutelidos Ademaacutes la misma isoterma puede ser
utilizada para el anaacutelisis del tamantildeo de poro y para superficie especifica empleando
una variedad de modelos El modelo maacutes usado es el de Brunauer-Emett-Teller
(BET) el cual se basa en dos hipoacutetesis principales a) la superficie del adsorbente
se supone uniforme y no porosa b) las moleacuteculas del gas se adsorben sobre la
superficie en capas sucesivas completas o no en equilibrio dinaacutemico entre siacute y
con las moleacuteculas del gas [72 73]
Equipamiento
Los valores de superficie especiacutefica se obtuvieron a partir de las isotermas de
adsorcioacuten de nitroacutegeno a -196degC realizados en un equipo automaacutetico Micromeritics
modelo ASAP 2010 en el rango de presioacuten relativa de 005-03 Se utilizoacute el meacutetodo
BET para calcular las superficies especiacuteficas utilizando la parte lineal del graacutefico de
acuerdo con las recomendaciones de la IUPAC El volumen de poro y las
distribuciones de tamantildeo de poro fueron calculados a partir de las ramas de
desorcioacuten de las isotermas utilizando el meacutetodo de Barret-Joyner-Halenda (BHJ)
427 Magnetizacioacuten del material
Cuando un material se expone a un campo magneacutetico el giro de sus electrones
producen un momento magneacutetico paralelo al campo al que estaacute expuesto esto es
en el material se ha inducido una magnetizacioacuten (M) que es proporcional al campo
magneacutetico externo (H)
25
En la Figura 12 se observa la curva de magnetizacioacuten de un material
ferromagneacutetico que corresponde a un graacutefico de la magnetizacioacuten (M) frente a un
campo aplicado (H) Inicialmente a medida que aumenta la intensidad del campo
aplicado H M tambieacuten aumenta hasta alcanzar el punto de saturacioacuten Ms
Entonces cuando la intensidad del campo H comienza a disminuir por debajo del
punto de saturacioacuten M no lo hace en la misma proporcioacuten que antes sino que a
valores correspondientes a la curva superior Esto comportamiento se conoce
como histeacuteresis y se produce porque los dominios magneacuteticos que se alinean con
un incremento del campo no vuelven a su orientacioacuten original si el campo es
menor Cuando el campo aplicado H regresa al valor cero el material aun
presenta magnetizacioacuten denominada magnetizacioacuten remanente Mr Para eliminar
la magnetizacioacuten remanente se debe aplicar un campo Hc en sentido contrario al
campo inicialmente aplicado conocido como campo coercitivo Si se continuacutea
aumentando el campo se produce otra saturacioacuten en direccioacuten contraria Si desde
esa posicioacuten se disminuye el campo aplicado se vuelve a repetir el mismo
comportamiento dando lugar auacuten ciclo de histeacuteresis [74]
Figura 12 Representacioacuten de curva de magnetizacioacuten para un material
ferromagneacutetico [74]
26
Los paraacutemetros Ms Mr y Hc obtenidos a partir de la curva de magnetizacioacuten
corresponden a propiedades intriacutensecas de un material aunque los uacuteltimos dos
paraacutemetros mencionados no solo depende del tipo del material sino ademaacutes del
tamantildeo y forma del material temperatura y defecto del material [75]
Con la finalidad de comparar el comportamiento magneacutetico de diferentes materiales
frente a un campo aplicado eacutestos se pueden clasificar en diamagneacutetico
paramagneacutetico ferromagneacutetico (Figura 12) ferrimagneacutetico superparamagneacutetico
antiferromagneacutetico El instrumento maacutes utilizado en los anaacutelisis de materiales
magneacuteticos es el magnetoacutemetro de muestra vibrante (VSM) disentildeado para la
medicioacuten de la magnetizacioacuten y del cual se obtiene el ciclo de histeacuteresis [76 77]
Equipamiento
Para las curvas de magnetizacioacuten se pesaron 10 mg de las muestras las que se
depositaron en caacutepsula de policarbonato Dicha caacutepsula fue llevada al portamuestra
del magnetoacutemetro de muestra vibrante (VSM) modelo MLVSM9 MagLab 9T Oxford
Instrument Todas las mediciones se realizaron a 17degC
428 Adsorcioacuten de Faacutermacos en Nanotubo Fe3O4 y en nanotransportador
hiacutebrido Fe3O4-PAMAM
Los ensayos se disentildearon para seguir la adsorcioacuten del faacutermaco en funcioacuten del
tiempo Para ello en un vaso de precipitado colocado sobre una placa agitadora
con control de temperatura se contactan 200 mL de una disolucioacuten acuosa de SIL
(005 mgmL) con 10 mg del nanotransportador dispersos en 2 mL de agua
desionizada y colocados en el interior de bolsa de diaacutelisis (Thermo Scientific
SnakeSkin Dialysis Tubing 10K MWCO 22mm) tal como se muestra
esquemaacuteticamente en la Figura 13 La cineacutetica de la adsorcioacuten se siguioacute por medio
de espectroscopia de UV-visible tomando aliacutecuotas de 10 mL y monitoreadas a
una longitud de onda de maacutexima absorcioacuten (λmaacutex) del faacutermaco (288 nm) cada una
hora empleando un espectrofotoacutemetro UV-VIS (UV2310IISpectrophotometer) hasta
27
que no se detecta variacioacuten en las lecturas absorbancia en funcioacuten
Figura 13 Esquema del sistema de adsorcioacuten de faacutermacos en los
nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
El mismo procedimiento fue empleado para evaluar la capacidad de encapsulacioacuten
de piroxicam (PRX) donde se empleoacute una concentracioacuten inicial de 001 mgmL y
las medidas de absorbancia se siguieron a λmaacutex = 350 nm Todas las medidas de
absorbancia se realizaron por triplicado y la cuantificacioacuten se realizoacute empleando las
respectivas curvas de calibracioacuten de cada faacutermaco Para ambos sistemas NT-
Fe3O4 y Fe3O4-PAMAM las medidas de encapsulacioacuten se realizaron por duplicado
28
5 DISCUSIOacuteN Y ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
51 Caracterizacioacuten de los nanomateriales
511 Espectroscopia de infrarrojo con transformada de Fourier
La caracterizacioacuten espectroscoacutepica por FT-IR entrega informacioacuten sobre los
grupos superficiales existente en una muestra En la Figura 14 se observa el
espectro de NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM En el caso de NT-Fe3O4 se observa
una banda a 574 cm-1 que corresponde al stretching del enlace de Fe-O de la
magnetita seguido por la banda ubicada entre 945-980 cm-1 asociada al bending
del enlace FendashOndashH atribuido a los grupos hidroxilos adsorbidos en la superficie de
NT-Fe3O4 El bending a 1628 cm-1 se asigna a la vibracioacuten de las moleacuteculas de
H2O fisisorbidas sobre la superficie de la magnetita [78] por uacuteltimo entre 3090-
3430 cm-1 se observa una banda ancha correspondiente al stretching de los
grupos FendashOH superficiales [79 80]
Figura 14 Espectro FT-IR de (a) NT-Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-PAMAM Fuente
Elaboracioacuten propia
29
El NT-Fe3O4-PAMAM tiene un espectro similar al NT-Fe3O4 pero se pueden
identificar la banda asociada al bending N-H de las aminas primarias del PAMAM
a 1541 cm-1 mientras que a 1638 cm-1 se observa una banda atribuida al grupo
carbonilo (C=O) de las amidas que componen ramas de crecimiento internas del
dendriacutemero Las bandas entre 2849-2912 cm-1 corresponden a los stretching de
los grupos metileno (-CH2-) presentes en el agente de acople GPTMS y en la
cadena alifaacutetica del dendriacutemero PAMAM [13 81] Por uacuteltimo la banda de vibracioacuten
atribuida de los grupos ndashNH2 terminales se solapa con la sentildeal de los grupos ndashOH
de la superficie del NT-Fe3O4 Con lo anterior se verifica la presencia del
dendriacutemero PAMAM y la superficie del NT-Fe3O4 utilizando como agente de
acople GPTMS
512 Anaacutelisis Termogravimeacutetrico
Por medio del estudio de TGA se ha podido determinar la cantidad de PAMAM
conjugada en el soacutelido NT-Fe3O4 En la Figura 15 se muestran las curvas de
peacuterdida de masa porcentual en funcioacuten de la temperatura para los tres sistemas
preparados En el caso de NT-Fe3O4 se observa una curva continua hasta
alrededor de los 200degC donde comienza la peacuterdida de materia que corresponde a
desorcioacuten de agua fuertemente fisisorbida en el material En una segunda etapa a
500degC se detecta la peacuterdida en masa atribuida a la oxidacioacuten de las especies Fe2+
a Fe3+ con la consecuente peacuterdida de agua [82 83]
2Fe3O4 (s) + 12O2 (g) rarr 3Fe2O3 (s)
Posterior a 650degC se detecta una continua peacuterdida de masa la que se asume
corresponde a la deshidroxilacioacuten de las especies Fe-OH remanentes de la
formacioacuten de Fe2O3 Cuando al material se le inmoviliza el agente de acople
GPTMS se observa un perfil de peacuterdida en masa diferente al material de partida
La temperatura de inicio es de alrededor de 250degC en la cual comienza la
combustioacuten de la materia orgaacutenica atribuida al anclaje del agente de acople en la
30
superficie de NT-Fe3O4 finalizando alrededor de los 430degC En la zona del
termograma que denota la oxidacioacuten de las especies Fe2+ a Fe3+ se observa un
desplazamiento a 550degC atribuido a la estabilizacioacuten superficial que le confieren
los enlaces Fe-O-Si que se han formado durante el proceso de anclaje [84 85]
Figura 15 Termogramas de los materiales realizados en atmoacutesfera de O2 (a) NT-
Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-GPTMS y (c) NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten
propia
La diferencia en las masas remanentes entre ambas curvas ha permitido estimar
la cantidad de GPTMS que se ha inmovilizado en NT-Fe3O4 el cual se resume en
la Tabla 2 Soacutelo se puede determinar un estimado por esta teacutecnica pues se sabe
que las especies Fe-O-Si presente en la muestra se pueden sustituir en la matriz
del NT-Fe3O4 durante el proceso produciendo la mineralizacioacuten del GPTMS
4(Fe-O)3Si(CH2)3-(CH2OCH2)(s) + 25O2(g) rarr 2(Fe-O)3Si-O-Si(O-Fe)3(s) +
20CO2(g) + 16H2O(g)
31
Lo que al mismo tiempo podriacutea provocar el desplazamiento de la oxidacioacuten de las
especies Fe2+ a temperaturas superiores
Tabla 2 Porcentaje de peacuterdida de masa y material acoplado GPTMS y PAMAM
(G3) al NT-Fe3O4 Fuente Elaboracioacuten propia
Por uacuteltimo para el material hiacutebrido NT-Fe3O4-PAMAM muestra un perfil de
peacuterdida de masa continua desde los 75degC en adelante atribuido a la desorcioacuten de
H2O fisisorbida la que se incrementa respecto de los materiales precursores
atribuidos a la alta capacidad de adsorber agua por parte del dendriacutemero
inmovilizado en superficie Por sobre los 250degC comienza una segunda etapa de
peacuterdida en masa la que corresponde a la calcinacioacuten de la materia orgaacutenica
conferida por GPTMS-PAMAM la que ocurre en dos etapas 1) combustioacuten de la
materia orgaacutenica alifaacutetica (250degC) y 2) a la combustioacuten asociada a los enlaces
amidas de la ramas de crecimiento de PAMAM (450degC) la que al mismo tiempo se
acopla con la oxidacioacuten de la especies Fe2+ del material inorgaacutenico Comparando
los resultados obtenidos para NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-GPTMS se puede estimar el
contenido de PAMAM conjugado a la nanoestructura lo cual se resume en la
Tabla 2 Con estos resultados se puede inferir que la reaccioacuten de inmovilizacioacuten ha
afectado el contenido en masa del material el que se puede atribuir a la
conjugacioacuten de PAMAM en los NT-Fe3O4
513 Isotermas de Adsorcioacuten-Desorcioacuten de N2 a -196degC
Las isotermas de adsorcioacutendesorcioacuten de N2 a -196degC de los materiales NT-Fe3O4
y NT-Fe3O4-PAMAM se presentan en la Figura 16 Ambas isotermas son del tipo
IV de acuerdo a la calificacioacuten BDDT tiacutepica de soacutelidos mesoporosos y con ciclo
de histeacuteresis tipo H1 [72 73] caracteriacutesticas de capilares de forma tubular con
Material () (μmolg) (μmolm2)
NT-Fe3O4-GPTMS 39 165 66
NT-Fe3O4-PAMAM 168 243 097
32
abertura en sus extremos En la Tabla 3 se resumen los valores de superficies
especiacuteficas (SBET) distribuciones de tamantildeo promedio de poro de los materiales
(dPoro) y volumen total (VPoro) mostrando que la funcionalizacioacuten con GPTMS
seguido por la inmovilizacioacuten con dendriacutemero PAMAM en la superficie del NT-
Fe3O4 provoca una disminucioacuten de los valores
Figura 16 Isoterma de adsorcioacutendesorcioacuten de N2 a -196degC para (a) NT-Fe3O4 y (b)
NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Lo anterior se debe a que el GPTMS y PAMAM producen el cubrimiento parcial
de la superficie del material tubular NT-Fe3O4 lo que lleva a que los poros se
cierren o tapen estrechando sus cavidades y haciendo que el proceso de
desorcioacuten ocurra a menores presiones relativas Lo descrito con anterioridad
concuerda con el cambio en el ciclo de histeacuteresis gracias a una disminucioacuten del
diaacutemetro promedio de poro o bien un aumento en el grosor de la pared del
material tubular Esto es una evidencia experimental de la modificacioacuten superficial
del nanotubo la que presumiblemente ocurre de forma preferente en la superficie
interna del material
33
Tabla 3 Superficie especiacutefica tamantildeo promedio de poro y volumen de poro
determinadas por las de BET y BJH [73 86] para los materiales en base a NT-
Fe3O4 sintetizados Fuente Elaboracioacuten propia
condiciones normales Presioacuten y temperatura
514 Difraccioacuten de Rayos X
En la Figura 17 se muestran los perfiles de DRX para de NT α-Fe2O3 NT-Fe3O4 y
NT-Fe3O4-PAMAM El primer material corresponde a NT α-Fe2O3 debido a la
siacutentesis previa de nanotubos de hematita precursor de los nanotubos de
magnetita Se observan las difracciones propias de la hematita la cual coincide
con su estructura hexagonal (JCDS 33-0664) [87-89] Ademaacutes en la figura 17 se
observa la desaparicioacuten y aparicioacuten de picos desde el primer al segundo material
en este uacuteltimo aparecen los picos de la magnetita esto indica la reaccioacuten de
reduccioacuten de la hematita a magnetita con el consecuente cambio estructural
Los materiales NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM se detectan las difracciones tiacutepicas
para Fe3O4 con estructura cristalina del tipo magnetita la cual corresponde a una
estructura cuacutebica centrada en la cara de tipo espinela (AB2O4) inversa (JCPDS 19-
0629) [29 79 80] La modificacioacuten superficial con agente de acople seguido por el
acoplamiento con dendriacutemero PAMAM no provoca cambios en la estructura
cristalina del material NT-Fe3O4
Material SBET
(m2g-1)
dPoro
(nm)
VPoro
(cm3g-1)
NT-Fe3O4 59 33 01
NT-Fe3O4-PAMAM 25 19 005
34
Figura 17 Difractograma de rayos X para (a) NT α-Fe2O3 (b) NT-Fe3O4 y (c) NT-
Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
515 Microscopiacutea Electroacutenica de Barrido y Transmisioacuten
La estructura tubular de estos materiales se siguioacute por medio de microscopiacutea
electroacutenica de barrido y transmisioacuten En relacioacuten a la morfologiacutea superficial se
puede observar en la Figura 18 que en ambos materiales muestran la forma tiacutepica
de materiales nanotubulares huecos lo cual ratifica los resultados en la forma de
los ciclos de histeacuteresis observados en la caracterizacioacuten por isotermas de
adsorcioacuten de N2 a -196degC (Figura 16) En relacioacuten a la modificacioacuten superficial del
material NT-Fe3O4 con GPTMS y PAMAM se mantiene la morfologiacutea del material
inorgaacutenico en acuerdo con la caracterizacioacuten por DRX
35
Figura 18 Imaacutegenes de SEM de los materiales (a) NT-Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-
PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Para poder determinar de forma directa los tamantildeos partiacutecula longitud y diaacutemetro
de NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM se ha realizado la caracterizacioacuten por TEM y
sus respectivas micrografiacuteas se muestran en la Figura 19 Al igual que en el caso
de SEM se observan nanoestructuras que muestran una morfologiacutea definida de
tipo tubular con una cavidad regular abierta en sus extremos
A traveacutes del conteo de los nanotubos y la medicioacuten directa de sus tamantildeos se han
determinado las curvas de distribucioacuten para el largo y diaacutemetro externo de los
nanotubos tal como se muestra en la Figura 19 Los valores promedio del largo
fueron del orden de 280 y 286 nm y los diaacutemetros externos fueron 151 y 159 nm
para NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM respectivamente Al comparar las imaacutegenes y
sus correspondientes dimensiones obtenidas se puede observar que la
morfologiacutea del material no se ve afectada al modificar la superficie del NT-Fe3O4
durante el proceso de conjugacioacuten con el dendriacutemero PAMAM
(b) (a)
36
Figura 19 Micrografiacuteas de TEM de NT-Fe3O4 (a b) NT-Fe3O4-PAMAM (e f) y las
curvas de distribucioacuten del largo (c g) y diaacutemetro externo (d h) para ambos NT-
Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM respectivamente Fuente Elaboracioacuten propia
(a) (b)
(h) (g)
(f) (e)
(d) (c)
37
516 Propiedades magneacuteticas
Las propiedades magneacuteticas de NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM fueron estudiadas
por medio de un anaacutelisis VSM y las curvas de magnetizacioacuten se muestran en la
Figura 20 dando como resultado para ambos materiales la propiedad
ferrimagneacutetica Aquello se debe a que la foacutermula de la magnetita Fe3O4 puede
escribirse en la forma Fe3+[Fe2+Fe3+]O4 seguacuten la foacutermula general AB2O4 de tipo
espinela inversa Donde la mitad de los cationes Fe3+ ocupan sitios tetraeacutedricos
mientras que la otra mitad de Fe3+ y los cationes Fe2+ ocupan los sitios
octaeacutedricos Los cationes de Fe3+ se distribuyen por tanto en dos posiciones
diferentes en la estructura pero con direcciones opuestas de espiacuten magneacutetico por
lo tanto los momentos magneacuteticos de los cationes Fe3+ se anulan entre siacute
mientras que los momentos magneacuteticos de los cationes Fe2+ que posee espiacuten de
menor magnitud comparado con Fe3+ son los responsables del momento
magneacutetico neto en la magnetita [27 77 90] De la graacutefica de la Figura 20 se
observa que el ciclo de magnetizacioacuten muestra un ciclo de histeacuteresis de similares
caracteriacutesticas Este resultado permite suponer que la modificacioacuten con el agente
de acople GPTMS y posterior anclaje de PAMAM no perturboacute las propiedades
magneacuteticas del soporte durante la siacutentesis De la Figura 20 se pueden extraer el
valor de la magnetizacioacuten remanente (Mr) y coercitividad (Hc) en ausencia del
campo aplicado y el valor de magnetizacioacuten de saturacioacuten (Ms) los cuales se
resumen en la Tabla 4
Tabla 4 Resumen de paraacutemetros magneacuteticos para los materiales preparados a
17degC Fuente Elaboracioacuten propia
Material Ms
(emug)
Mr
(emug)
Hc
(Oe)
Fe3O4 bulk 92 - lt 100
NT-Fe3O4 67 16 249
NT-Fe3O4-PAMAM 58 10 240
38
Los valores de Ms que se encuentran en los materiales nanoestructurados son
generalmente maacutes pequentildeos que la magnetita bulk lo cual puede ser atribuido al
aumento de efectos superficiales y a la presencia de dendriacutemero PAMAM A su
vez se han reportado valores experimentales para Ms en nanopartiacuteculas de
magnetita que abarcan entre 30-50 emug inferior al valor del mineral magnetita
90 emug [39 91-93] Por el contrario los valores de Hc encontrados para ambas
nanoestructuras son mayores al ser comparado con la magnetita bulk debido a la
disminucioacuten del tamantildeo de partiacutecula
39
Figura 20 Curva de magnetizacioacuten obtenida para NT-Fe3O4 (a b) y NT-Fe3O4-
PAMAM (c d) utilizando un magnetoacutemetro de muestra vibrante (VSM) a 17degC
Fuente Elaboracioacuten propia
(a) (b)
(c) (d)
40
52 Estudios de la adsorcioacuten de Faacutermacos en Nanotubo Fe3O4 y en
nanotransportador hiacutebrido Fe3O4-PAMAM
521 Faacutermacos de intereacutes
Luego de la caracterizacioacuten de los materiales puro e hiacutebrido se procedioacute a realizar
en cada uno de ellos la adsorcioacuten de faacutermacos Esto con la finalidad de determinar
el tiempo y capacidad maacutexima de adsorcioacuten mediante estudios de cineacutetica de
adsorcioacuten
En esta investigacioacuten se ha decidioacute emplear dos clases de faacutermacos poco solubles
para estudiar la capacidad de adsorcioacuten de los nanotransportadores sintetizados
El piroxicam (PRX M 331348 gmol) es una clase de faacutermaco antiinflamatorio no
esteroidal perteneciente al grupo oxicam [94 95] como se observa en la Figura
21 (a) posee un grupo enoacutelico (pKa 18) y un grupo piridiacutenico (pKa 63) [96 97]
presenta propiedades analgeacutesicas antipireacuteticas a su vez alivia dolores para la
artritis reumatoide la artrosis y los siacutentomas de la dismenorrea [59]
(a) (b)
Figura 21 Estructuras de los faacutermacos de intereacutes (a) Piroxicam y (b) Silibinina
Fuente Elaboracioacuten propia
41
No obstante PRX provoca efectos secundarios principalmente uacutelceras gaacutestricas
ademaacutes es praacutecticamente insoluble en agua [98 99] Para reducir estos efectos
existen investigaciones que tienen relacioacuten con el transporte y liberacioacuten de
faacutermacos que pueden cargar eficazmente el faacutermaco para apuntar hacia el sitio de
accioacuten aumentando la eficacia terapeacuteutica y reducir al miacutenimo los efectos
secundarios donde sistemas de microesferas de albuacutemina de suero bovino han
sido utilizadas para la liberacioacuten piroxicam [100]
El otro faacutermaco de intereacutes estudiado es la silibinina (SIL M 48244 gmol) que es
un flavonoide polifenoacutelico natural que se aiacutesla de la planta de cardo de leche
Silybum marianum Posee cinco grupos hidroxilos un grupo carbonilo y tres
grupos fenilos tal como se muestra en la Figura 21 (b) Esta moleacutecula tiene varios
grupos ionizables con sus respectivos pKa1 70 pKa2 877 pKa3 957 pKa4
1166 [101] y ha sido ampliamente utilizada por sus efectos hepatoprotectores
Sin embargo la eficacia de silibinina como faacutermaco estaacute muy limitada debido a su
escasa solubilidad en agua y una baja biodisponibilidad despueacutes de su
administracioacuten oral A fin de superar los defectos de la silibinina libre muchos
enfoques se han adoptado como son los sistemas de entrega liposomal de
transporte lipiacutedicos nanoestructurados de complejo silibinina-fosfoliacutepido y
nanosuspensiones [102]
Es importante notar que los estudios de la cineacutetica de adsorcioacuten son
determinantes en teacuterminos de conocer coacutemo variacutea la concentracioacuten de faacutermaco
adsorbida en funcioacuten del tiempo para una proporcioacuten faacutermacoadsorbente dada La
cineacutetica de adsorcioacuten permite conocer el tiempo en que se realiza el proceso de
adsorcioacuten y ha de practicarse antes de la determinacioacuten de una isoterma de
adsorcioacuten Puesto que se trabaja con disolucioacuten se debe en cuenta los factores
que influyen en el proceso ya que el tiempo necesario para alcanzar el equilibrio
estaacute en funcioacuten de las caracteriacutesticas del adsorbente y del adsorbato de la
quiacutemica de la disolucioacuten de la temperatura y del pH La data de la cineacutetica de
adsorcioacuten de los faacutermacos en los nanotransportadores se ajustoacute a los modelos
42
cineacuteticos de pseudo-primer orden pseudo-segundo orden y cineacuteticas que
involucran quimisorcioacuten [103-106] para ambos nanotransportadores en presencia
de los faacutermacos PRX y SIL
De forma general se puede decir que el modelo de pseudo-primer orden o modelo
de Lagergren se basa en la suposicioacuten de que cada moleacutecula de adsorbato se
adsorbe en un sitio del adsorbente lo cual en teacuterminos de cineacutetica de reaccioacuten se
expresa como
(1)
y la forma integrada de esta ecuacioacuten queda definida como
(2)
donde la qe y qt (mgfarmgads) son la cantidad maacutexima de faacutermaco adsorbida una
vez alcanzado el equilibrio (trarr) y la cantidad de faacutermaco adsorbida al tiempo t
respectivamente y k1 (h-1) es la constante cineacutetica de pseudo-primer orden
Para el caso del modelo de pseudo-segundo orden o modelo de Ho desarrollado
por Ho y McKay [107] supone que el adsorbato se adsorbe en dos sitios activos
del adsorbente En este caso la ecuacioacuten de la cineacutetica de adsorcioacuten se expresa
como
(3)
y la forma integrada de esta ecuacioacuten queda definida como
(4)
43
donde k2 (gadsmgfarmmiddoth) es la constante cineacutetica de adsorcioacuten de pseudo-segundo
orden Es importante mencionar que ambos modelos cineacuteticos se basan en la
homogeneidad de la superficie del adsorbente y donde soacutelo se considera la
cantidad de sitios involucrados en el proceso Esto se puede interpretar en
teacuterminos cineacuteticos en que la energiacutea de activacioacuten asociada a la adsorcioacuten del
faacutermaco en la superficie es constante y uacutenica en todos los sitios del adsorbente
No obstante cuando la superficie es heterogeacutenea en los sitios de adsorcioacuten se
observa que los modelos propuestos pueden perder validez En estos casos se
prefiere emplear el modelo de Elovich de aplicacioacuten general en procesos de
quimisorcioacuten el cual supone que los sitios activos del adsorbente son
heterogeacuteneos y por ello exhiben diferentes energiacuteas de activacioacuten basaacutendose en
un mecanismo de reaccioacuten de segundo orden para un proceso de reaccioacuten
heterogeacutenea Este modelo ha mostrado resultados satisfactorios en la
identificacioacuten del mecanismo controlante en procesos de adsorcioacuten de un soluto
en fase liacutequida a partir de un soacutelido adsorbente [106 108] y queda descrito
matemaacuteticamente como
(5)
y la forma integrada de esta ecuacioacuten queda definida como
(5)
donde α (mgfarmgadsmiddoth) es la constante de velocidad inicial de adsorcioacuten y β estaacute
relacionado con la superficie cubierta y la energiacutea de activacioacuten por
quimiadsorcioacuten (mgfarmgads) denominada constante de velocidad de desorcioacuten
Finalmente debe considerarse tambieacuten alguna hipoacutetesis sobre el mecanismo de
difusioacuten de los faacutermacos al interior de la estructura de los nanotransportadores Un
modelo aceptado en la literatura es el de difusioacuten intraparticular en el interior de
44
los poros de la partiacutecula de adsorbente el que se basa en el transporte de soluto a
traveacutes de la estructura interna de los poros de adsorbente y la difusioacuten
propiamente dicha en el soacutelido lo que conlleva a asumir que el adsorbente posee
una estructura porosa homogeacutenea Weber y Morris (1963) concluyeron que en un
proceso controlado por la adsorcioacuten en los poros la velocidad inicial es
directamente proporcional a la concentracioacuten del soluto La difusioacuten intraparticular
se caracteriza por la dependencia entre la adsorcioacuten especiacutefica y la raiacutez cuadrada
del tiempo siendo la pendiente la velocidad de difusioacuten intraparticular
Con base en lo anterior la ecuacioacuten que define la difusioacuten intraparticular viene
dada por
(5)
Donde ki (mgfarmgadsmiddoth 12) es la constante de velocidad de difusioacuten intraparticular y
Ci entrega informacioacuten sobre el grosor de la capa de adsorbato [105] Esta
ecuacioacuten ha sido utilizada por diferentes investigadores para determinar si la
difusioacuten intraparticular es la etapa controlante de la dinaacutemica de adsorcioacuten de
especies ioacutenicas [109 110]
522 Adsorcioacuten de PRX
Las cineacuteticas de adsorcioacuten de ambos nanotransportadores para PRX se muestran
en la Figura 22 Para ellos se realizaron ajustes no lineales de la data
experimental y los valores obtenidos los cuales se reportan en la Tabla 5 Los
faacutermacos son moleacuteculas capaces de establecer interacciones supramoleculares
con nanomateriales las que dependeraacuten de los grupos funcionales que posean
del solvente en el cual se encuentran disueltos y el pH del medio Las
interacciones supramoleculares maacutes frecuentes son las electrostaacuteticas enlaces de
hidroacutegeno van der Waals e hidrofoacutebicas [111 112]
45
En el caso de lo nanotransportadores empleados en este estudio se observa que
ambos materiales adsorben PRX y los datos experimentales se ajustan a una
cineacutetica de pseudo-primer orden Se ha elegido este modelo pues las funciones
estadiacutesticas de coeficiente de correlacioacuten (R2) y el test de chi-cuadrado (χ2) el cual
es una prueba de hipoacutetesis que compara la distribucioacuten observada de los datos
con una distribucioacuten esperada de los datos Ambos caacutelculos se realizaron
mediante empleando el software Origin Pro 80 mediante la funcioacuten de anaacutelisis no
lineal donde se ajustaron los tres modelos estudiados
Figura 22 Cineacutetica y ajustes de modelos cineacuteticos de adsorcioacuten para PRX en los
nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Figura 23 Esquema propuesto para la adsorcioacuten de PRX en los sistemas
sintetizados (A) Fe3O4-NT y (B) Fe3O4-NT-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Sistema aislado Sistema en disolucioacuten
Sistema aislado Sistema en disolucioacuten
46
Tabla 5 Modelos cineacuteticos para la adsorcioacuten de PRX en los adsorbentes NT-
Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
qe exp (mgPRXgads) 391 487
Pseudo primer-orden (Modelo de Lagergren)
qe (mgPRXgads) 413 488
k1 (h-1) 0038 0079
R2 09964 09911
χ2 0817 287
Pseudo segundo-orden (Modelo de Ho)
qe (mgPRXgads) 539 566
k2 (gAdsmgPRXmiddoth) 649x10-4 168x10-3
R2 09921 09935
χ2 179 210
Quimisoricioacuten (Modelo de Elovich)
α (mgPRXgadsmiddoth) 595 1629
β (mgPRXg) 0100 0097
R2 09501 09613
χ2 1030 1085
Cabe mencionar que de acuerdo a los reportes Rozou y col [96] el faacutermaco PRX
al pH de adsorcioacuten se encuentra en su forma zwitterioacutenica El Fe3O4 es un material
inorgaacutenico que muestra un pI de 68 [113] A las condiciones de adsorcioacuten
estudiadas el pH del agua fue de 60 luego la superficie del NT-Fe3O4 se
encuentra cargada de forma positiva esperaacutendose que la interaccioacuten del faacutermaco
con el adsorbente sea mediada por interacciones electroestaacuteticas tal como se
muestra en el esquema de la Figura 23
Con la incorporacioacuten del PAMAM a la fase inorgaacutenica se observa un incremento
de un 25 en la capacidad de adsorcioacuten de PRX Esto se puede interpretar en
47
teacuterminos moleculares haciendo la aproximacioacuten de los moles disponibles de
PAMAM en funcioacuten de la cantidad adsorbida en comparacioacuten a NT-Fe3O4 sin
modificar Desde la Tabla 2 se sabe que hay una cantidad de 243 micromol de
PAMAM por gramo de adsorbente debido a que el incremento en la adsorcioacuten
fueron 96 mg de PRX (o 290 micromol de PRX) se puede asumir una estequiometriacutea
PRXPAMAM = 119 De acuerdo a reportes previos publicados por nuestro grupo
de investigacioacuten se sabe que PRX a pH 70 se adsorbe efectivamente en la
estructura PAMAM alcanzando una estequiometriacutea PRXPAMAM = 23 [59] En
este caso pH 60 no hay cambios significativos en la estructura del faacutermaco ni
en la del dendriacutemero por lo que deberiacutea haberse esperado un incremento
significativo de la adsorcioacuten de PRX en relacioacuten al nanotransportador NT-Fe3O4
Sin embargo este efecto no fue observado en el nanotubo hiacutebrido funcionalizado
con PAMAM Con estos resultados se puede asumir que la afinidad del PRX
mucho mayor por la adsorcioacuten en el material inorgaacutenico que por la adsorcioacuten en
los bolsillos de la cavidades internas del PAMAM
En relacioacuten a los resultados cineacuteticos se observa un aumento en la pseudo-
constante cineacutetica de adsorcioacuten siendo k1(NT-Fe3O4) lt k1(NT-Fe3O4-PAMAM) Para poder
interpretar el fenoacutemeno en forma mecaniacutestica la data experimental se ha ajustado
al modelo de difusioacuten intrapartiacutecula de Weber-Morris el que se muestra en la
Figura 24 En esta figura se puede observar tres segmentos lineales lo cual indica
que el proceso de adsorcioacuten de PRX en los nanotubos procede en tres etapas
para ambos sistemas Una situacioacuten similar ha sido observada en el caso de la
cineacutetica de adsorcioacuten de cefalosporina en micropartiacuteculas polimeacutericas por Cigu y
colaboradores quienes han descritos las diferentes etapas de la siguiente
forma[105]
a) Adsorcioacuten del adsorbato en la superficie del adsorbente
b) Difusioacuten intrapartiacutecula desde la zona externa a la superficie del adsorbente
c) Equilibrio de adsorcioacuten donde quedan muy pocos sitios disponibles para la
adsorcioacuten
48
Figura 24 Graacutefico de adsorcioacuten de PRX en los nanotransportadores sintetizados
considerando un modelo de difusioacuten intrapartiacutecula en tres etapas Fuente
Elaboracioacuten propia
Ambos sistemas muestran el mismo perfil de difusioacuten intrapartiacutecula y los valores
de las constantes de velocidad para las etapas (a) y (b) presentan valores
relativamente bajos aunque difieren levemente tal como se resume en la Tabla 6
En el caso de NT-Fe3O4 se observa que la etapa limitante corresponde a la
adsorcioacuten de PRX en la superficie del nanomaterial a diferencia de NT-Fe3O4-
PAMAM donde se observa que la etapa limitante es la difusioacuten intrapartiacutecula Esta
diferencia se puede explicar debido a que PAMAM posee grupos ndashNH2
superficiales que al pH de adsorcioacuten estaacuten protonados (ver Figura 23) lo que
incrementa la carga eleacutectrica superficial del nanotransportador este hecho podriacutea
provocar un aumento en la velocidad inicial de adsorcioacuten de PRX si los efectos
electroestaacuteticos gobiernan la velocidad de reaccioacuten en esta etapa considerando
que el PRX presenta una estructura dipolar a pH 60 Sin embargo en la etapa
subsiguiente caracterizada por la adsorcioacuten gradual de PRX las moleacuteculas de
PAMAM unidas covalentes a la superficie de NT-Fe3O4 dificultan el proceso de
difusioacuten intrapartiacutecula provocando una caiacuteda en la constante k(b)
49
Tabla 6 Modelo de difusioacuten intra-partiacutecula para la adsorcioacuten de PRX en los
adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM considerando dos etapas
determinantes en la adsorcioacuten del faacutermaco y una tercera de equilibrio Fuente
Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
Modelo de difusioacuten intrapartiacutecula (Modelo de Weber-Morris)
k(a) (mgPRXgadsh12) 311 766
R(a)2 09879 09903
k(b) (mgPRXgadsh12) 683 409
R(b)2 09872 09944
523 Adsorcioacuten de SIL
En la Figura 25 se muestran las graacuteficas cineacuteticas para la adsorcioacuten de SIL en los
dos nanotransportadores sintetizados Las consideraciones de ajuste de los
modelos cineacuteticos se hicieron de la misma forma que para los estudios realizados
con PRX y los valores obtenidos se resumen en la Tabla 7
Figura 25 Cineacutetica y ajustes de modelos cineacuteticos de adsorcioacuten para SIL en los
nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
50
El comportamiento de los sistemas frente a la adsorcioacuten de SIL muestra la misma
tendencia que la observada en el caso de PRX Ambos nanomateriales adsorben
SIL y la capacidad maacutexima se ve incrementada por la presencia de PAMAM Sin
embargo en este caso ambos sistemas nanotransportadores presentan una gran
afinidad por el faacutermaco obtenieacutendose cargas maacuteximas superiores a 650 mg de
SIL por gramo de nanomaterial valores muy superiores a los obtenidos en el caso
de PRX
El faacutermaco SIL se encuentra como moleacutecula neutra al pH de adsorcioacuten (pKa1 70
pKa2 877 pKa3 957 pKa4 1166) Para la adsorcioacuten en NT-Fe3O4 se espera
que las fuerzas que estaacuten predominando en la adsorcioacuten del faacutermaco sean del tipo
Van der Waals y enlace de hidroacutegeno entre los grupos funcionales de SIL y los
grupos hidroxilos de la NT-Fe3O4 Por otro lado las contribuciones hidrofoacutebicas
tambieacuten deberiacutean jugar un rol importante en la adsorcioacuten del faacutermaco en estos
nanomateriales especialmente en el sistema hiacutebrido NT-Fe3O4-PAMAM En el
caso del PAMAM estudios recientes realizados en nuestro grupo de investigacioacuten
han mostrado la gran afinidad que presenta el dendriacutemero por SIL y
experimentos NOESY han demostrado la adsorcioacuten de las moleacuteculas de SIL en las
cavidades internas del PAMAM
Asiacute para el material NT-Fe3O4-PAMAM se observa un incremento significativo de
la adsorcioacuten en relacioacuten al material inorgaacutenico En este caso el faacutermaco SIL
interacciona no solo con NT-Fe3O4 sino que tambieacuten con el dendriacutemero presente
Si se hace el caacutelculo entre la cantidad adsorbida de SIL en presencia de PAMAM
(1504 mg o 3117 micromol por gramo de adsorbente respectivamente) se obtiene
una relacioacuten molar de SILPAMAM = 128 Considerando esta evidencia puede
suponerse que el faacutermaco en el adsorbente NT-Fe3O4-PAMAM no soacutelo se adsorbe
en la superficie del oacutexido inorgaacutenico sino que tambieacuten se estaacute adsorbiendo en las
cavidades del PAMAM con estequiometriacuteas similares a las observadas para otros
faacutermacos insolubles previamente estudiados por nuestro grupo [51 59]
51
Tabla 7 Modelos cineacuteticos para la adsorcioacuten de SIL en los adsorbentes NT-Fe3O4
y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
qe exp (mgSILgads) 6750 8254
Pseudo primer-orden (Modelo de Lagergren)
qe (mgSILgads) 6853 8837
k1 (h-1) 0052 0062
R2 09975 09956
χ2 1656 4415
Pseudo segundo-orden (Modelo de Ho)
qe (mgSILgads) 8706 10233
k2 (gAdsmgSILmiddoth) 673x10-5 535x10-5
R2 09936 09954
χ2 4209 4576
Quimisorcioacuten (Modelo de Elovich)
α (mgSILgadsmiddoth) 1319 1956
β (mgSILg) 569x10-3 548x10-3
R2 09695 09510
χ2 18184 45945
En relacioacuten a los modelos de adsorcioacuten se observa que ambos sistemas se
ajustan mejor a cineacuteticas de pseudo-primer orden con respecto a la adsorcioacuten de
SIL con coeficientes de correlacioacuten y test de chi-cuadrado confiables para el
modelo Las constantes pseudo primer-orden son similares para ambos sistemas
k1(NT-Fe3O4) ~ k1(NT-Fe3O4-PAMAM) y del mismo orden de magnitud que las
determinadas en el caso de la adsorcioacuten de PRX En la Figura 25 se observa que
el maacuteximo de adsorcioacuten de SIL se alcanza a tiempos superiores a 50 horas para
ambos adsorbentes
52
Para entender de manera maacutes acabada la forma en que operan los fenoacutemenos
cineacuteticos de adsorcioacuten se ha realizado el ajuste de Weber-Morris para el modelo
de difusioacuten de intrapartiacutecula el que se muestra en la Figura 26 el cual nuevamente
revela un proceso de adsorcioacuten en tres etapas y los valores de las constantes de
velocidad para las etapas (a) y (b) presentan valores relativamente altos como se
resume en la Tabla 8
Figura 26 Graacutefico de adsorcioacuten de SIL en los nanotransportadores sintetizados
considerando un modelo de difusioacuten intrapartiacutecula en tres etapas Fuente
Elaboracioacuten propia
Considerando que a pH 60 el NT- Fe3O4 se encuentra en su forma protonada SIL
para adsorberse en la superficie del material deberaacute desplazar ese equilibrio para
ocupar un sitio de la superficie tal como se muestra en el siguiente esquema
Fe-OH + H2O [Fe-O-H-OH2]+
[Fe-O-H-OH2]+ + SIL [Fe-O-H-O-SIL] + H2O
Este equilibrio es el que determina la cineacutetica del proceso de adsorcioacuten en el caso
del adsorbente NT-Fe3O4 En el caso del nanotransportador hiacutebrido tambieacuten se
53
observa que la etapa de adsorcioacuten es la limitante de la velocidad del proceso
Comparando ambos sistemas se detecta que k(a)(NT-Fe3O4) ~ k(a)(NT-Fe3O4-PAMAM)
Esta diferencia se puede atribuir a la presencia del dendriacutemero PAMAM en el caso
del nanotransportador hiacutebrido En teacuterminos de naturaleza superficial se espera
que la asociacioacuten SIL-PAMAM incremente la velocidad del proceso con respecto al
nanotransportador inorgaacutenico
Tabla 8 Modelo de difusioacuten intra-partiacutecula para la adsorcioacuten de SIL en los
adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM considerando dos etapas
determinantes en la adsorcioacuten del faacutermaco y una tercera de equilibrio Fuente
Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
Modelo de difusioacuten intrapartiacutecula (Modelo de Weber-Morris)
k(a) (mgSILgadsh12) 577 885
R(a)2 09881 09935
k(b) (mgSILgadsh12) 1059 1135
R(b)2 09803 09828
54
6 CONCLUSIONES Y PERSPECTIVAS
Se logroacute sintetizar los nanotubos de magnetita NT-Fe3O4 obtenidos por la
reduccioacuten de los nanotubos de hematita α-Fe2O3 sintetizados a partir de
tratamiento hidrotermal Se verificoacute la estructura de la magnetita su forma tubular
y propiedades magneacuteticas a traveacutes de las teacutecnicas de caracterizacioacuten difraccioacuten de
rayos X microscopiacutea electroacutenica de transmisioacuten y medidas de susceptibilidad
magneacutetica respectivamente
El nanotubo inorgaacutenico obtenido sirvioacute de soporte para la conjugacioacuten de
dendriacutemero de poli-(amidoamina) de tercera generacioacuten el cual se logroacute inmovilizar
en la superficie de NT-Fe3O4 con un contenido del 16 en masa respecto del
material hiacutebrido El proceso de inmovilizacioacuten no perturboacute las propiedades del
soporte inorgaacutenico en relacioacuten a las propiedades magneacuteticas cristalinas o de
tamantildeo y forma
Los materiales obtenidos fueron capaces de actuar como adsorbentes de los
faacutermacos piroxicam y silibinina siendo eacuteste uacuteltimo quien mostroacute incrementar la
capacidad de adsorcioacuten en presencia de PAMAM Para ambos sistemas y
faacutermacos se determinaron las curvas cineacuteticas de adsorcioacuten donde se logroacute
determinar que independiente del faacutermaco ambos nanotransportadores muestran
ajustarse a cineacuteticas de pseudo-primer orden Finalmente la presencia de PAMAM
no soacutelo potencia la capacidad de adsorcioacuten en los faacutermacos testeados sino que
tambieacuten acelera la etapa de adsorcioacuten superficial con respecto a la determinada
para el adsorbente NT-Fe3O4 por medio del modelo de difusioacuten de Weber-Morris
Para el faacutermaco piroxicam se observoacute que la adsorcioacuten fue mediada
principalmente por interacciones del tipo electroestaacuteticas entre la forma
zwitterioacutenica de piroxicam y la superficie de los nanotransportadores La etapa
limitante de la cineacutetica adsorcioacuten para el caso de NT-Fe3O4 fue la adsorcioacuten
55
superficial y en el caso de NT-Fe3O4-PAMAM fue la etapa de difusioacuten
intrapartiacutecula
Finalmente para el faacutermaco silibinina se observoacute que la adsorcioacuten fue mediada
por las fuerzas de tipo Van der Waals y enlace de hidroacutegeno entre los grupos
funcionales de SIL y los grupos hidroxilos de NT-Fe3O4 Por otro lado las
contribuciones hidrofoacutebicas tambieacuten juegan un rol importante en la adsorcioacuten del
faacutermaco en estos nanomateriales especialmente en el sistema hiacutebrido NT-Fe3O4-
PAMAM Por uacuteltimo se determinoacute que la capacidad de adsorcioacuten se vio
directamente mejorada por la asociacioacuten PAMAM-SIL la que alcanzoacute una relacioacuten
molar SILPAMAM = 12 En ambos casos se observoacute que la etapa limitante de la
cineacutetica de adsorcioacuten fue la adsorcioacuten superficial de SIL en los adsorbentes
56
REFERENCIAS
[1] AZ Wilczewska K Niemirowicz KH Markiewicz H Car Pharmacological
Reports 64 (2012) 1020-1037
[2] S Parveen R Misra SK Sahoo Nanomedicine Nanotechnology Biology
and Medicine 8 (2012) 147-166
[3] V Grazu M Moros C Saacutenchez-Espinel MdlF Jesus V Grazu Frontiers
of Nanoscience Elsevier 2012 pp 337-440
[4] F Danhier O Feron V Preacuteat Journal of Controlled Release 148 (2010)
135-146
[5] A Wicki D Witzigmann V Balasubramanian J Huwyler Journal of
Controlled Release 200 (2015) 138-157
[6] JH Lee Y Yeo Chemical Engineering Science 125 (2015) 75-84
[7] S Manchun CR Dass P Sriamornsak Life Sciences 90 (2012
) 381-387
[8] JHE Arts M Hadi AM Keene R Kreiling D Lyon M Maier K Michel
T Petry UG Sauer D Warheit K Wiench R Landsiedel Regulatory Toxicology
and Pharmacology 70 (2014) 492-506
[9] KA Pramod CP Sunny Nanobiomaterials Handbook CRC Press 2011
pp 1-24
[10] A Khorsand S Jamehbozorgi R Ghiasi M Rezvani Physica E Low-
dimensional Systems and Nanostructures 72 (2015) 120-127
[11] V Loacutepez-Daacutevila AM Seifalian M Loizidou Current Opinion in
Pharmacology 12 (2012 ) 414-419
[12] P-C Lee C-L Peng M-J Shieh Journal of Controlled Release 225
(2016) 140-151
[13] CC Torres CH Campos C Diaacutez VA Jimeacutenez F Vidal L Guzmaacuten JB
Alderete Materials Science and Engineering C 65 (2016) 164-171
[14] CH Campos CF Diacuteaz JL Guzmaacuten JB Alderete CC Torres VA
Jimeacutenez Macromolecular Chemistry and Physics 217 (2016) 1712-1722
[15] D Chang Y Gao L Wang G Liu Y Chen T Wang W Tao L Mei L
57
Huang X Zeng Journal of Colloid and Interface Science 463 (2016) 279-287
[16] J Zaloga M Poumlttler G Leitinger RP Friedrich G Almer S Lyer E
Baum R Tietze R Heimke-Brinck H Mangge F Dorje G Lee C Alexiou
European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics 101 (2016) 152-162
[17] RS Dhanikula P Hildgen Bioconjugate Chemistry 17 (2006) 29-41
[18] A Kesavan P Ilaiyaraja W Sofi Beaula V Veena Kumari J Sugin Lal C
Arunkumar G Anjana S Srinivas A Ramesh SK Rayala D Ponraju G
Venkatraman European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics 96
(2015) 255-263
[19] S Biswas P Kumari PM Lakhani B Ghosh European Journal of
Pharmaceutical Sciences 83 (2016) 184-202
[20] ML Tebaldi RM Belardi SR Montoro Design and Applications of
Nanostructured Polymer Blends and Nanocomposite Systems William Andrew
Publishing Boston 2016 pp 171-186
[21] D Bansal A Gulbake J Tiwari SK Jain International Journal of
Biological Macromolecules 82 (2016) 687-695
[22] AS Timin EV Balantseva SY Khashirova EV Rumyantsev TY
Osadchaya Colloids and Surfaces A Physicochemical and Engineering Aspects
477 (2015) 26-34
[23] J Gautier E Allard-Vannier E Munnier M Souceacute I Chourpa Journal of
Controlled Release 169 (2013) 48-61
[24] SL Leung Z Zha C Cohn Z Dai X Wu Colloids and Surfaces B
Biointerfaces 121 (2014) 141-149
[25] Y Liu Y Ng MR Toh GNC Chiu Journal of Controlled Release 220
Part A (2015) 438-446
[26] G Xu L Li Z Shen Z Tao Y Zhang H Tian X Wei G Shen G Han
Journal of Alloys and Compounds 629 (2015) 36-42
[27] MF Horst V Lassalle ML Ferreira Frontiers of Environmental Science amp
Engineering 9 (2015) 746-769
[28] TJ Bastow A Trinchi MR Hill R Harris TH Muster Journal of
Magnetism and Magnetic Materials 321 (2009) 2677-2681
58
[29] S Bagheri D Ramimoghadam A TermehYousefi SB Abd Hamid
International Journal of Hydrogen Energy 40 (2015) 16178-16183
[30] G Kandasamy D Maity International Journal of Pharmaceutics 496 (2015)
191-218
[31] DS Keerthana K Namratha K Byrappa HS Yathirajan Journal of
Magnetism and Magnetic Materials 378 (2015) 551-557
[32] M Darroudi M Hakimi E Goodarzi R Kazemi Oskuee Ceramics
International 40 (2014) 14641-14645
[33] G Sharma P Jeevanandam RSC Advances 3 (2013) 189-200
[34] C-J Jia L-D Sun F Luo X-D Han LJ Heyderman Z-G Yan C-H
Yan K Zheng Z Zhang M Takano N Hayashi M Eltschka M Klaumlui U
Ruumldiger T Kasama L Cervera-Gontard RE Dunin-Borkowski G Tzvetkov J
Raabe Journal of the American Chemical Society 130 (2008) 16968-16977
[35] N Mizutani T Iwasaki S Watano T Yanagida T Kawai Current Applied
Physics 10 (2010) 801-806
[36] C-J Jia L-D Sun Z-G Yan L-P You F Luo X-D Han Y-C Pang Z
Zhang C-H Yan Angewandte Chemie 117 (2005) 4402-4407
[37] Z-G Yue W Wei Z-X You Q-Z Yang H Yue Z-G Su G-H Ma
Advanced Functional Materials 21 (2011) 3446-3453
[38] SJ Son X Bai SB Lee Drug Discovery Today 12 (2007) 650-656
[39] SJ Son J Reichel B He M Schuchman SB Lee Journal of the
American Chemical Society 127 (2005) 7316-7317
[40] GT Hermanson Bioconjugate Techniques (Third edition) Academic Press
Boston 2013 pp 535-548
[41] S Mallakpour M Madani Progress in Organic Coatings 86 (2015) 194-207
[42] P Yu J He L Yang M Pu X Guo Journal of Catalysis 260 (2008) 81-85
[43] X Zheng T Wang H Jiang Y Li T Jiang J Zhang S Wang Asian
Journal of Pharmaceutical Sciences 8 (2013) 278-286
[44] L Tan J Liu W Zhou J Wei Z Peng Materials Science and Engineering
C 45 (2014) 524-529
[45] ER Gillies JMJ Freacutechet Journal of the American Chemical Society 124
59
(2002) 14137-14146
[46] S Khoee K Hemati Polymer 54 (2013) 5574-5585
[47] U Gupta O Perumal SGKTL Deng Natural and Synthetic Biomedical
Polymers Elsevier Oxford 2014 pp 243-257
[48] U Boas PMH Heegaard Chemical Society Reviews 33 (2004) 43-63
[49] U Gupta HB Agashe A Asthana NK Jain Biomacromolecules 7 (2006)
649-658
[50] A Shakhbazau I Isayenka N Kartel N Goncharova I Seviaryn S
Kosmacheva M Potapnev D Shcharbin M Bryszewska International Journal of
Pharmaceutics 383 (2010) 228-235
[51] PA Barra L Barraza VA Jimeacutenez JA Gaviacuten JB Alderete
Macromolecular Chemistry and Physics 215 (2014) 372-383
[52] PM Patel R Patel D Wadia RM Patel Asian Journal of Pharmaceutical
Sciences 10 (2015) 306-313
[53] L Mei Z Zhang L Zhao L Huang X-L Yang J Tang S-S Feng
Advanced Drug Delivery Reviews 65 (2013) 880-890
[54] Sn Svenson DA Tomalia Advanced Drug Delivery Reviews 57 (2005)
2106-2129
[55] L Porcar Y Liu R Verduzco K Hong PD Butler LJ Magid GS Smith
W-R Chen The Journal of Physical Chemistry B 112 (2008) 14772-14778
[56] E Markatou V Gionis GD Chryssikos S Hatziantoniou A
Georgopoulos C Demetzos International Journal of Pharmaceutics 339 (2007)
231-236
[57] K Borowska S Wołowieca A Rubaj K Głowniakc E Sieniawska S
Radej International Journal of Pharmaceutics 426 (2012) 280-283
[58] S Kavyani S Amjad-Iranagh H Modarress The Journal of Physical
Chemistry B 118 (2014) 3257-3266
[59] PA Barra L Barraza VA Jimeacutenez JA Gaviacuten JB Alderete Structural
Chemistry 25 (2014) 1443-1455
[60] C Kojima K Kono K Maruyama T Takagishi Bioconjugate Chemistry 11
(2000) 910-917
60
[61] AK Patri JF Kukowska-Latallo JR Baker Jr Advanced Drug Delivery
Reviews 57 (2005) 2203-2214
[62] D Luong P Kesharwani R Deshmukh MCI Mohd Amin U Gupta K
Greish AK Iyer Acta Biomaterialia 43 (2016) 14-29
[63] X Xu J Li S Han C Tao L Fang Y Sun J Zhu Z Liang F Li
European Journal of Pharmaceutical Sciences 88 (2016) 178-190
[64] P-C Lin S Lin PC Wang R Sridhar Biotechnology Advances 32 (2014)
711-726
[65] C Baudot CM Tan JC Kong Infrared Physics amp Technology 53 (2010)
434-438
[66] JB Hall MA Dobrovolskaia AK Patri SE McNeil Nanomedicine 2
(2007) 709-803
[67] DB Williams CB Carter Transmission Electron Microscopy A Textbook
for Materials Science Springer US Boston MA 2009 pp 3-22
[68] H Wang PK Chu S Bose Characterization of Biomaterials Academic
Press Oxford 2013 pp 105-174
[69] M Rudolph J Erler UA Peuker Colloids and Surfaces A
Physicochemical and Engineering Aspects 397 (2012) 16-23
[70] T Zhao W Luo Y Deng Y Luo P Xu Y Liu L Wang Y Ren W Jiang
Nano Energy 26 (2016) 16-25
[71] F Rouquerol J Rouqueron K Sing Adsorption by Powders and Porous
Solids Academic Press 1999
[72] M Naderi Progress in Filtration and Separation Academic Press Oxford
2015 pp 585-608
[73] J Rouquerol F Rouquerol P Llewellyn G Maurin KSW Sing
Adsorption by powders and porous solids principles methodology and
applications Academic press 2014
[74] CP Poole FJ Owens Introduccioacuten a la nanotecnologiacutea Editorial Reverte
2007
[75] JL Kirschvink DS Jones BJ MacFadden Magnetite Biomineralization
and Magnetoreception in Organisms A New Biomagnetism Springer US 2013
61
[76] TM El-Alaily MK El-Nimr SA Saafan MM Kamel TM Meaz ST
Assar Journal of Magnetism and Magnetic Materials 386 (2015) 25-30
[77] DJ Dunlop Ouml Oumlzdemir Treatise on Geophysics (Second Edition)
Elsevier Oxford 2015 pp 255-308
[78] A Savić D Čokeša S Lazarević B Jokić D Janaćković R Petrović LS
Živković Powder Technology 301 (2016) 511-519
[79] S Rajput CU Pittman Jr D Mohan Journal of Colloid and Interface
Science 468 (2016) 334-346
[80] M Kumari CU Pittman Jr D Mohan Journal of Colloid and Interface
Science 442 (2015) 120-132
[81] Y Mansourpanah Z Jafari Reactive and Functional Polymers 93 (2015)
178-189
[82] S Sundar R Mariappan S Piraman Powder Technology 266 (2014) 321-
328
[83] P Roonasi A Holmgren Applied Surface Science 255 (2009) 5891-5895
[84] J Safari Z Zarnegar Journal of Molecular Structure 1072 (2014) 53-60
[85] KL Pickering S Raa Khimi S Ilanko Composites Part A Applied Science
and Manufacturing 68 (2015) 377-386
[86] AK Ladavos AP Katsoulidis A Iosifidis KS Triantafyllidis TJ
Pinnavaia PJ Pomonis Microporous and Mesoporous Materials 151 (2012) 126-
133
[87] VMdS Rocha MdG Pereira LR Teles MOdG Souza Materials
Science and Engineering B 185 (2014) 13-20
[88] JZ Marinho RHO Montes AP de Moura E Longo JA Varela RAA
Munoz RC Lima Materials Research Bulletin 49 (2014) 572-576
[89] PM Huang Y Li ME Sumner Handbook of Soil Sciences Properties and
Processes Second Edition Taylor amp Francis 2011
[90] C Klein CS Hurlbut Manual de mineralogiacutea Reverte 1996
[91] Y-F Lin J-L Chen C-Y Xu T-W Chung Chemical Engineering Journal
250 (2014) 409-415
[92] AK Gupta M Gupta Biomaterials 26 (2005) 3995-4021
62
[93] C Sun JSH Lee M Zhang Advanced Drug Delivery Reviews 60 (2008)
1252-1265
[94] N Rai M Sarkar S Raha Pharmacological Reports 67 (2015) 1215-1223
[95] Z Lavrič J Pirnat J Lužnik U Puc Z Trontelj S Srčič Journal of
Pharmaceutical Sciences 104 (2015) 1909-1918
[96] S Rozou A Voulgari E Antoniadou-Vyza European Journal of
Pharmaceutical Sciences 21 (2004) 661-669
[97] H-S Gwak J-S Choi H-K Choi International Journal of Pharmaceutics
297 (2005) 156-161
[98] RP Aquino G Auriemma M dacuteAmore AM DacuteUrsi T Mencherini P Del
Gaudio Carbohydrate Polymers 89 (2012) 740-748
[99] IE Shohin JI Kulinich GV Ramenskaya B Abrahamsson S Kopp P
Langguth JE Polli VP Shah DW Groot DM Barends JB Dressman
Journal of Pharmaceutical Sciences 103 (2014) 367-377
[100] R Silva H Ferreira AC Carvalho AC Gomes A Cavaco-Paulo Colloids
and Surfaces B Biointerfaces 92 (2012) 277-285
[101] M Meloun D Burkoˇnovaacute T Syrovyacute A Vraacutena Analytica Chimica Acta 486
(2003) 125-141
[102] D Zheng Y Wang D Zhang Z Liu C Duan L Jia F Wang Y Liu G
Liu L Hao Q Zhang Cancer Letters 307 (2011) 158-164
[103] Q Wang R Liu X Shen L Zou D Wu Journal of Nanoscience and
Nanotechnology 14 (2014) 2871-2877
[104] N Caliskan AR Kul S Alkan EG Sogut I Alacabey Journal of
Hazardous Materials 193 (2011) 27-36
[105] TA Cigu S Vasiliu S Racovita C Lionte V Sunel M Popa C Cheptea
European Polymer Journal 82 (2016) 132-152
[106] M Oumlzacar İA Şengil Process Biochemistry 40 (2005) 565-572
[107] YS Ho G McKay Process Biochemistry 34 (1999) 451-465
[108] AB Peacuterez-Mariacuten VM Zapata JF Ortuntildeo M Aguilar J Saacuteez M Lloreacutens
Journal of Hazardous Materials 139 (2007) 122-131
[109] BF Urbano I Villenas BL Rivas CH Campos Chemical Engineering
63
Journal 268 (2015) 362-370
[110] J Peacuterez L Toledo CH Campos BL Rivas J Yantildeez BF Urbano
Chemical Engineering Journal 287 (2016) 744-754
[111] JW Steed DR Turner K Wallace Core Concepts in Supramolecular
Chemistry and Nanochemistry Wiley 2007
[112] A Buczkowski D Waliszewski P Urbaniak B Palecz International
Journal of Pharmaceutics 505 (2016) 1-13
[113] M Kosmulski Advances in Colloid and Interface Science
ii
ldquoSi quieres ir raacutepido camina solo pero
si quieres llegar lejos ve acompantildeadordquo
Proverbio africano
iii
Agradecimientos
Deseo agradecer inmensamente por el apoyo brindado en todo este trayecto
desde antes de ser tesista y a lo largo del desarrollo de eacutesta por la paciencia
confianza sinceridad y entrega de conocimientos a mis Profesores Guiacutea y Co-
guiacutea al Dr Joel Alderete Trivintildeos y Dr Cristian Campos Figueroa A los miembros
de la comisioacuten evaluadora Dra Catherine Sepuacutelveda Muntildeoz Dr Francisco Muntildeoz
Muntildeiz y Dr Nicolaacutes Yutronic Saacuteez por haber aceptado ser parte de esta comisioacuten
y por la disposicioacuten dada para las correcciones yo comentarios
Sin olvidar tambieacuten a la Dra Cecilia Torres Muntildeoz quien me brindo ayuda en la
parte de conocimientos (en programas) y la paciencia debido a muchas dudas que
surgiacutean durante ese proceso de aprendizaje
A mis compantildeeros y amigos de laboratorio de BDM parte de ellos ya graduados
pero siempre agradecida ya que siempre brindaron su colaboracioacutenexplicacioacuten las
veces que fuese necesaria en algunos casos llegaba aburrir de tanta pregunta y
el aacutenimo cuando algo no resultaba sin olvidar tambieacuten de haber compartido
alegriacuteas risas bobadas muacutesica y viajes a Karen Pabla Carola Nicolas Fabio
Felipe y no olvidar a quienes recieacuten comienzan por el carintildeo brindado a Kelly y
Solange
Agradecer a todo el personal de laboratorio donde maacutes de una vez fui a molestar
por material o reactivo al Laboratorio de Orgaacutenica Fiacutesico-quiacutemica Analiacutetica y
sobre todo a Quiacutemica General donde Pamela y Don Rafael quienes siempre se
reiacutean cuando me veiacutean y preguntaban iquestQueacute necesitas ahora el carintildeo hacia
ellos es grande conocieacutendolos desde las ayudantiacuteas de pregrado hasta ahora
No puedo dejar de mencionar a quien fue mi compantildeero de estudios Elizardo
aquel que sin conocerlo me abrioacute las puertas de su casa y permitir conocer su
familia quien cada vez que podiacutea me incentivaba seguir estudiando sin flaquear
Tambieacuten de mencionar a amistades que se forman en este transcurso de estudios
a Loreto por su alegriacutea y generosidad a Liliana por su preocupacioacuten y empatiacutea a
Claudio por su buena disposicioacuten apoyo y confianza
A mis amistades de la vida quienes siempre brindaban su apoyo ya sea por medio
de conversaciones mensajes o un abrazo tal vez no nos veiacuteamos lo suficiente
pero siempre con el carintildeo que nos caracteriza aquella amistad que
independiente del tiempo nada cambia amistades incondicionales Pamela Astrid
Lilian Marcela Perla Ervin Fabiaacuten
iv
Por uacuteltimo agradecer a mi Familia a mi Madre Lucia quien en un comienzo le
costoacute darme el apoyo pero vio mis ganas de seguir estudiando aquel suentildeo
personal muchas gracias por TODO faltariacutean hojas por seguir agradecieacutendote
quienes maacutes componen esta Familia son mi Hermana Soledad y mis Hermanos
Hugo y Luis con sus respectivas parejas Eduardo Cecilia y Margarita sin olvidar
mis dos grandes alegriacuteas mis sobrinas Cecilia y Catalina donde todos me
preguntaban iquestcoacutemo vas iquestte queda poco da la peleaiexcliexcl etc
Dentro de este periodo de estudios han pasado muchas cosas en la Familia
como una de ellas fue la peacuterdida de mi abuelita Luisa quien jamaacutes se entero de
este proceso de estudios pero siempre pendiente de ti hasta los uacuteltimos minutos
venia a la universidad y cuidaba de ti cuanto maacutes pude de eso no me arrepiento
Ademaacutes ha habido decaiacutedas de Salud (hospitalizaciones) pero aquello ha hecho
que la familia se una auacuten maacutes y apoyaacutendonos como cada uno pudiese maacutes auacuten
cuando existe un dolor de ya casi 11 antildeos una perdida fiacutesica desde ahiacute que
valoramos y nos queremos cada diacutea maacutes como Familia no hay diacutea o instancia que
me acuerde de ti Janito mi Hermano mi Protector a quien le dije que lo sentiacutea
como un Padre se que nos acompantildeas y estas bien sin dolor como alguna vez
sontildeeacute pedaleando en tu bicicleta Recuerdo que habiacuteas dicho sobre miacute de lo
importante que yo estudiaraacute acaacute estamos terminando una etapa maacutes gracias
porque desde pequentildea me ensentildeaste matemaacuteticas y en cuanto maacutes pudiste
Infinitas Gracias a cada uno de los que mencione y a quienes por alguna razoacuten se
me haya olvidadohellipGracias por el apoyo brindado animo paciencia confianza
sinceridad carintildeo consejos alegriacuteas etc de haber sido participe de esta tesis
colaborando emocionalmente y en el desarrollo de eacutesta
v
RESUMEN
Los nanotubos de magnetita Fe3O4 tienen la capacidad de ser materiales
ferrimagneacuteticos o superparamagneacuteticos Esta propiedad ha sido de especial
intereacutes en los uacuteltimos antildeos para aplicaciones en diferentes campos de la
nanociencia pero en particular en la preparacioacuten de materiales para la adsorcioacuten
transporte y liberacioacuten controlada de faacutermacos Por otro lado los dendriacutemeros en
particular los derivados de poli-(amidoamina) (PAMAM) son macromoleacuteculas
altamente ramificadas monodispersas los que han sido ampliamente estudiados
como sistemas nanotransportadores de faacutermacos Una de las principales
desventajas de ambos materiales es la limitada capacidad de carga que muestran
frente a algunos faacutermacos de intereacutes en el tratamiento de enfermedades croacutenicas
Ademaacutes del limitado control que se tiene en los procesos de liberacioacuten cuando
estos sistemas se usan como nanotransportadores de faacutermacos
Dada las caracteriacutesticas de ambos sistemas esta tesis contemploacute el estudio de un
sistema hiacutebrido NT-Fe3O4 acoplado a dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten
para la encapsulacioacuten de dos faacutermacos piroxicam (PRX) y silibinina (SIL) La
preparacioacuten del nanomaterial hiacutebrido se llevoacute a cabo a partir de siacutentesis
hidrotermal de los oacutexidos de hierro la que permitioacute obtener los nanotubos de
Fe3O4 a partir de la reduccioacuten teacutermica de los nanotubos de Fe2O3 en presencia de
flujo de H2 Finalmente el acople del dendriacutemero PAMAM a la superficie del
nanotubo se realizoacute mediante una inmovilizacioacuten covalente mediada por un
agente de acople El nanomaterial hiacutebrido fue caracterizado por termogravimetriacutea
difraccioacuten de rayos X microscopiacutea electroacutenica de barrido microscopiacutea electroacutenica
de transmisioacuten susceptibilidad magneacutetica e isoterma de adsorcioacuten-desorcioacuten de
N2 a -196degC ademaacutes de espectroscopia FT-IR con lo que se demostroacute la efectiva
inmovilizacioacuten de PAMAM a un contenido de 16 en masa El material hiacutebrido
(Fe3O4-PAMAM) mantiene la forma nanotubular y las propiedades magneacuteticas del
soporte inorgaacutenico de partida En los experimentos de adsorcioacuten se empleoacute NT-
Fe3O4 como adsorbente control Para ambos adsorbentes Fe3O4-PAMAM y NT-
vi
Fe3O4 se determinaron las cineacuteticas de adsorcioacuten para dos faacutermacos modelos
piroxicam (PRX) y silibinina (SIL) Para ambos materiales la adsorcioacuten de los
faacutermacos mostraron ajustarse a cineacuteticas de pseudo-primer orden y la cantidad
maacutexima de adsorcioacuten de faacutermaco se vio mejorada junto con un aumento en la
velocidad de adsorcioacuten por la presencia de PAMAM en la superficie del material
hiacutebrido
vii
ABSTRACT
Magnetite nanotubes Fe3O4 have the capacity to be ferrimagnetic or
superparamagnetic materials This property has been of special interest in last
years for applications in different fields of nanoscience but in particular in the
preparation of materials for the adsorption transport and controlled release of
drugs On the other hand dendrimers in particular the derivatives of poly-
(amidoamine) (PAMAM) are macromolecules highly branched and monodisperse
which have been widely studied as drug nanocarriers systems One of the main
disadvantages of both materials is their limited load capacity showed against some
drugs of interest in the treatment of chronic diseases In addition these systems
present an uncontrolled drug release in the liberation processes when they are
used as drug nanocarriers
Considering the characteristics of both systems this thesis contemplated the study
of a hybrid system NT-Fe3O4 coupled with PAMAM dendrimer of the third
generation for the encapsulation of two drugs piroxicam (PRX) and silybin (SIL)
The preparation of the hybrid nanomaterial was carried out from hydrothermal
synthesis of iron oxides which allowed obtaining NT-Fe3O4 from the thermal
reduction of the nanotubes of Fe2O3 in the presence of H2 flow Finally the
coupling of the PAMAM dendrimer to the surface of the nanotube was performed
by covalent immobilization mediated by a coupling agent The hybrid nanomaterial
was characterized by thermogravimetry X-ray diffraction scanning electron
microscopy transmission electron microscopy magnetic susceptibility
measurements and N2 adsorption-desorption isotherm at -196degC in addition FT-
IR spectroscopy analysis demonstrated the effective immobilization of PAMAM to a
content of 16 by mass The hybrid material (NTFe3O4-PAMAM) maintains the
nanotubular form and the magnetic properties of the starting inorganic support In
the adsorption experiments NT-Fe3O4 was used as the control adsorbent For both
adsorbents NT-Fe3O4-PAMAM and NT-Fe3O4 adsorption kinetic were determined
for two drug models piroxicam (PRX) and silybin (SIL) For both materials the
viii
adsorption of the drugs was adjusted to pseudo-first-order kinetics and the
maximum amount of drug adsorption was improved along with an increase in
adsorption rate by the presence of PAMAM on the surface of the hybrid material
ix
TABLA DE CONTENIDOS
Paacutegina
PROBERVIO ii
AGRADECIMIENTOS iii
RESUMEN v
ABSTRACT vii
IacuteNDICE DE FIGURAS xi
IacuteNDICE DE TABLAS xiii
1 INTRODUCCIOacuteN 1
11 Nanomateriales magneacuteticos 3
12 Dendriacutemeros 8
13 Nanomateriales hiacutebridos oacutexido inorgaacutenicoPAMAM 12
2 HIPOacuteTESIS 14
3 OBJETIVOS 14
31 OBJETIVO GENERALE 14
32 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS 14
4 PARTE EXPERIMENTAL 15
41 Siacutentesis de los nanotransportadores 15
411 Siacutentesis de nanotubos de magnetita (Fe3O4) 15
412 Funcionalizacioacuten de NT-Fe3O4 con el agente de acople
3-glicidoxipropil-trimetoxisilano
15
413 Acoplamiento de NT-Fe3O4-GPTMS con dendriacutemero
PAMAM
16
42 Caracterizacioacuten de los sistemas 17
421 Espectroscopia de Infrarrojo con Transformada de Fourier
(FT-IR)
17
422 Difraccioacuten de Rayos X (DRX) 18
423 Microscopiacutea Electroacutenica de Transmisioacuten (TEM) 20
424 Microscopia Electroacutenica de Barrido (SEM) 21
425 Anaacutelisis Termogravimeacutetrico (TGA) 22
426 Isotermas de Adsorcioacuten-Desorcioacuten de N2 a -196degC 23
x
427 Magnetizacioacuten del material 24
428 Adsorcioacuten de Faacutermacos en Nanotubo Fe3O4 y en
nanotransportador hiacutebrido Fe3O4-PAMAM
26
5 DISCUSOacuteN Y ANAacuteLISIS DE RESULTADOS 28
51 Caracterizacioacuten de los nanomateriales 28
511 Espectroscopia de infrarrojo con transformada de Fourier 28
512 Anaacutelisis Termogravimeacutetrico 29
513 Isotermas de Adsorcioacuten-Desorcioacuten de N2 a -196degC 31
514 Difraccioacuten de Rayos X 33
515 Microscopiacutea Electroacutenica de Barrido y Transmisioacuten 34
516 Propiedades magneacuteticas 37
52 Estudios de la adsorcioacuten de Faacutermacos en Nanotubo Fe3O4
y en nanotransportador hiacutebrido Fe3O4-PAMAM
40
521 Faacutermacos de intereacutes 40
522 Adsorcioacuten de PRX 44
523 Adsorcioacuten de SIL 49
6 CONCLUSIONES Y PERSPECTIVAS 54
REFERENCIAS 56
xi
IacuteNDICE DE FIGURAS
Paacutegina
Figura 1 Algunos tipos de nanomateriales utilizados en el
transporte de faacutermacos y para diagnoacutestico e imagen [17]
2
Figura 2 Esquemas de asociacioacuten componente orgaacutenico en
soportes soacutelidos (a) Adsorcioacuten (b) Adsorcioacuten por
formacioacuten de pares ioacutenicos y (c) Anclaje por enlace
covalente
6
Figura 3 Esquema de anclaje del AAC en el soporte [42] 7
Figura 4 Esquema general de la estructura de un dendriacutemero 9
Figura 5 Dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten (G3) 10
Figura 6 Sistema de reaccioacuten para realizar las modificaciones
superficiales de NT-Fe3O4
16
Figura 7 Esquema del equipamiento de un FT-IR 18
Figura 8 Difraccioacuten de Rayos X producida por los diferentes planos
de un cristal
19
Figura 9 Esquema de un microscopio electroacutenico de transmisioacuten 21
Figura 10 Esquema de un microscopio electroacutenico de barrido 22
Figura 11 Representacioacuten esquemaacutetica de un soacutelido poroso [71] 23
Figura 12 Representacioacuten de curva de magnetizacioacuten para un
material ferromagneacutetico [74]
25
Figura 13 Esquema del sistema de adsorcioacuten de faacutermacos en los
nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM
27
Figura 14 Espectro FT-IR de (a) NT-Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-PAMAM 28
Figura 15 Termogramas de los materiales realizados en atmoacutesfera
de O2 (a) NT- Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-GPTMS y (c) NT-
Fe3O4-PAMAM
30
Figura 16 Isoterma de adsorcioacutendesorcioacuten de N2 a -196degC para (a)
NT-Fe3O4 y (b) NT-Fe3O4-PAMAM
32
Figura 17 Difractograma de rayos X para (a) NT α-Fe2O3 (b) NT- 34
xii
Fe3O4 y (c) NT-Fe3O4-PAMAM
Figura 18 Imaacutegenes de SEM de los materiales (a) NT-Fe3O4 (b)
NT-Fe3O4-PAMAM
35
Figura 19 Micrografiacuteas de TEM de NT-Fe3O4 (a b) NT-Fe3O4-
PAMAM (e f) y las curvas de distribucioacuten del largo (c g) y
diaacutemetro externo (d h) para ambos NT-Fe3O4 y NT-
Fe3O4-PAMAM respectivamente
36
Figura 20 Curva de magnetizacioacuten obtenida para NT-Fe3O4 (a b) y
NT-Fe3O4-PAMAM (c d) utilizando un magnetoacutemetro de
muestra vibrante (VSM) a 17degC
39
Figura 21 Estructuras de los faacutermacos de intereacutes (a) Piroxicam y
(b) Silibinina
40
Figura 22 Cineacutetica y ajustes de modelos cineacuteticos de adsorcioacuten
para PRX en los nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-
Fe3O4-PAMAM
45
Figura 23 Esquema propuesto para la adsorcioacuten de PRX en los
sistemas sintetizados (A) Fe3O4-NT y (B) Fe3O4-NT-
PAMAM
45
Figura 24 Graacutefico de adsorcioacuten de PRX en los nanotransportadores
sintetizados considerando un modelo de difusioacuten
intrapartiacutecula en tres etapas
48
Figura 25 Cineacutetica y ajustes de modelos cineacuteticos de adsorcioacuten
para SIL en los nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-
Fe3O4-PAMAM
49
Figura 26 Graacutefico de adsorcioacuten de SIL en los nanotransportadores
sintetizados considerando un modelo de difusioacuten
intrapartiacutecula en tres etapas
52
xiii
IacuteNDICE DE TABLAS
Paacutegina
Tabla 1 Impacto en la masa molecular y en el tamantildeo de los
dendriacutemeros PAMAM seguacuten crece la generacioacuten [48]
11
Tabla 2 Porcentaje de peacuterdida de masa y material acoplado
GPTMS y PAMAM (G3) al NT-Fe3O4
31
Tabla 3 Superficie especiacutefica tamantildeo promedio de poro y volumen
de poro determinadas por las de BET y BJH [73 86] para
los materiales en base a NT-Fe3O4 sintetizados
33
Tabla 4 Resumen de paraacutemetros magneacuteticos para los materiales
preparados a 17degC
37
Tabla 5 Modelos cineacuteticos para la adsorcioacuten de PRX en los
adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM
46
Tabla 6 Modelo de difusioacuten intra-partiacutecula para la adsorcioacuten de
PRX en los adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM
considerando dos etapas determinantes en la adsorcioacuten
del faacutermaco y una tercera de equilibrio
49
Tabla 7 Modelos cineacuteticos para la adsorcioacuten de SIL en los
adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM
51
Tabla 8 Modelo de difusioacuten intra-partiacutecula para la adsorcioacuten de SIL
en los adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM
considerando dos etapas determinantes en la adsorcioacuten
del faacutermaco y una tercera de equilibrio
53
1
1 INTRODUCCIOacuteN
En la actualidad existe una amplia gama de faacutermacos disponibles para el
tratamiento de diferentes tipos de enfermedades En el tratamiento de un proceso
fisiopatoloacutegico se espera que la administracioacuten de los medicamentos se realice de
forma tal que alcance su lugar de accioacuten con una determinada concentracioacuten No
obstante algunos medicamentos muestran una escasa solubilidad en el plasma
sanguiacuteneo asiacute como tambieacuten en el medio inter-intracelular Por lo general solo el
1 de la dosis administrada llega al sitio diana mientras que el resto del faacutermaco
se distribuye a traveacutes del resto de ceacutelulas y tejidos Esta desventaja impone la
administracioacuten de altas dosis de faacutermacos para lograr un aumento de su
concentracioacuten local lo que provoca numerosos efectos toxicoloacutegicos e
inmunoloacutegicos indeseables [1-3]
Esta limitante estaacute siendo superada gracias al desarrollo de una variedad de
transportadores de faacutermacos los que actuacutean por asociacioacuten fiacutesica yo quiacutemica
entre la sustancia activa y el transportador Entre las muacuteltiples ventajas que
pueden aportar los transportadores de faacutermacos se destaca el control de las
concentraciones plasmaacuteticas y de la distribucioacuten tisular gracias a que protege la
sustancia activa contra la inactivacioacuten (quiacutemica enzimaacutetica o inmunoloacutegica) desde
el lugar de administracioacuten hasta el sitio de accioacuten [2 4-7] Los sistemas
transportadores han sido clasificados de acuerdo a su naturaleza quiacutemica o a su
tamantildeo pero en las uacuteltimas deacutecadas son aquellos denominados
nanotransportadores los que han mostrado los resultados maacutes promisorios en el
desarrollo de sistemas vectorizados de transporte y liberacioacuten de faacutermacos para el
tratamiento especiacutefico de enfermedades
Los nanotransportadores son sistemas que se caracterizan por ser de tamantildeo
nanomeacutetrico donde sus medidas pueden fluctuar entre 1 y 100 nm en una o maacutes
de sus dimensiones [8 9] (ver Figura 1) La adsorcioacuten del faacutermaco ocurre
generalmente al interior de cavidades del nanotransportador las cuaacuteles permiten
2
alojar las moleacuteculas de faacutermaco en un fenoacutemeno que se describe como
encapsulacioacuten [10 11] Dentro de los nanotransportadores de faacutermacos que
cumplen con estos requisitos se encuentran aqueacutellos que se basan en sistemas
inorgaacutenicos orgaacutenicos y aqueacutellos denominados hiacutebridos que son una mezcla de
ambos
De la familia de transportadores basados en nanomateriales (NM) inorgaacutenicos se
pueden mencionar algunos como nanotubos de carbono (CNTs) [12] nanotubos
de oacutexidos inorgaacutenicos como TiO2 [13] y Al2O3 [14] nanopartiacuteculas de oacutexidos
inorgaacutenicos como SiO2 [15] y Fe3O4 [16] entre otros La principal caracteriacutestica de
estos sistemas es su nula solubilidad en el plasma sanguiacuteneo La habilidad de
adsorber faacutermacos de estos materiales viene dada principalmente porque
disponen de un aacuterea superficial y porosidad que permiten el alojamiento del
faacutermaco al interior de los poros lo que ralentiza su liberacioacuten una vez internalizado
en el hueacutesped
Figura 1 Algunos tipos de nanomateriales utilizados en el transporte de faacutermacos
y para diagnoacutestico e imagen [17]
Los NM orgaacutenicos tambieacuten se han considerado una buena alternativa para su uso
como sistemas nanotransportadores de faacutermacos de los que se pueden mencionar
a los dendriacutemeros [18] micelas [19] poliacutemeros [20] y liposomas [21] entre otros A
diferencia de los materiales inorgaacutenicos los nanomateriales orgaacutenicos pueden
Poliacutemero lineal Quantum Dots Nanopartiacutecula
Micela polimeacuterica Liposoma Dendriacutemero
3
actuar de forma soluble o insoluble en el plasma sanguiacuteneo El principio de
adsorcioacuten se basa en la diferencia de afinidad del faacutermaco frente al medio
dispersante De forma general faacutermacos que son poco solubles en agua se
adsorben de forma efectiva en sistemas que posean cavidades hidroacutefobas
Los sistemas nanotransportadores hiacutebridos nacen de la necesidad de combinar
propiedades de los sistemas inorgaacutenicos yo orgaacutenicos con el fin de producir un
NM que muestre una alta sinergia entre ambos componentes en el proceso de
adsorcioacuten y liberacioacuten de faacutermacos [1314 22] Dependiendo de la naturaleza del
sistema hiacutebrido se pueden clasificar en hiacutebridos inorgaacutenicoinorgaacutenico [23]
hiacutebridos inorgaacutenicoorgaacutenico [24] e hiacutebridos orgaacutenicoorgaacutenico [25]
11 Nanomateriales magneacuteticos
Dentro de los NM inorgaacutenicos maacutes interesantes se encuentran las
nanoestructuras de oacutexidos hierro El oacutexido de hierro existe en la naturaleza en tres
fases magnetita (Fe3O4) maghemita (γ-Fe2O3) y hematita (α-Fe2O3) [26] La
magnetita presenta las propiedades maacutes interesantes entre todos los demaacutes
oacutexidos de hierro debido a la presencia de cationes de hierro en dos estados de
valencia (Fe2+ y Fe3+) en su estructura cubica centrada en la cara de tipo espinela
(AB2O4) inversa En ella el oxiacutegeno forma un empaquetado cuacutebico compacto
donde la mitad de los cationes Fe3+ ocupan sitios tetraeacutedricos (A) mientras que la
otra mitad de Fe3+ y los cationes Fe2+ ocupan los sitios octaeacutedricos (B) [27] lo cual
le confiere susceptibilidad magneacutetica
El nuacutemero de cationes Fe3+ en cada sitio de la red cristalina (tetraeacutedrico y
octaeacutedrico) es el mismo pero con direcciones opuestas del espiacuten magneacutetico por
lo tanto los momentos magneacuteticos de los cationes Fe3+ se anulan entre siacute como
resultado los cationes Fe2+ son los responsables del momento magneacutetico neto en
la magnetita Por lo cual la magnetita posee un comportamiento ferrimagneacutetico es
decir los espines magneacuteticos son antiparalelos y sus magnitudes son desiguales
4
El comportamiento de este material magneacutetico puede cambiar draacutesticamente
dependiendo del tamantildeo A medida que el tamantildeo de la estructura disminuye los
multidominios magneacuteticos cambian hasta obtener una estructura conformada por
un solo dominio magneacutetico [27-29] dando como resultado una nueva propiedad
magneacutetica denominada superpara-magnetismo Esta propiedad se define como la
capacidad de ciertos NM magneacuteticos que poseen alta susceptibilidad y saturacioacuten
de magnetizacioacuten bajo la influencia de un campo magneacutetico las que pierden
completamente una vez que se elimina el campo magneacutetico lo que resulta una
remanencia magneacutetica y coercitividad de cero [30] Debido a su baja toxicidad y
alta biocompatibilidad ademaacutes de la alta estabilidad mecaacutenica teacutermica y quiacutemica
la magnetita ha atraiacutedo mucho la atencioacuten para aplicaciones biomeacutedicas tales
como resonancia magneacutetica hipertermia magneacutetica terapia del caacutencer liberacioacuten
controlada de faacutermacos ingenieriacutea de tejidos entre otras [29-32]
Muchos esfuerzos tambieacuten se han llevado a cabo en la siacutentesis y propiedades de
las nanoestructuras de oacutexido de hierro con morfologiacuteas bien definidas como
nanocristales poliedros cubos varillas tubos entre otros [26] Varios meacutetodos
sinteacuteticos han sido reportados para la preparacioacuten de nanopartiacuteculas de oacutexido de
hierro que incluyen co-precipitacioacuten irradiacioacuten de ultrasonido siacutentesis
solvotermal siacutentesis hidrotermal microemulsioacuten siacutentesis viacutea microondas y la
descomposicioacuten teacutermica [33] La siacutentesis hidrotermal es una ruta de precipitacioacuten
en fase acuosa que se lleva a cabo en reactores que soportan altas presiones y
temperaturas la que se emplea ampliamente para sintetizar nanoestructuras
funcionales con formas especiacuteficas [26 27] ya que es un proceso simple y de alto
rendimiento con el cual se obtienen nano-arquitecturas de tamantildeo y morfologiacutea
reproducible [31]
Jia y colaboradores han reportado un proceso sencillo para producir nanoanillos
de Fe3O4 en el cual se utiliza la ruta hidrotermal con la participacioacuten de los
aniones dobles SO42- y H2PO4
- como controladores de la morfologiacutea para producir
Fe2O3 como base estructural el cual es sometido a un tratamiento de reduccioacuten en
5
atmoacutesfera de H2 para producir el material en base a magnetita [34] Este meacutetodo
abre la posibilidad de crear una gama de estructuras tridimensionales variando las
relaciones de iones SO42-H2PO4
- durante el tratamiento de siacutentesis hidrotermal
[34] Se ha demostrado que los iones SO42- tienen el efecto de aumentar el
tamantildeo de partiacutecula debido a que aumenta la superficie de las nanoestruturas
Fe2O3 formadas [35] La presencia de iones H2PO4- es el factor crucial que induce
la formacioacuten de una estructura tubular producto de la adsorcioacuten selectiva de iones
fosfato en la superficie de las partiacuteculas de Fe2O3 y su capacidad de coordinar con
los iones feacuterricos [36] Estas estructuras tubulares o nanotubos magneacuteticos (NT-
Fe3O4) no soacutelo conservan el fondo y la forma de una nanovarilla tambieacuten
proporcionan cavidad interna que lo proyectan como un material que permite la
encapsulacioacuten y liberacioacuten controlada de faacutermacos oligoacutemeros supramoleacuteculas
yo macromoleacuteculas entre otras especies [37] las cuales se pueden transportar
de forma segura en el sistema in vivo evitando la degradacioacuten hidroliacutetica o la
precipitacioacuten de faacutermacos hidroacutefobos durante la entrega en el sitio especiacutefico
La principal ventaja de los NT-Fe3O4 como transportadores de faacutermacos es que
pueden poseer la propiedad del para- o superpara-magnetismo para realizar un
seguimiento de la administracioacuten de faacutermacos El traslado de los NTs puede ser
controlado por un campo magneacutetico externo dirigieacutendolo de forma especiacutefica a los
sitios fisioloacutegicos de accioacuten [38] La combinacioacuten de las propiedades magneacuteticas
con una estructura tubular hace de los NT-Fe3O4 un candidato ideal como
nanotransportador empleado en aplicaciones biomeacutedicas La principal limitante
para el empleo de este tipo de sistemas es el tipo de moleacuteculas que pueden ser
adsorbidas ya que en general se ha observado que moleacuteculas de pequentildeo
tamantildeo no son adsorbidas en forma eficiente [34 39]
Una forma de poder superar la baja capacidad de adsorcioacuten de faacutermacos por parte
de los NT-Fe3O4 es generando sistemas hiacutebridos que sean capaces de incorporar
una segunda unidad que incrementen su capacidad de adsorcioacuten Esto se puede
conseguir recubriendo al NT-Fe3O4 con un segundo componente generalmente de
6
naturaleza orgaacutenica obtenido de una fuente natural o sinteacutetica proveyendo
nanoestructuras hibridas con propiedades mejoradas frente a sus componentes
puros La asociacioacuten del componente orgaacutenico con el NM inorgaacutenico puede
realizarse empleando 3 rutas tal como se muestra en la Figura 2
(a) (b) (c)
Figura 2 Esquemas de asociacioacuten componente orgaacutenico en soportes soacutelidos (a)
Adsorcioacuten (b) Adsorcioacuten por formacioacuten de pares ioacutenicos y (c) Anclaje por enlace
covalente
La asociacioacuten por formacioacuten de enlaces covalentes ha sido la teacutecnica maacutes
prometedora y puede llevarse a cabo gracias al uso de moleacuteculas intermediarias
denominadas agentes de acople los cuales son capaces de modificar la superficie
de un soacutelido inorgaacutenico y a su vez unirse covalentemente al estabilizante a traveacutes
de una funcioacuten orgaacutenica reactiva Algunos agentes de acople (AAC) se pueden
clasificar en cuatro grupos aacutecidos carboxiacutelicos poliacutemeros silanos y moleacuteculas
organofosforadas Los AAC del tipo silano son los maacutes utilizadas en los NM
inorgaacutenicos la formula general de este tipo AAC muestra dos clases de
funcionalidades (R1-(CH2)n-Si-(R2)3) Los grupos R1 representan al grupo orgaacutenico
funcional como NH2 SH epoxi metacrilato etc y los grupos R2 representan a un
grupo funcional hidrolizable tal como OCH3 OCH2CH3 o Cl [40 41]
7
Debido a que la superficie de NM inorgaacutenicos de tipo oacutexido poseen grupos
hidroxilos (-OH) eacutestos se utilizan como sitios de reaccioacuten para el proceso de
anclaje El proceso de acoplamiento se logra a traveacutes de la reaccioacuten quiacutemica
entre los grupos trialcoacutexido del AAC y los grupos hidroxilos superficiales del NM
inorgaacutenico [41] tal como se muestra en el esquema de la Figura 3
Figura 3 Esquema de anclaje del AAC en el soporte [42]
Dependiendo de la naturaleza de la moleacutecula orgaacutenica a anclar hay dos formas de
incorporarla en la superficie del soporte anclaje de AAC en la superficie del NM y
posterior reaccioacuten con la moleacutecula de intereacutes o reaccioacuten previa entre moleacutecula y
AAC para realizar el posterior anclaje en la superficie del NM
En este contexto se ha propuesto que la utilizacioacuten de sistemas
nanotransportadores hiacutebridos podriacutean mejoran las variadas limitaciones que
presentan la mayoriacutea de los sistemas nanotransportadores basados en materiales
inorgaacutenicos con baja capacidad de adsorcioacuten Algunos sistemas hiacutebridos
8
propuestos para la adsorcioacuten de faacutermacos han sido nanopartiacuteculas de siacutelice
funcionalizadas con poliacutemeros que contienen guanidina donde se ha estudiado el
comportamiento de carga y liberacioacuten de doxorrubicina y sulfasalazina [22]
nanopartiacuteculas de ZnO-poli(N-isopropilacrilamida) en las cuales se ha estudiado la
liberacioacuten del faacutermaco doxorrubicina en ceacutelulas tumorales [43] nanotubos de
carbono-dendriacutemero los cuales han permitido el aumento significativo de la
solubilidad del faacutermaco carvedilol [44] nanotubos de TiO2 y Al2O3 acoplados a
dendriacutemeros PAMAM cuyo objetivo es combinar las propiedades de adsorcioacuten y
liberacioacuten de metotrexato silibinina y curcumina [13 14]
12 Dendriacutemeros
En el uacuteltimo tiempo ha habido un creciente intereacutes en el uso de macromoleacuteculas
sinteacuteticas en base a poliacutemeros de masa molar controlada y estructura quiacutemica
definida como vectores en la administracioacuten controlada de faacutermacos y otras
aplicaciones terapeacuteuticas o de diagnoacutestico donde se destacan los dendriacutemeros
[45] Los dendriacutemeros son una clase de macromoleacuteculas polimeacutericas de forma
globular altamente ramificadas y monodispersas que constan de un nuacutecleo
central a partir del cual se originan una serie de ramificaciones La palabra
dendriacutemero deriva del teacutermino griego dendron que significa aacuterbol y meros es
decir parte La estructura de un dendriacutemero incluye tres partes un nuacutecleo central
unidades ramificadas y grupos superficiales Las unidades ramificadas estaacuten
dispuestas en capas denominadas generaciones (G) y la zona de la cual emergen
estas ramificaciones se conoce como nodo [23] tal como se muestra en la Figura
4 El tamantildeo de los dendriacutemeros variacutea entre 10-130 Aring de diaacutemetro dependiendo
de la generacioacuten del dendriacutemero [45-47] A pesar de su gran tamantildeo molecular
muestran una muy baja polidispersidad en comparacioacuten con los poliacutemeros
sinteacuteticos tradicionales [48]
La principal ventaja de los dendriacutemeros es que de acuerdo a su estructura
quiacutemica poseen cavidades hidrofoacutebicas caraacutecter que se acentuacutea a medida que
9
crece la generacioacuten del dendriacutemero Esta propiedad favorece la adsorcioacuten de
faacutermacos poco solubles en su interior destacaacutendolos como agentes de transporte
para faacutermacos poco solubles [49-52]
Figura 4 Esquema general de la estructura de un dendriacutemero
Fuente Elaboracioacuten propia
Por otra parte estos nanotransportadores poseen en su superficie un nuacutemero
definido de grupos funcionales (amino carboxilo hidroxilo etc) los que le
confieren una gran versatilidad ya que no soacutelo poseen capacidad para la
adsorcioacuten de faacutermacos en la cavidad interna de la macromoleacutecula sino que al
mismo tiempo los grupos funcionales superficiales permiten realizar
modificaciones brindaacutendoles una alta capacidad de vectorizacioacuten [17 53]
Los dendriacutemeros poliamidoaminas (PAMAM) fueron la primera familia de
dendriacutemeros sintetizados y caracterizados [54] siendo uno materiales de mayor
intereacutes en estudios de nanotransportadores en relacioacuten a su biocompatibilidad Los
dendriacutemeros PAMAM estaacuten constituidos por un nuacutecleo de 12-etilendiamina y
ramificaciones de poliamidoamina [48] En solucioacuten acuosa estos poliacutemeros se
comportan como polielectrolitos ya que las aminas terciarias presente en la
cavidad interna (pKa 30 ndash 60) y las aminas primarias superficiales del dendriacutemero
Nuacutecleo
Ramas
Punto divergente
Grupos funcionales
superficiales
10
(pKa 94 ndash 97) pueden ser protonadas a diferentes pH [13 51] lo cual conlleva a
un cambio en la conformacioacuten tamantildeo y carga del dendriacutemero Los dendriacutemeros
PAMAM estaacuten disponibles comercialmente hasta la deacutecima generacioacuten (G10) Los
de baja generacioacuten (G1-G3) son poco sensibles a los cambios frente a variaciones
de pH poseen conformaciones abiertas [55] y cavidades internas que permiten la
encapsulacioacuten de faacutermacos hidroacutefobos mientras que los grupos superficiales
estaacuten disponibles para interacciones electrostaacuteticas o conjugacioacuten covalente En la
Figura 5 se observa un dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten (G3)
Figura 5 Dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten (G3) Fuente Elaboracioacuten
propia
En la Tabla 1 se puede observar algunas propiedades de los PAMAM A medida
que aumenta la generacioacuten del dendriacutemero hay un aumento progresivo de su
11
tamantildeo (aprox 10 nm en cada generacioacuten) y como consecuencia se observa un
incremento exponencial en el nuacutemero de grupos aminos superficiales
Los dendriacutemeros PAMAM han demostrado ser efectivos como
nanotransportadores de faacutermacos pues poseen baja citotoxicidad son
biodegradables y no inmunogeacutenicos por lo menos hasta la generacioacuten 5 [56 57]
Tabla 1 Impacto en la masa molecular y en el tamantildeo de los dendriacutemeros
PAMAM seguacuten crece la generacioacuten [48]
Dendriacutemeros
PAMAM
generacioacuten
Masa molecular
(kDa)
Diaacutemetro en
nanoacutemetros (nm)
Nuacutemero de
grupos en
superficie
0 0517 15 4
1 1430 22 8
2 3256 29 16
3 6909 36 32
4 14215 45 64
5 28826 54 128
6 58048 67 256
7 116493 81 512
8 233383 97 1024
9 467162 114 2048
10 934720 135 4096
Algunos ejemplos reportados en bibliografiacutea han demostrado el aumento de la
solubilidad de algunos faacutermacos poco solubles en medio acuoso como nifedipina
adsorbida en PAMAM-G3 y PAMAM-G4 [58] aacutecido mefenaacutemico adsorbida en
PAMAM-G2 y PAMAM-G3 [51] piroxicam en PAMAM-G3 [59] metotrexato y
adriamicina en complejos PAMAM-G3-pegilado y PAMAM-G4-pegilado [60] entre
otros
12
La principal aplicacioacuten de los PAMAM como nanotransportadores ha sido en la
adsorcioacuten y liberacioacuten de faacutermacos antineoplaacutesicos [61] Lamentablemente los
sistemas PAMAM no muestran especificidad como para considerarlos potenciales
candidatos para terapias dirigidas en el tratamiento de enfermedades sin ser
previamente vectorizados Es por esto que la investigacioacuten que se ha desarrollado
en los uacuteltimos 10 antildeos ha estado focalizada en la siacutentesis de nanotransportadores
PAMAM modificados con algunas moleacuteculas capaces de conferirle especificidad
en orden a aumentar la liberacioacuten de los faacutermacos adsorbidos en la zona donde se
encuentran los receptores farmacoloacutegicos para asiacute disminuir al miacutenimo su
concentracioacuten en otras zonas del organismo [62 63] Ademaacutes variados estudios
han mostrado que los dendriacutemeros PAMAM poseen una limitada capacidad de
adsorcioacuten de faacutermacos soacutelo de unos cuantos miligramos de faacutermaco por gramo de
dendriacutemero Esto unido a la raacutepida liberacioacuten de las moleacuteculas de faacutermacos bajo
condiciones fisioloacutegicas impone el desarrollo de nuevas estrategias para el disentildeo
de nanotransportadores de faacutermacos en base a dendriacutemeros PAMAM
13 Nanomateriales hiacutebridos oacutexido inorgaacutenicoPAMAM
Dada la capacidad de adsorber faacutermacos del sistema PAMAM y su habilidad de
poder sufrir modificaciones en sus grupos aminos superficiales es que se ha
considerado como un componente que mejorariacutea la capacidad de adsorcioacuten de
faacutermacos poco solubles en sistemas inorgaacutenicos De acuerdo a la experiencia del
grupo de investigacioacuten se sabe que la preparacioacuten de nanotransportadores
hiacutebridos en base a nanotubos de TiO2 y Al2O3 acoplados con dendriacutemeros
PAMAM G3 han demostrado un incremento en la capacidad de adsorcioacuten de
faacutermacos poco solubles como metotrexato silibinina y curcumina [13 14]
En base a las evidencias previas reportadas en relacioacuten al empleo de materiales
hiacutebridos en base a nanotubos de oacutexidos inorgaacutenicos acoplados a dendriacutemeros
PAMAM y las caracteriacutesticas de NM del tipo NT-Fe3O4 es que se ha propuesto la
siacutentesis caracterizacioacuten y evaluacioacuten de la capacidad de adsorcioacuten de faacutermacos
13
de materiales en base a NT-Fe3O4 acoplados a PAMAM G3 los que podriacutean
constituir sistemas con una capacidad de adsorcioacuten superior respecto del NT-
Fe3O4 ademaacutes de exhibir propiedades para- o superpara-magneacuteticas que le
confeririacutean la capacidad de ser magneto-dirigido a los sitios de accioacuten Se espera
realizar la inmovilizacioacuten por medio de la unioacuten covalente entre el NT-Fe3O4 y
PAMAM mediada por un agente de acople de tipo 3-glicidoxipropil-trimetoxisilano
(GPTMS) Los estudios de adsorcioacuten se hicieron con dos faacutermacos poco solubles
como modelos silibinina (SIL) y piroxicam (PRX) empleando como adsorbentes
NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM G3
14
2 HIPOacuteTESIS
La inmovilizacioacuten covalente del dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten en un
NT magneacutetico en base a Fe3O4 permitiraacute adsorber efectivamente faacutermacos que
poseen baja solubilidad en agua
3 OBJETIVOS
31 OBJETIVO GENERAL
Sintetizar un nanotransportador hiacutebrido Fe3O4-PAMAM (G3) con la capacidad de
adsorber faacutermacos con baja solubilidad en agua
32 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
Sintetizar y caracterizar una nanoestructura magneacutetica basada en nanotubos
de Fe3O4 obtenidos por una reduccioacuten de nanotubos Fe2O3
Funcionalizar la nanoestructura magneacutetica con agente de acople por medio de
enlaces covalentes
Obtener un nanomaterial hiacutebrido basado en la inmovilizacioacuten covalente del
dendriacutemero PAMAM en la nanoestructura magneacutetica funcionalizada
Estudiar la adsorcioacuten de los faacutermacos piroxicam y silibinina en el nanomaterial
hiacutebrido
15
4 PARTE EXPERIMENTAL
41 Siacutentesis de los nanotransportadores
411 Siacutentesis de nanotubos de magnetita (Fe3O4)
Para la obtencioacuten de estos nanotubos magneacuteticos primero se realizoacute la siacutentesis de
nanotubos de hematita (α-Fe2O3) como precursor de forma los que fueron
obtenidos por tratamiento hidrotermal de una mezcla de disoluciones de
FeCl36H2O (JTBakerreg) NH4H2PO4 (Sigma-Aldrichreg) y Na2SO4 (Merckreg) de
acuerdo al trabajo reportado por Jia y colaboradores [34] Las relaciones molares
empleadas de la sal precursora y los agentes directores de estructura fueron
FeCl3NH4H2PO4Na2SO4 36121 las que se prepararon en agua desionizada y se
llevaron a un autoclave de 100 mL de capacidad La mezcla se calentoacute a 220degC
durante 48h El precipitado obtenido se separoacute por centrifugacioacuten y se lavoacute tres
veces con agua desionizada y etanol absoluto (Merckreg) respectivamente Despueacutes
el soacutelido se secoacute en una estufa a vaciacuteo por 12h a 80degC para obtener los nanotubos
de Fe2O3 Finalmente los NT-Fe3O4 fueron obtenidos por reduccioacuten de los NT-
Fe2O3 a 360degC bajo flujo continuo de H2 5vv en Ar durante 5h en una rampa de
calentamiento de 1degCmin El rendimiento de la siacutentesis fue de un 91
412 Funcionalizacioacuten de NT-Fe3O4 con el agente de acople
3-glicidoxipropil-trimetoxisilano
Los NT-Fe3O4 se dispersaron en tolueno (Merckreg) seco el cual fue previamente
desgasificado con N2 por 1h en un reactor de vidrio provisto de agitacioacuten mecaacutenica
y atmoacutesfera controlada (ver Figura 6) Al tolueno se agregoacute 1 g de NT- Fe3O4
formando una dispersioacuten negra la que se calentoacute hasta alcanzar la temperatura de
ebullicioacuten Una vez alcanzada la temperatura deseada se inyectoacute el agente de
acople 3-glicidoxipropil-trimetoxisilano (GPTMS 98 Aldrichreg) en relacioacuten 1 mL
GPTMS por 1 g de soporte [13 14] La reaccioacuten se mantuvo a reflujo por 24h Una
16
vez obtenido NT-Fe3O4-GPTMS se lavoacute con acetona (Merckreg) para eliminar el
exceso de GPTMS y se secoacute en estufa a vaciacuteo por 12h a 40degC El rendimiento de
la reaccioacuten acople se determinoacute por medio de anaacutelisis termogravimeacutetrico el cual se
adjunta en la seccioacuten 512
Figura 6 Sistema de reaccioacuten para realizar las modificaciones superficiales de NT-
Fe3O4 Fuente Elaboracioacuten propia
413 Acoplamiento de NT-Fe3O4-GPTMS con dendriacutemero PAMAM
En un reactor de vidrio provisto de agitacioacuten mecaacutenica (Figura 6) se agregaron
050 g de NT-Fe3O4-GPTMS con 25 mL de dimetilsulfoacutexido (DMSO Merckreg) seco
generaacutendose una dispersioacuten negra que se agitoacute durante 1h en N2 a 40degC
Posteriormente se disolvioacute 863 mg de dendriacutemero PAMAM G3 (20 mm en
metanol Sigma-Aldrichreg) seco en 5 mL de DMSO seco y se agregoacute al sistema de
reaccioacuten el cual se mantuvo en agitacioacuten mecaacutenica y a 40degC por un periodo de
48h El material obtenido se lavoacute exhaustivamente con metanol (Merckreg) para
eliminar los restos de DMSO y PAMAM adsorbidos Por uacuteltimo el soacutelido NT-Fe3O4-
PAMAM se secoacute al vaciacuteo a 40degC por un periodo de 24h El rendimiento de la
reaccioacuten conjugacioacuten se determinoacute por medio de anaacutelisis termogravimeacutetrico el cual
se adjunta en la seccioacuten 512
17
42 Caracterizacioacuten de los sistemas
421 Espectroscopia de Infrarrojo con Transformada de Fourier (FT-IR)
Un espectro IR se obtiene al pasar radiacioacuten IR a traveacutes de una muestra y
determinar que fraccioacuten de esta radiacioacuten incidente ha sido absorbida La energiacutea
particular a la que aparece cada banda en el espectro guarda relacioacuten con la
frecuencia de vibracioacuten de una parte de la moleacutecula Los espectros en la regioacuten
infrarroja estaacuten asociados a las transiciones entre niveles de energiacutea vibracional
estos niveles corresponden a vibraciones tensioacuten-contraccioacuten (stretching) y
flexiones (bending) de los enlaces y otros movimientos complejos de las moleacuteculas
[64] La regioacuten IR del espectro electromagneacutetico se encuentra entre 14290-10 cm-1
El intervalo que abarca la espectroscopia infrarroja puede dividirse en tres
regiones IR cercano (NIR) 14290-4000 cm-1 IR medio 4000-400 cm-1 IR lejano
400-10 cm-1 siendo en el IR medio donde se dan la mayoriacutea de las aplicaciones
analiacuteticas tradicionales
En los experimentos comunes de FT-IR un haz de luz infrarroja atraviesa la
muestra y se registra la cantidad de energiacutea absorbida a cada longitud de onda
Esto puede lograrse barriendo el espectro con un haz de luz monocromaacutetico el
cual cambia su longitud de onda a traveacutes del tiempo o usando una transformada de
Fourier para medir todas las longitudes de onda a la vez como se muestra en la
Figura 7 A partir de esto se obtiene un espectro de transmitancia o absorbancia
el cual permite una interpretacioacuten de la naturaleza de los enlaces quiacutemicos
presentes La teacutecnica de FTIR se ha utilizado para estudiar materiales de tamantildeo
nanoescala como moleacuteculas funcionales injertadas covalentemente en nanotubos
de carbono [65] y nanotubos de TiO2 acoplados a dendriacutemero PAMAM [13]
18
Figura 7 Esquema del equipamiento de un FT-IR Fuente Elaboracioacuten propia
Equipamiento
Los materiales puros e hiacutebridos se analizaron en el equipo Nicolet marca Nexus
FT-IR en la zona del IR medio usando como blanco pastilla KBr Para ello se
homogeneizoacute 1 mg de muestra en 100 mg KBr seguido por la obtencioacuten de la
pastilla en prensa hidraacuteulica por uacuteltimo se colocoacute en el portamuestra la pastilla y se
midioacute el espectro a temperatura ambiente barriendo nuacutemeros de onda en el
intervalo medio (4000-400 cm-1) y con un nuacutemero de acumulaciones de 64 scan
422 Difraccioacuten de Rayos X (DRX)
Los rayos X son una forma de radiacioacuten electromagneacutetica que tiene elevada
energiacutea y corta longitud de onda del orden de los espacios interatoacutemicos de los
soacutelidos Cuando un haz de rayos X atraviesa un soacutelido la radiacioacuten se dispersa al
interaccionar con los electrones de los aacutetomos En este caso cada capa de aacutetomos
reflejara parte del haz de rayos X los haces reflejados en las capas sucesivas de
aacutetomos del soacutelido pueden presentar ondas que en una determinada direccioacuten
concuerdan en fase con las ondas reflejadas por otras capas es decir se produce
una interferencia constructiva a este fenoacutemeno se le llama difraccioacuten de rayos X
19
La difraccioacuten de rayos X se puede describir simplemente como la reflexioacuten de un
haz de rayos X incide sobre los planos cristalinos de una muestra soacutelida
empleando la ley de Bragg tal como se muestra en la Figura 8 [64]
Figura 8 Difraccioacuten de Rayos X producida por los diferentes planos de un cristal
Fuente Elaboracioacuten propia
La teacutecnica de difraccioacuten maacutes comuacuten utiliza una muestra pulverizada o policristalina
consistente en muchas partiacuteculas diminutas y orientadas al azar que se exponen a
una radiacioacuten de rayos X monocromaacutetica Como cada partiacutecula de polvo es un
cristal teniendo una gran cantidad de ellos orientados libremente se asegura que
algunas partiacuteculas esteacuten orientadas adecuadamente para que sus planos
cristalograacuteficos cumplan las condiciones para la difraccioacuten y de esta forma obtener
perfiles de difraccioacuten tiacutepicos de cada material
Equipamiento
En este estudio se utilizoacute el difractoacutemetro Rigaku modelo Geigerflex II empleando
el meacutetodo de polvo y usando como estaacutendar interno silicio (cuarzo) La muestra
previamente pulverizada se coloca en un porta objeto para ser irradiado con la
liacutenea κα1 del anticaacutetodo de Fe (λ 19360 Aring) a 35kV y 15mA usando un filtro de
manganeso para eliminar la liacutenea de κβ
20
423 Microscopiacutea Electroacutenica de Transmisioacuten (TEM)
La teacutecnica maacutes utilizada para la caracterizacioacuten de nanomateriales es la
microscopia electroacutenica de transmisioacuten (TEM) la que ofrece imaacutegenes directas de
los nanomateriales con una resolucioacuten espacial hasta el nivel de las dimensiones
atoacutemicas 10-9 m [66] El fundamento del TEM se basa en un haz de electrones que
manejados a traveacutes de lentes electromagneacuteticas se proyecta sobre una muestra
muy delgada situada en una columna de alto vaciacuteo Electrones que atraviesan la
muestran son recogidos y focalizados por la lente objetivo generando una imagen
intermedia ampliada La imagen es ampliada auacuten maacutes gracias a las lentes
proyectoras las cuales controlan la ampliacioacuten de la imagen en la pantalla
fluorescente como se muestra de forma esquemaacutetica en la Figura 9 [67] El TEM
mejora los anaacutelisis morfoloacutegicos y estructurales de nanomateriales ademaacutes
proporciona una mejor resolucioacuten espacial y la capacidad para mediciones
analiacuteticas adicionales [66]
Equipamiento
Las muestras analizadas fueron previamente tratadas tomando una pequentildea
porcioacuten del soacutelido el que se molioacute y disgregoacute en un mortero de aacutegata hasta obtener
un polvo fino Eacuteste se dispersoacute en una mezcla de etanolagua (50 vv) y se
sembroacute en una gradilla de cobre recubierta por una capa de carboacuten y colodioacuten Las
muestras fueron analizadas en un microscopio TEM modelo JEOL JEM -1200EX
II con una resolucioacuten de 5Aring a 120Kv las imaacutegenes obtenidas fueron trabajadas en
el software ImageJ donde se determinaron los diaacutemetros promedio y el largo
promedio de las partiacuteculas empleando la data estadiacutestica entregada directamente
por el software
21
Figura 9 Esquema de un microscopio electroacutenico de transmisioacuten Fuente
Elaboracioacuten propia
424 Microscopia Electroacutenica de Barrido (SEM)
La microscopia electroacutenica de barrido (SEM) es una teacutecnica que permite la
observacioacuten y caracterizacioacuten superficial de materiales inorgaacutenicos y orgaacutenicos
entregando informacioacuten morfoloacutegica del material analizado ademaacutes del
procesamiento y anaacutelisis de imaacutegenes obtenidas Las principales utilidades del
SEM son su alta resolucioacuten la gran profundidad de campo que resuelve una
imagen tridimensional de la muestra y la relativa sencillez de preparacioacuten de las
muestras [66 68] La imagen entregada por el SEM se genera por la interaccioacuten de
un haz de electrones que barre un aacuterea determinada sobre la superficie de la
muestra tal como se muestra la Figura 10 La teacutecnica consiste en hacer incidir en
la muestra un haz de electrones Este bombardeo de electrones provoca la
aparicioacuten de diferentes sentildeales que captadas con detectores adecuados
proporcionan informacioacuten acerca de la naturaleza de la muestra
22
Figura 10 Esquema de un microscopio electroacutenico de barrido Fuente Elaboracioacuten
propia
Equipamiento
Las materiales se analizaron tomando 10 mg de muestra deposinatnadolos en un
porta objeto de aluminio y posteriormente fue analizado en microscopio SEM
modelo JEOL JSM-6380LV
425 Anaacutelisis Termogravimeacutetrico (TGA)
El anaacutelisis termogravimeacutetrico (TGA) es una teacutecnica que consiste en la medida
continua en funcioacuten de la temperatura de la ganancia o peacuterdida de la masa de un
compuesto en una atmoacutesfera determinada [69] Este anaacutelisis suministra
informacioacuten acerca de la estabilidad teacutermica y la composicioacuten porcentual de la
muestra original La instrumentacioacuten utilizada en termogravimetriacutea se denomina
termobalanza y consta baacutesicamente de cinco elementos balanza de precisioacuten
horno calefactor controlado por un programador sensor de temperatura (termopar)
sistema de admisioacuten de gases y sistema de adquisicioacuten de datos Las condiciones
requeridas para la balanza son anaacutelogas a cualquier balanza analiacutetica exactitud
sensibilidad y reproducibilidad
23
Equipamiento
Las muestras fueron llevadas a un analizador teacutermico modelo TGASDTA 851e
Los perfiles de descomposicioacuten teacutermica se barrieron entre 25-1000degC a una
velocidad de calentamiento de 5degC min-1 en un flujo de 20 mLmin-1 de N2 u O2
empleando un crisol de Al2O3
426 Isotermas de Adsorcioacuten-Desorcioacuten de N2 a -196degC
La caracterizacioacuten superficial de materiales porosos como oacutexidos metaacutelicos
zeolitas o poliacutemeros orgaacutenicos mediante isotermas de adsorcioacuten-desorcioacuten permite
determinar paraacutemetros tales como el aacuterea superficial el volumen y la distribucioacuten
del tamantildeo de poros [13 70] Cualquier material soacutelido que contiene cavidades
canales o intersticios puede ser considerado como poroso (Figura 11) Los poros
se pueden clasificar en cerrados y abiertos Los cerrados son aquellos que influyen
en propiedades macroscoacutepicas como densidad o resistencia mecaacutenica pero no
son accesibles a procesos de adsorcioacuten Los abiertos a su vez se pueden
clasificar seguacuten su forma o manera de conexioacuten con el exterior La rugosidad de la
superficie externa de la muestra se distingue de la porosidad en que su
profundidad es menor que su anchura
Figura 11 Representacioacuten esquemaacutetica de un soacutelido poroso [71]
24
La estructura porosa se analiza mediante isotermas de adsorcioacuten de gases Esta
consiste en la adsorcioacuten fiacutesica de un gas (adsorbato) sobre un soacutelido (adsorbente)
a una temperatura dada para distintas presiones relativas de gas
Los adsorbatos maacutes utilizados son el N2 CO2 CO NO benceno y algunos
hidrocarburos alifaacuteticos de cadena corta La adsorcioacuten de N2 a -196degC (77 K) es la
maacutes utilizada debido a que cubre todo el rango de porosidad e interacciona
deacutebilmente con la mayoriacutea de los soacutelidos Ademaacutes la misma isoterma puede ser
utilizada para el anaacutelisis del tamantildeo de poro y para superficie especifica empleando
una variedad de modelos El modelo maacutes usado es el de Brunauer-Emett-Teller
(BET) el cual se basa en dos hipoacutetesis principales a) la superficie del adsorbente
se supone uniforme y no porosa b) las moleacuteculas del gas se adsorben sobre la
superficie en capas sucesivas completas o no en equilibrio dinaacutemico entre siacute y
con las moleacuteculas del gas [72 73]
Equipamiento
Los valores de superficie especiacutefica se obtuvieron a partir de las isotermas de
adsorcioacuten de nitroacutegeno a -196degC realizados en un equipo automaacutetico Micromeritics
modelo ASAP 2010 en el rango de presioacuten relativa de 005-03 Se utilizoacute el meacutetodo
BET para calcular las superficies especiacuteficas utilizando la parte lineal del graacutefico de
acuerdo con las recomendaciones de la IUPAC El volumen de poro y las
distribuciones de tamantildeo de poro fueron calculados a partir de las ramas de
desorcioacuten de las isotermas utilizando el meacutetodo de Barret-Joyner-Halenda (BHJ)
427 Magnetizacioacuten del material
Cuando un material se expone a un campo magneacutetico el giro de sus electrones
producen un momento magneacutetico paralelo al campo al que estaacute expuesto esto es
en el material se ha inducido una magnetizacioacuten (M) que es proporcional al campo
magneacutetico externo (H)
25
En la Figura 12 se observa la curva de magnetizacioacuten de un material
ferromagneacutetico que corresponde a un graacutefico de la magnetizacioacuten (M) frente a un
campo aplicado (H) Inicialmente a medida que aumenta la intensidad del campo
aplicado H M tambieacuten aumenta hasta alcanzar el punto de saturacioacuten Ms
Entonces cuando la intensidad del campo H comienza a disminuir por debajo del
punto de saturacioacuten M no lo hace en la misma proporcioacuten que antes sino que a
valores correspondientes a la curva superior Esto comportamiento se conoce
como histeacuteresis y se produce porque los dominios magneacuteticos que se alinean con
un incremento del campo no vuelven a su orientacioacuten original si el campo es
menor Cuando el campo aplicado H regresa al valor cero el material aun
presenta magnetizacioacuten denominada magnetizacioacuten remanente Mr Para eliminar
la magnetizacioacuten remanente se debe aplicar un campo Hc en sentido contrario al
campo inicialmente aplicado conocido como campo coercitivo Si se continuacutea
aumentando el campo se produce otra saturacioacuten en direccioacuten contraria Si desde
esa posicioacuten se disminuye el campo aplicado se vuelve a repetir el mismo
comportamiento dando lugar auacuten ciclo de histeacuteresis [74]
Figura 12 Representacioacuten de curva de magnetizacioacuten para un material
ferromagneacutetico [74]
26
Los paraacutemetros Ms Mr y Hc obtenidos a partir de la curva de magnetizacioacuten
corresponden a propiedades intriacutensecas de un material aunque los uacuteltimos dos
paraacutemetros mencionados no solo depende del tipo del material sino ademaacutes del
tamantildeo y forma del material temperatura y defecto del material [75]
Con la finalidad de comparar el comportamiento magneacutetico de diferentes materiales
frente a un campo aplicado eacutestos se pueden clasificar en diamagneacutetico
paramagneacutetico ferromagneacutetico (Figura 12) ferrimagneacutetico superparamagneacutetico
antiferromagneacutetico El instrumento maacutes utilizado en los anaacutelisis de materiales
magneacuteticos es el magnetoacutemetro de muestra vibrante (VSM) disentildeado para la
medicioacuten de la magnetizacioacuten y del cual se obtiene el ciclo de histeacuteresis [76 77]
Equipamiento
Para las curvas de magnetizacioacuten se pesaron 10 mg de las muestras las que se
depositaron en caacutepsula de policarbonato Dicha caacutepsula fue llevada al portamuestra
del magnetoacutemetro de muestra vibrante (VSM) modelo MLVSM9 MagLab 9T Oxford
Instrument Todas las mediciones se realizaron a 17degC
428 Adsorcioacuten de Faacutermacos en Nanotubo Fe3O4 y en nanotransportador
hiacutebrido Fe3O4-PAMAM
Los ensayos se disentildearon para seguir la adsorcioacuten del faacutermaco en funcioacuten del
tiempo Para ello en un vaso de precipitado colocado sobre una placa agitadora
con control de temperatura se contactan 200 mL de una disolucioacuten acuosa de SIL
(005 mgmL) con 10 mg del nanotransportador dispersos en 2 mL de agua
desionizada y colocados en el interior de bolsa de diaacutelisis (Thermo Scientific
SnakeSkin Dialysis Tubing 10K MWCO 22mm) tal como se muestra
esquemaacuteticamente en la Figura 13 La cineacutetica de la adsorcioacuten se siguioacute por medio
de espectroscopia de UV-visible tomando aliacutecuotas de 10 mL y monitoreadas a
una longitud de onda de maacutexima absorcioacuten (λmaacutex) del faacutermaco (288 nm) cada una
hora empleando un espectrofotoacutemetro UV-VIS (UV2310IISpectrophotometer) hasta
27
que no se detecta variacioacuten en las lecturas absorbancia en funcioacuten
Figura 13 Esquema del sistema de adsorcioacuten de faacutermacos en los
nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
El mismo procedimiento fue empleado para evaluar la capacidad de encapsulacioacuten
de piroxicam (PRX) donde se empleoacute una concentracioacuten inicial de 001 mgmL y
las medidas de absorbancia se siguieron a λmaacutex = 350 nm Todas las medidas de
absorbancia se realizaron por triplicado y la cuantificacioacuten se realizoacute empleando las
respectivas curvas de calibracioacuten de cada faacutermaco Para ambos sistemas NT-
Fe3O4 y Fe3O4-PAMAM las medidas de encapsulacioacuten se realizaron por duplicado
28
5 DISCUSIOacuteN Y ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
51 Caracterizacioacuten de los nanomateriales
511 Espectroscopia de infrarrojo con transformada de Fourier
La caracterizacioacuten espectroscoacutepica por FT-IR entrega informacioacuten sobre los
grupos superficiales existente en una muestra En la Figura 14 se observa el
espectro de NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM En el caso de NT-Fe3O4 se observa
una banda a 574 cm-1 que corresponde al stretching del enlace de Fe-O de la
magnetita seguido por la banda ubicada entre 945-980 cm-1 asociada al bending
del enlace FendashOndashH atribuido a los grupos hidroxilos adsorbidos en la superficie de
NT-Fe3O4 El bending a 1628 cm-1 se asigna a la vibracioacuten de las moleacuteculas de
H2O fisisorbidas sobre la superficie de la magnetita [78] por uacuteltimo entre 3090-
3430 cm-1 se observa una banda ancha correspondiente al stretching de los
grupos FendashOH superficiales [79 80]
Figura 14 Espectro FT-IR de (a) NT-Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-PAMAM Fuente
Elaboracioacuten propia
29
El NT-Fe3O4-PAMAM tiene un espectro similar al NT-Fe3O4 pero se pueden
identificar la banda asociada al bending N-H de las aminas primarias del PAMAM
a 1541 cm-1 mientras que a 1638 cm-1 se observa una banda atribuida al grupo
carbonilo (C=O) de las amidas que componen ramas de crecimiento internas del
dendriacutemero Las bandas entre 2849-2912 cm-1 corresponden a los stretching de
los grupos metileno (-CH2-) presentes en el agente de acople GPTMS y en la
cadena alifaacutetica del dendriacutemero PAMAM [13 81] Por uacuteltimo la banda de vibracioacuten
atribuida de los grupos ndashNH2 terminales se solapa con la sentildeal de los grupos ndashOH
de la superficie del NT-Fe3O4 Con lo anterior se verifica la presencia del
dendriacutemero PAMAM y la superficie del NT-Fe3O4 utilizando como agente de
acople GPTMS
512 Anaacutelisis Termogravimeacutetrico
Por medio del estudio de TGA se ha podido determinar la cantidad de PAMAM
conjugada en el soacutelido NT-Fe3O4 En la Figura 15 se muestran las curvas de
peacuterdida de masa porcentual en funcioacuten de la temperatura para los tres sistemas
preparados En el caso de NT-Fe3O4 se observa una curva continua hasta
alrededor de los 200degC donde comienza la peacuterdida de materia que corresponde a
desorcioacuten de agua fuertemente fisisorbida en el material En una segunda etapa a
500degC se detecta la peacuterdida en masa atribuida a la oxidacioacuten de las especies Fe2+
a Fe3+ con la consecuente peacuterdida de agua [82 83]
2Fe3O4 (s) + 12O2 (g) rarr 3Fe2O3 (s)
Posterior a 650degC se detecta una continua peacuterdida de masa la que se asume
corresponde a la deshidroxilacioacuten de las especies Fe-OH remanentes de la
formacioacuten de Fe2O3 Cuando al material se le inmoviliza el agente de acople
GPTMS se observa un perfil de peacuterdida en masa diferente al material de partida
La temperatura de inicio es de alrededor de 250degC en la cual comienza la
combustioacuten de la materia orgaacutenica atribuida al anclaje del agente de acople en la
30
superficie de NT-Fe3O4 finalizando alrededor de los 430degC En la zona del
termograma que denota la oxidacioacuten de las especies Fe2+ a Fe3+ se observa un
desplazamiento a 550degC atribuido a la estabilizacioacuten superficial que le confieren
los enlaces Fe-O-Si que se han formado durante el proceso de anclaje [84 85]
Figura 15 Termogramas de los materiales realizados en atmoacutesfera de O2 (a) NT-
Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-GPTMS y (c) NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten
propia
La diferencia en las masas remanentes entre ambas curvas ha permitido estimar
la cantidad de GPTMS que se ha inmovilizado en NT-Fe3O4 el cual se resume en
la Tabla 2 Soacutelo se puede determinar un estimado por esta teacutecnica pues se sabe
que las especies Fe-O-Si presente en la muestra se pueden sustituir en la matriz
del NT-Fe3O4 durante el proceso produciendo la mineralizacioacuten del GPTMS
4(Fe-O)3Si(CH2)3-(CH2OCH2)(s) + 25O2(g) rarr 2(Fe-O)3Si-O-Si(O-Fe)3(s) +
20CO2(g) + 16H2O(g)
31
Lo que al mismo tiempo podriacutea provocar el desplazamiento de la oxidacioacuten de las
especies Fe2+ a temperaturas superiores
Tabla 2 Porcentaje de peacuterdida de masa y material acoplado GPTMS y PAMAM
(G3) al NT-Fe3O4 Fuente Elaboracioacuten propia
Por uacuteltimo para el material hiacutebrido NT-Fe3O4-PAMAM muestra un perfil de
peacuterdida de masa continua desde los 75degC en adelante atribuido a la desorcioacuten de
H2O fisisorbida la que se incrementa respecto de los materiales precursores
atribuidos a la alta capacidad de adsorber agua por parte del dendriacutemero
inmovilizado en superficie Por sobre los 250degC comienza una segunda etapa de
peacuterdida en masa la que corresponde a la calcinacioacuten de la materia orgaacutenica
conferida por GPTMS-PAMAM la que ocurre en dos etapas 1) combustioacuten de la
materia orgaacutenica alifaacutetica (250degC) y 2) a la combustioacuten asociada a los enlaces
amidas de la ramas de crecimiento de PAMAM (450degC) la que al mismo tiempo se
acopla con la oxidacioacuten de la especies Fe2+ del material inorgaacutenico Comparando
los resultados obtenidos para NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-GPTMS se puede estimar el
contenido de PAMAM conjugado a la nanoestructura lo cual se resume en la
Tabla 2 Con estos resultados se puede inferir que la reaccioacuten de inmovilizacioacuten ha
afectado el contenido en masa del material el que se puede atribuir a la
conjugacioacuten de PAMAM en los NT-Fe3O4
513 Isotermas de Adsorcioacuten-Desorcioacuten de N2 a -196degC
Las isotermas de adsorcioacutendesorcioacuten de N2 a -196degC de los materiales NT-Fe3O4
y NT-Fe3O4-PAMAM se presentan en la Figura 16 Ambas isotermas son del tipo
IV de acuerdo a la calificacioacuten BDDT tiacutepica de soacutelidos mesoporosos y con ciclo
de histeacuteresis tipo H1 [72 73] caracteriacutesticas de capilares de forma tubular con
Material () (μmolg) (μmolm2)
NT-Fe3O4-GPTMS 39 165 66
NT-Fe3O4-PAMAM 168 243 097
32
abertura en sus extremos En la Tabla 3 se resumen los valores de superficies
especiacuteficas (SBET) distribuciones de tamantildeo promedio de poro de los materiales
(dPoro) y volumen total (VPoro) mostrando que la funcionalizacioacuten con GPTMS
seguido por la inmovilizacioacuten con dendriacutemero PAMAM en la superficie del NT-
Fe3O4 provoca una disminucioacuten de los valores
Figura 16 Isoterma de adsorcioacutendesorcioacuten de N2 a -196degC para (a) NT-Fe3O4 y (b)
NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Lo anterior se debe a que el GPTMS y PAMAM producen el cubrimiento parcial
de la superficie del material tubular NT-Fe3O4 lo que lleva a que los poros se
cierren o tapen estrechando sus cavidades y haciendo que el proceso de
desorcioacuten ocurra a menores presiones relativas Lo descrito con anterioridad
concuerda con el cambio en el ciclo de histeacuteresis gracias a una disminucioacuten del
diaacutemetro promedio de poro o bien un aumento en el grosor de la pared del
material tubular Esto es una evidencia experimental de la modificacioacuten superficial
del nanotubo la que presumiblemente ocurre de forma preferente en la superficie
interna del material
33
Tabla 3 Superficie especiacutefica tamantildeo promedio de poro y volumen de poro
determinadas por las de BET y BJH [73 86] para los materiales en base a NT-
Fe3O4 sintetizados Fuente Elaboracioacuten propia
condiciones normales Presioacuten y temperatura
514 Difraccioacuten de Rayos X
En la Figura 17 se muestran los perfiles de DRX para de NT α-Fe2O3 NT-Fe3O4 y
NT-Fe3O4-PAMAM El primer material corresponde a NT α-Fe2O3 debido a la
siacutentesis previa de nanotubos de hematita precursor de los nanotubos de
magnetita Se observan las difracciones propias de la hematita la cual coincide
con su estructura hexagonal (JCDS 33-0664) [87-89] Ademaacutes en la figura 17 se
observa la desaparicioacuten y aparicioacuten de picos desde el primer al segundo material
en este uacuteltimo aparecen los picos de la magnetita esto indica la reaccioacuten de
reduccioacuten de la hematita a magnetita con el consecuente cambio estructural
Los materiales NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM se detectan las difracciones tiacutepicas
para Fe3O4 con estructura cristalina del tipo magnetita la cual corresponde a una
estructura cuacutebica centrada en la cara de tipo espinela (AB2O4) inversa (JCPDS 19-
0629) [29 79 80] La modificacioacuten superficial con agente de acople seguido por el
acoplamiento con dendriacutemero PAMAM no provoca cambios en la estructura
cristalina del material NT-Fe3O4
Material SBET
(m2g-1)
dPoro
(nm)
VPoro
(cm3g-1)
NT-Fe3O4 59 33 01
NT-Fe3O4-PAMAM 25 19 005
34
Figura 17 Difractograma de rayos X para (a) NT α-Fe2O3 (b) NT-Fe3O4 y (c) NT-
Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
515 Microscopiacutea Electroacutenica de Barrido y Transmisioacuten
La estructura tubular de estos materiales se siguioacute por medio de microscopiacutea
electroacutenica de barrido y transmisioacuten En relacioacuten a la morfologiacutea superficial se
puede observar en la Figura 18 que en ambos materiales muestran la forma tiacutepica
de materiales nanotubulares huecos lo cual ratifica los resultados en la forma de
los ciclos de histeacuteresis observados en la caracterizacioacuten por isotermas de
adsorcioacuten de N2 a -196degC (Figura 16) En relacioacuten a la modificacioacuten superficial del
material NT-Fe3O4 con GPTMS y PAMAM se mantiene la morfologiacutea del material
inorgaacutenico en acuerdo con la caracterizacioacuten por DRX
35
Figura 18 Imaacutegenes de SEM de los materiales (a) NT-Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-
PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Para poder determinar de forma directa los tamantildeos partiacutecula longitud y diaacutemetro
de NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM se ha realizado la caracterizacioacuten por TEM y
sus respectivas micrografiacuteas se muestran en la Figura 19 Al igual que en el caso
de SEM se observan nanoestructuras que muestran una morfologiacutea definida de
tipo tubular con una cavidad regular abierta en sus extremos
A traveacutes del conteo de los nanotubos y la medicioacuten directa de sus tamantildeos se han
determinado las curvas de distribucioacuten para el largo y diaacutemetro externo de los
nanotubos tal como se muestra en la Figura 19 Los valores promedio del largo
fueron del orden de 280 y 286 nm y los diaacutemetros externos fueron 151 y 159 nm
para NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM respectivamente Al comparar las imaacutegenes y
sus correspondientes dimensiones obtenidas se puede observar que la
morfologiacutea del material no se ve afectada al modificar la superficie del NT-Fe3O4
durante el proceso de conjugacioacuten con el dendriacutemero PAMAM
(b) (a)
36
Figura 19 Micrografiacuteas de TEM de NT-Fe3O4 (a b) NT-Fe3O4-PAMAM (e f) y las
curvas de distribucioacuten del largo (c g) y diaacutemetro externo (d h) para ambos NT-
Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM respectivamente Fuente Elaboracioacuten propia
(a) (b)
(h) (g)
(f) (e)
(d) (c)
37
516 Propiedades magneacuteticas
Las propiedades magneacuteticas de NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM fueron estudiadas
por medio de un anaacutelisis VSM y las curvas de magnetizacioacuten se muestran en la
Figura 20 dando como resultado para ambos materiales la propiedad
ferrimagneacutetica Aquello se debe a que la foacutermula de la magnetita Fe3O4 puede
escribirse en la forma Fe3+[Fe2+Fe3+]O4 seguacuten la foacutermula general AB2O4 de tipo
espinela inversa Donde la mitad de los cationes Fe3+ ocupan sitios tetraeacutedricos
mientras que la otra mitad de Fe3+ y los cationes Fe2+ ocupan los sitios
octaeacutedricos Los cationes de Fe3+ se distribuyen por tanto en dos posiciones
diferentes en la estructura pero con direcciones opuestas de espiacuten magneacutetico por
lo tanto los momentos magneacuteticos de los cationes Fe3+ se anulan entre siacute
mientras que los momentos magneacuteticos de los cationes Fe2+ que posee espiacuten de
menor magnitud comparado con Fe3+ son los responsables del momento
magneacutetico neto en la magnetita [27 77 90] De la graacutefica de la Figura 20 se
observa que el ciclo de magnetizacioacuten muestra un ciclo de histeacuteresis de similares
caracteriacutesticas Este resultado permite suponer que la modificacioacuten con el agente
de acople GPTMS y posterior anclaje de PAMAM no perturboacute las propiedades
magneacuteticas del soporte durante la siacutentesis De la Figura 20 se pueden extraer el
valor de la magnetizacioacuten remanente (Mr) y coercitividad (Hc) en ausencia del
campo aplicado y el valor de magnetizacioacuten de saturacioacuten (Ms) los cuales se
resumen en la Tabla 4
Tabla 4 Resumen de paraacutemetros magneacuteticos para los materiales preparados a
17degC Fuente Elaboracioacuten propia
Material Ms
(emug)
Mr
(emug)
Hc
(Oe)
Fe3O4 bulk 92 - lt 100
NT-Fe3O4 67 16 249
NT-Fe3O4-PAMAM 58 10 240
38
Los valores de Ms que se encuentran en los materiales nanoestructurados son
generalmente maacutes pequentildeos que la magnetita bulk lo cual puede ser atribuido al
aumento de efectos superficiales y a la presencia de dendriacutemero PAMAM A su
vez se han reportado valores experimentales para Ms en nanopartiacuteculas de
magnetita que abarcan entre 30-50 emug inferior al valor del mineral magnetita
90 emug [39 91-93] Por el contrario los valores de Hc encontrados para ambas
nanoestructuras son mayores al ser comparado con la magnetita bulk debido a la
disminucioacuten del tamantildeo de partiacutecula
39
Figura 20 Curva de magnetizacioacuten obtenida para NT-Fe3O4 (a b) y NT-Fe3O4-
PAMAM (c d) utilizando un magnetoacutemetro de muestra vibrante (VSM) a 17degC
Fuente Elaboracioacuten propia
(a) (b)
(c) (d)
40
52 Estudios de la adsorcioacuten de Faacutermacos en Nanotubo Fe3O4 y en
nanotransportador hiacutebrido Fe3O4-PAMAM
521 Faacutermacos de intereacutes
Luego de la caracterizacioacuten de los materiales puro e hiacutebrido se procedioacute a realizar
en cada uno de ellos la adsorcioacuten de faacutermacos Esto con la finalidad de determinar
el tiempo y capacidad maacutexima de adsorcioacuten mediante estudios de cineacutetica de
adsorcioacuten
En esta investigacioacuten se ha decidioacute emplear dos clases de faacutermacos poco solubles
para estudiar la capacidad de adsorcioacuten de los nanotransportadores sintetizados
El piroxicam (PRX M 331348 gmol) es una clase de faacutermaco antiinflamatorio no
esteroidal perteneciente al grupo oxicam [94 95] como se observa en la Figura
21 (a) posee un grupo enoacutelico (pKa 18) y un grupo piridiacutenico (pKa 63) [96 97]
presenta propiedades analgeacutesicas antipireacuteticas a su vez alivia dolores para la
artritis reumatoide la artrosis y los siacutentomas de la dismenorrea [59]
(a) (b)
Figura 21 Estructuras de los faacutermacos de intereacutes (a) Piroxicam y (b) Silibinina
Fuente Elaboracioacuten propia
41
No obstante PRX provoca efectos secundarios principalmente uacutelceras gaacutestricas
ademaacutes es praacutecticamente insoluble en agua [98 99] Para reducir estos efectos
existen investigaciones que tienen relacioacuten con el transporte y liberacioacuten de
faacutermacos que pueden cargar eficazmente el faacutermaco para apuntar hacia el sitio de
accioacuten aumentando la eficacia terapeacuteutica y reducir al miacutenimo los efectos
secundarios donde sistemas de microesferas de albuacutemina de suero bovino han
sido utilizadas para la liberacioacuten piroxicam [100]
El otro faacutermaco de intereacutes estudiado es la silibinina (SIL M 48244 gmol) que es
un flavonoide polifenoacutelico natural que se aiacutesla de la planta de cardo de leche
Silybum marianum Posee cinco grupos hidroxilos un grupo carbonilo y tres
grupos fenilos tal como se muestra en la Figura 21 (b) Esta moleacutecula tiene varios
grupos ionizables con sus respectivos pKa1 70 pKa2 877 pKa3 957 pKa4
1166 [101] y ha sido ampliamente utilizada por sus efectos hepatoprotectores
Sin embargo la eficacia de silibinina como faacutermaco estaacute muy limitada debido a su
escasa solubilidad en agua y una baja biodisponibilidad despueacutes de su
administracioacuten oral A fin de superar los defectos de la silibinina libre muchos
enfoques se han adoptado como son los sistemas de entrega liposomal de
transporte lipiacutedicos nanoestructurados de complejo silibinina-fosfoliacutepido y
nanosuspensiones [102]
Es importante notar que los estudios de la cineacutetica de adsorcioacuten son
determinantes en teacuterminos de conocer coacutemo variacutea la concentracioacuten de faacutermaco
adsorbida en funcioacuten del tiempo para una proporcioacuten faacutermacoadsorbente dada La
cineacutetica de adsorcioacuten permite conocer el tiempo en que se realiza el proceso de
adsorcioacuten y ha de practicarse antes de la determinacioacuten de una isoterma de
adsorcioacuten Puesto que se trabaja con disolucioacuten se debe en cuenta los factores
que influyen en el proceso ya que el tiempo necesario para alcanzar el equilibrio
estaacute en funcioacuten de las caracteriacutesticas del adsorbente y del adsorbato de la
quiacutemica de la disolucioacuten de la temperatura y del pH La data de la cineacutetica de
adsorcioacuten de los faacutermacos en los nanotransportadores se ajustoacute a los modelos
42
cineacuteticos de pseudo-primer orden pseudo-segundo orden y cineacuteticas que
involucran quimisorcioacuten [103-106] para ambos nanotransportadores en presencia
de los faacutermacos PRX y SIL
De forma general se puede decir que el modelo de pseudo-primer orden o modelo
de Lagergren se basa en la suposicioacuten de que cada moleacutecula de adsorbato se
adsorbe en un sitio del adsorbente lo cual en teacuterminos de cineacutetica de reaccioacuten se
expresa como
(1)
y la forma integrada de esta ecuacioacuten queda definida como
(2)
donde la qe y qt (mgfarmgads) son la cantidad maacutexima de faacutermaco adsorbida una
vez alcanzado el equilibrio (trarr) y la cantidad de faacutermaco adsorbida al tiempo t
respectivamente y k1 (h-1) es la constante cineacutetica de pseudo-primer orden
Para el caso del modelo de pseudo-segundo orden o modelo de Ho desarrollado
por Ho y McKay [107] supone que el adsorbato se adsorbe en dos sitios activos
del adsorbente En este caso la ecuacioacuten de la cineacutetica de adsorcioacuten se expresa
como
(3)
y la forma integrada de esta ecuacioacuten queda definida como
(4)
43
donde k2 (gadsmgfarmmiddoth) es la constante cineacutetica de adsorcioacuten de pseudo-segundo
orden Es importante mencionar que ambos modelos cineacuteticos se basan en la
homogeneidad de la superficie del adsorbente y donde soacutelo se considera la
cantidad de sitios involucrados en el proceso Esto se puede interpretar en
teacuterminos cineacuteticos en que la energiacutea de activacioacuten asociada a la adsorcioacuten del
faacutermaco en la superficie es constante y uacutenica en todos los sitios del adsorbente
No obstante cuando la superficie es heterogeacutenea en los sitios de adsorcioacuten se
observa que los modelos propuestos pueden perder validez En estos casos se
prefiere emplear el modelo de Elovich de aplicacioacuten general en procesos de
quimisorcioacuten el cual supone que los sitios activos del adsorbente son
heterogeacuteneos y por ello exhiben diferentes energiacuteas de activacioacuten basaacutendose en
un mecanismo de reaccioacuten de segundo orden para un proceso de reaccioacuten
heterogeacutenea Este modelo ha mostrado resultados satisfactorios en la
identificacioacuten del mecanismo controlante en procesos de adsorcioacuten de un soluto
en fase liacutequida a partir de un soacutelido adsorbente [106 108] y queda descrito
matemaacuteticamente como
(5)
y la forma integrada de esta ecuacioacuten queda definida como
(5)
donde α (mgfarmgadsmiddoth) es la constante de velocidad inicial de adsorcioacuten y β estaacute
relacionado con la superficie cubierta y la energiacutea de activacioacuten por
quimiadsorcioacuten (mgfarmgads) denominada constante de velocidad de desorcioacuten
Finalmente debe considerarse tambieacuten alguna hipoacutetesis sobre el mecanismo de
difusioacuten de los faacutermacos al interior de la estructura de los nanotransportadores Un
modelo aceptado en la literatura es el de difusioacuten intraparticular en el interior de
44
los poros de la partiacutecula de adsorbente el que se basa en el transporte de soluto a
traveacutes de la estructura interna de los poros de adsorbente y la difusioacuten
propiamente dicha en el soacutelido lo que conlleva a asumir que el adsorbente posee
una estructura porosa homogeacutenea Weber y Morris (1963) concluyeron que en un
proceso controlado por la adsorcioacuten en los poros la velocidad inicial es
directamente proporcional a la concentracioacuten del soluto La difusioacuten intraparticular
se caracteriza por la dependencia entre la adsorcioacuten especiacutefica y la raiacutez cuadrada
del tiempo siendo la pendiente la velocidad de difusioacuten intraparticular
Con base en lo anterior la ecuacioacuten que define la difusioacuten intraparticular viene
dada por
(5)
Donde ki (mgfarmgadsmiddoth 12) es la constante de velocidad de difusioacuten intraparticular y
Ci entrega informacioacuten sobre el grosor de la capa de adsorbato [105] Esta
ecuacioacuten ha sido utilizada por diferentes investigadores para determinar si la
difusioacuten intraparticular es la etapa controlante de la dinaacutemica de adsorcioacuten de
especies ioacutenicas [109 110]
522 Adsorcioacuten de PRX
Las cineacuteticas de adsorcioacuten de ambos nanotransportadores para PRX se muestran
en la Figura 22 Para ellos se realizaron ajustes no lineales de la data
experimental y los valores obtenidos los cuales se reportan en la Tabla 5 Los
faacutermacos son moleacuteculas capaces de establecer interacciones supramoleculares
con nanomateriales las que dependeraacuten de los grupos funcionales que posean
del solvente en el cual se encuentran disueltos y el pH del medio Las
interacciones supramoleculares maacutes frecuentes son las electrostaacuteticas enlaces de
hidroacutegeno van der Waals e hidrofoacutebicas [111 112]
45
En el caso de lo nanotransportadores empleados en este estudio se observa que
ambos materiales adsorben PRX y los datos experimentales se ajustan a una
cineacutetica de pseudo-primer orden Se ha elegido este modelo pues las funciones
estadiacutesticas de coeficiente de correlacioacuten (R2) y el test de chi-cuadrado (χ2) el cual
es una prueba de hipoacutetesis que compara la distribucioacuten observada de los datos
con una distribucioacuten esperada de los datos Ambos caacutelculos se realizaron
mediante empleando el software Origin Pro 80 mediante la funcioacuten de anaacutelisis no
lineal donde se ajustaron los tres modelos estudiados
Figura 22 Cineacutetica y ajustes de modelos cineacuteticos de adsorcioacuten para PRX en los
nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Figura 23 Esquema propuesto para la adsorcioacuten de PRX en los sistemas
sintetizados (A) Fe3O4-NT y (B) Fe3O4-NT-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Sistema aislado Sistema en disolucioacuten
Sistema aislado Sistema en disolucioacuten
46
Tabla 5 Modelos cineacuteticos para la adsorcioacuten de PRX en los adsorbentes NT-
Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
qe exp (mgPRXgads) 391 487
Pseudo primer-orden (Modelo de Lagergren)
qe (mgPRXgads) 413 488
k1 (h-1) 0038 0079
R2 09964 09911
χ2 0817 287
Pseudo segundo-orden (Modelo de Ho)
qe (mgPRXgads) 539 566
k2 (gAdsmgPRXmiddoth) 649x10-4 168x10-3
R2 09921 09935
χ2 179 210
Quimisoricioacuten (Modelo de Elovich)
α (mgPRXgadsmiddoth) 595 1629
β (mgPRXg) 0100 0097
R2 09501 09613
χ2 1030 1085
Cabe mencionar que de acuerdo a los reportes Rozou y col [96] el faacutermaco PRX
al pH de adsorcioacuten se encuentra en su forma zwitterioacutenica El Fe3O4 es un material
inorgaacutenico que muestra un pI de 68 [113] A las condiciones de adsorcioacuten
estudiadas el pH del agua fue de 60 luego la superficie del NT-Fe3O4 se
encuentra cargada de forma positiva esperaacutendose que la interaccioacuten del faacutermaco
con el adsorbente sea mediada por interacciones electroestaacuteticas tal como se
muestra en el esquema de la Figura 23
Con la incorporacioacuten del PAMAM a la fase inorgaacutenica se observa un incremento
de un 25 en la capacidad de adsorcioacuten de PRX Esto se puede interpretar en
47
teacuterminos moleculares haciendo la aproximacioacuten de los moles disponibles de
PAMAM en funcioacuten de la cantidad adsorbida en comparacioacuten a NT-Fe3O4 sin
modificar Desde la Tabla 2 se sabe que hay una cantidad de 243 micromol de
PAMAM por gramo de adsorbente debido a que el incremento en la adsorcioacuten
fueron 96 mg de PRX (o 290 micromol de PRX) se puede asumir una estequiometriacutea
PRXPAMAM = 119 De acuerdo a reportes previos publicados por nuestro grupo
de investigacioacuten se sabe que PRX a pH 70 se adsorbe efectivamente en la
estructura PAMAM alcanzando una estequiometriacutea PRXPAMAM = 23 [59] En
este caso pH 60 no hay cambios significativos en la estructura del faacutermaco ni
en la del dendriacutemero por lo que deberiacutea haberse esperado un incremento
significativo de la adsorcioacuten de PRX en relacioacuten al nanotransportador NT-Fe3O4
Sin embargo este efecto no fue observado en el nanotubo hiacutebrido funcionalizado
con PAMAM Con estos resultados se puede asumir que la afinidad del PRX
mucho mayor por la adsorcioacuten en el material inorgaacutenico que por la adsorcioacuten en
los bolsillos de la cavidades internas del PAMAM
En relacioacuten a los resultados cineacuteticos se observa un aumento en la pseudo-
constante cineacutetica de adsorcioacuten siendo k1(NT-Fe3O4) lt k1(NT-Fe3O4-PAMAM) Para poder
interpretar el fenoacutemeno en forma mecaniacutestica la data experimental se ha ajustado
al modelo de difusioacuten intrapartiacutecula de Weber-Morris el que se muestra en la
Figura 24 En esta figura se puede observar tres segmentos lineales lo cual indica
que el proceso de adsorcioacuten de PRX en los nanotubos procede en tres etapas
para ambos sistemas Una situacioacuten similar ha sido observada en el caso de la
cineacutetica de adsorcioacuten de cefalosporina en micropartiacuteculas polimeacutericas por Cigu y
colaboradores quienes han descritos las diferentes etapas de la siguiente
forma[105]
a) Adsorcioacuten del adsorbato en la superficie del adsorbente
b) Difusioacuten intrapartiacutecula desde la zona externa a la superficie del adsorbente
c) Equilibrio de adsorcioacuten donde quedan muy pocos sitios disponibles para la
adsorcioacuten
48
Figura 24 Graacutefico de adsorcioacuten de PRX en los nanotransportadores sintetizados
considerando un modelo de difusioacuten intrapartiacutecula en tres etapas Fuente
Elaboracioacuten propia
Ambos sistemas muestran el mismo perfil de difusioacuten intrapartiacutecula y los valores
de las constantes de velocidad para las etapas (a) y (b) presentan valores
relativamente bajos aunque difieren levemente tal como se resume en la Tabla 6
En el caso de NT-Fe3O4 se observa que la etapa limitante corresponde a la
adsorcioacuten de PRX en la superficie del nanomaterial a diferencia de NT-Fe3O4-
PAMAM donde se observa que la etapa limitante es la difusioacuten intrapartiacutecula Esta
diferencia se puede explicar debido a que PAMAM posee grupos ndashNH2
superficiales que al pH de adsorcioacuten estaacuten protonados (ver Figura 23) lo que
incrementa la carga eleacutectrica superficial del nanotransportador este hecho podriacutea
provocar un aumento en la velocidad inicial de adsorcioacuten de PRX si los efectos
electroestaacuteticos gobiernan la velocidad de reaccioacuten en esta etapa considerando
que el PRX presenta una estructura dipolar a pH 60 Sin embargo en la etapa
subsiguiente caracterizada por la adsorcioacuten gradual de PRX las moleacuteculas de
PAMAM unidas covalentes a la superficie de NT-Fe3O4 dificultan el proceso de
difusioacuten intrapartiacutecula provocando una caiacuteda en la constante k(b)
49
Tabla 6 Modelo de difusioacuten intra-partiacutecula para la adsorcioacuten de PRX en los
adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM considerando dos etapas
determinantes en la adsorcioacuten del faacutermaco y una tercera de equilibrio Fuente
Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
Modelo de difusioacuten intrapartiacutecula (Modelo de Weber-Morris)
k(a) (mgPRXgadsh12) 311 766
R(a)2 09879 09903
k(b) (mgPRXgadsh12) 683 409
R(b)2 09872 09944
523 Adsorcioacuten de SIL
En la Figura 25 se muestran las graacuteficas cineacuteticas para la adsorcioacuten de SIL en los
dos nanotransportadores sintetizados Las consideraciones de ajuste de los
modelos cineacuteticos se hicieron de la misma forma que para los estudios realizados
con PRX y los valores obtenidos se resumen en la Tabla 7
Figura 25 Cineacutetica y ajustes de modelos cineacuteticos de adsorcioacuten para SIL en los
nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
50
El comportamiento de los sistemas frente a la adsorcioacuten de SIL muestra la misma
tendencia que la observada en el caso de PRX Ambos nanomateriales adsorben
SIL y la capacidad maacutexima se ve incrementada por la presencia de PAMAM Sin
embargo en este caso ambos sistemas nanotransportadores presentan una gran
afinidad por el faacutermaco obtenieacutendose cargas maacuteximas superiores a 650 mg de
SIL por gramo de nanomaterial valores muy superiores a los obtenidos en el caso
de PRX
El faacutermaco SIL se encuentra como moleacutecula neutra al pH de adsorcioacuten (pKa1 70
pKa2 877 pKa3 957 pKa4 1166) Para la adsorcioacuten en NT-Fe3O4 se espera
que las fuerzas que estaacuten predominando en la adsorcioacuten del faacutermaco sean del tipo
Van der Waals y enlace de hidroacutegeno entre los grupos funcionales de SIL y los
grupos hidroxilos de la NT-Fe3O4 Por otro lado las contribuciones hidrofoacutebicas
tambieacuten deberiacutean jugar un rol importante en la adsorcioacuten del faacutermaco en estos
nanomateriales especialmente en el sistema hiacutebrido NT-Fe3O4-PAMAM En el
caso del PAMAM estudios recientes realizados en nuestro grupo de investigacioacuten
han mostrado la gran afinidad que presenta el dendriacutemero por SIL y
experimentos NOESY han demostrado la adsorcioacuten de las moleacuteculas de SIL en las
cavidades internas del PAMAM
Asiacute para el material NT-Fe3O4-PAMAM se observa un incremento significativo de
la adsorcioacuten en relacioacuten al material inorgaacutenico En este caso el faacutermaco SIL
interacciona no solo con NT-Fe3O4 sino que tambieacuten con el dendriacutemero presente
Si se hace el caacutelculo entre la cantidad adsorbida de SIL en presencia de PAMAM
(1504 mg o 3117 micromol por gramo de adsorbente respectivamente) se obtiene
una relacioacuten molar de SILPAMAM = 128 Considerando esta evidencia puede
suponerse que el faacutermaco en el adsorbente NT-Fe3O4-PAMAM no soacutelo se adsorbe
en la superficie del oacutexido inorgaacutenico sino que tambieacuten se estaacute adsorbiendo en las
cavidades del PAMAM con estequiometriacuteas similares a las observadas para otros
faacutermacos insolubles previamente estudiados por nuestro grupo [51 59]
51
Tabla 7 Modelos cineacuteticos para la adsorcioacuten de SIL en los adsorbentes NT-Fe3O4
y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
qe exp (mgSILgads) 6750 8254
Pseudo primer-orden (Modelo de Lagergren)
qe (mgSILgads) 6853 8837
k1 (h-1) 0052 0062
R2 09975 09956
χ2 1656 4415
Pseudo segundo-orden (Modelo de Ho)
qe (mgSILgads) 8706 10233
k2 (gAdsmgSILmiddoth) 673x10-5 535x10-5
R2 09936 09954
χ2 4209 4576
Quimisorcioacuten (Modelo de Elovich)
α (mgSILgadsmiddoth) 1319 1956
β (mgSILg) 569x10-3 548x10-3
R2 09695 09510
χ2 18184 45945
En relacioacuten a los modelos de adsorcioacuten se observa que ambos sistemas se
ajustan mejor a cineacuteticas de pseudo-primer orden con respecto a la adsorcioacuten de
SIL con coeficientes de correlacioacuten y test de chi-cuadrado confiables para el
modelo Las constantes pseudo primer-orden son similares para ambos sistemas
k1(NT-Fe3O4) ~ k1(NT-Fe3O4-PAMAM) y del mismo orden de magnitud que las
determinadas en el caso de la adsorcioacuten de PRX En la Figura 25 se observa que
el maacuteximo de adsorcioacuten de SIL se alcanza a tiempos superiores a 50 horas para
ambos adsorbentes
52
Para entender de manera maacutes acabada la forma en que operan los fenoacutemenos
cineacuteticos de adsorcioacuten se ha realizado el ajuste de Weber-Morris para el modelo
de difusioacuten de intrapartiacutecula el que se muestra en la Figura 26 el cual nuevamente
revela un proceso de adsorcioacuten en tres etapas y los valores de las constantes de
velocidad para las etapas (a) y (b) presentan valores relativamente altos como se
resume en la Tabla 8
Figura 26 Graacutefico de adsorcioacuten de SIL en los nanotransportadores sintetizados
considerando un modelo de difusioacuten intrapartiacutecula en tres etapas Fuente
Elaboracioacuten propia
Considerando que a pH 60 el NT- Fe3O4 se encuentra en su forma protonada SIL
para adsorberse en la superficie del material deberaacute desplazar ese equilibrio para
ocupar un sitio de la superficie tal como se muestra en el siguiente esquema
Fe-OH + H2O [Fe-O-H-OH2]+
[Fe-O-H-OH2]+ + SIL [Fe-O-H-O-SIL] + H2O
Este equilibrio es el que determina la cineacutetica del proceso de adsorcioacuten en el caso
del adsorbente NT-Fe3O4 En el caso del nanotransportador hiacutebrido tambieacuten se
53
observa que la etapa de adsorcioacuten es la limitante de la velocidad del proceso
Comparando ambos sistemas se detecta que k(a)(NT-Fe3O4) ~ k(a)(NT-Fe3O4-PAMAM)
Esta diferencia se puede atribuir a la presencia del dendriacutemero PAMAM en el caso
del nanotransportador hiacutebrido En teacuterminos de naturaleza superficial se espera
que la asociacioacuten SIL-PAMAM incremente la velocidad del proceso con respecto al
nanotransportador inorgaacutenico
Tabla 8 Modelo de difusioacuten intra-partiacutecula para la adsorcioacuten de SIL en los
adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM considerando dos etapas
determinantes en la adsorcioacuten del faacutermaco y una tercera de equilibrio Fuente
Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
Modelo de difusioacuten intrapartiacutecula (Modelo de Weber-Morris)
k(a) (mgSILgadsh12) 577 885
R(a)2 09881 09935
k(b) (mgSILgadsh12) 1059 1135
R(b)2 09803 09828
54
6 CONCLUSIONES Y PERSPECTIVAS
Se logroacute sintetizar los nanotubos de magnetita NT-Fe3O4 obtenidos por la
reduccioacuten de los nanotubos de hematita α-Fe2O3 sintetizados a partir de
tratamiento hidrotermal Se verificoacute la estructura de la magnetita su forma tubular
y propiedades magneacuteticas a traveacutes de las teacutecnicas de caracterizacioacuten difraccioacuten de
rayos X microscopiacutea electroacutenica de transmisioacuten y medidas de susceptibilidad
magneacutetica respectivamente
El nanotubo inorgaacutenico obtenido sirvioacute de soporte para la conjugacioacuten de
dendriacutemero de poli-(amidoamina) de tercera generacioacuten el cual se logroacute inmovilizar
en la superficie de NT-Fe3O4 con un contenido del 16 en masa respecto del
material hiacutebrido El proceso de inmovilizacioacuten no perturboacute las propiedades del
soporte inorgaacutenico en relacioacuten a las propiedades magneacuteticas cristalinas o de
tamantildeo y forma
Los materiales obtenidos fueron capaces de actuar como adsorbentes de los
faacutermacos piroxicam y silibinina siendo eacuteste uacuteltimo quien mostroacute incrementar la
capacidad de adsorcioacuten en presencia de PAMAM Para ambos sistemas y
faacutermacos se determinaron las curvas cineacuteticas de adsorcioacuten donde se logroacute
determinar que independiente del faacutermaco ambos nanotransportadores muestran
ajustarse a cineacuteticas de pseudo-primer orden Finalmente la presencia de PAMAM
no soacutelo potencia la capacidad de adsorcioacuten en los faacutermacos testeados sino que
tambieacuten acelera la etapa de adsorcioacuten superficial con respecto a la determinada
para el adsorbente NT-Fe3O4 por medio del modelo de difusioacuten de Weber-Morris
Para el faacutermaco piroxicam se observoacute que la adsorcioacuten fue mediada
principalmente por interacciones del tipo electroestaacuteticas entre la forma
zwitterioacutenica de piroxicam y la superficie de los nanotransportadores La etapa
limitante de la cineacutetica adsorcioacuten para el caso de NT-Fe3O4 fue la adsorcioacuten
55
superficial y en el caso de NT-Fe3O4-PAMAM fue la etapa de difusioacuten
intrapartiacutecula
Finalmente para el faacutermaco silibinina se observoacute que la adsorcioacuten fue mediada
por las fuerzas de tipo Van der Waals y enlace de hidroacutegeno entre los grupos
funcionales de SIL y los grupos hidroxilos de NT-Fe3O4 Por otro lado las
contribuciones hidrofoacutebicas tambieacuten juegan un rol importante en la adsorcioacuten del
faacutermaco en estos nanomateriales especialmente en el sistema hiacutebrido NT-Fe3O4-
PAMAM Por uacuteltimo se determinoacute que la capacidad de adsorcioacuten se vio
directamente mejorada por la asociacioacuten PAMAM-SIL la que alcanzoacute una relacioacuten
molar SILPAMAM = 12 En ambos casos se observoacute que la etapa limitante de la
cineacutetica de adsorcioacuten fue la adsorcioacuten superficial de SIL en los adsorbentes
56
REFERENCIAS
[1] AZ Wilczewska K Niemirowicz KH Markiewicz H Car Pharmacological
Reports 64 (2012) 1020-1037
[2] S Parveen R Misra SK Sahoo Nanomedicine Nanotechnology Biology
and Medicine 8 (2012) 147-166
[3] V Grazu M Moros C Saacutenchez-Espinel MdlF Jesus V Grazu Frontiers
of Nanoscience Elsevier 2012 pp 337-440
[4] F Danhier O Feron V Preacuteat Journal of Controlled Release 148 (2010)
135-146
[5] A Wicki D Witzigmann V Balasubramanian J Huwyler Journal of
Controlled Release 200 (2015) 138-157
[6] JH Lee Y Yeo Chemical Engineering Science 125 (2015) 75-84
[7] S Manchun CR Dass P Sriamornsak Life Sciences 90 (2012
) 381-387
[8] JHE Arts M Hadi AM Keene R Kreiling D Lyon M Maier K Michel
T Petry UG Sauer D Warheit K Wiench R Landsiedel Regulatory Toxicology
and Pharmacology 70 (2014) 492-506
[9] KA Pramod CP Sunny Nanobiomaterials Handbook CRC Press 2011
pp 1-24
[10] A Khorsand S Jamehbozorgi R Ghiasi M Rezvani Physica E Low-
dimensional Systems and Nanostructures 72 (2015) 120-127
[11] V Loacutepez-Daacutevila AM Seifalian M Loizidou Current Opinion in
Pharmacology 12 (2012 ) 414-419
[12] P-C Lee C-L Peng M-J Shieh Journal of Controlled Release 225
(2016) 140-151
[13] CC Torres CH Campos C Diaacutez VA Jimeacutenez F Vidal L Guzmaacuten JB
Alderete Materials Science and Engineering C 65 (2016) 164-171
[14] CH Campos CF Diacuteaz JL Guzmaacuten JB Alderete CC Torres VA
Jimeacutenez Macromolecular Chemistry and Physics 217 (2016) 1712-1722
[15] D Chang Y Gao L Wang G Liu Y Chen T Wang W Tao L Mei L
57
Huang X Zeng Journal of Colloid and Interface Science 463 (2016) 279-287
[16] J Zaloga M Poumlttler G Leitinger RP Friedrich G Almer S Lyer E
Baum R Tietze R Heimke-Brinck H Mangge F Dorje G Lee C Alexiou
European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics 101 (2016) 152-162
[17] RS Dhanikula P Hildgen Bioconjugate Chemistry 17 (2006) 29-41
[18] A Kesavan P Ilaiyaraja W Sofi Beaula V Veena Kumari J Sugin Lal C
Arunkumar G Anjana S Srinivas A Ramesh SK Rayala D Ponraju G
Venkatraman European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics 96
(2015) 255-263
[19] S Biswas P Kumari PM Lakhani B Ghosh European Journal of
Pharmaceutical Sciences 83 (2016) 184-202
[20] ML Tebaldi RM Belardi SR Montoro Design and Applications of
Nanostructured Polymer Blends and Nanocomposite Systems William Andrew
Publishing Boston 2016 pp 171-186
[21] D Bansal A Gulbake J Tiwari SK Jain International Journal of
Biological Macromolecules 82 (2016) 687-695
[22] AS Timin EV Balantseva SY Khashirova EV Rumyantsev TY
Osadchaya Colloids and Surfaces A Physicochemical and Engineering Aspects
477 (2015) 26-34
[23] J Gautier E Allard-Vannier E Munnier M Souceacute I Chourpa Journal of
Controlled Release 169 (2013) 48-61
[24] SL Leung Z Zha C Cohn Z Dai X Wu Colloids and Surfaces B
Biointerfaces 121 (2014) 141-149
[25] Y Liu Y Ng MR Toh GNC Chiu Journal of Controlled Release 220
Part A (2015) 438-446
[26] G Xu L Li Z Shen Z Tao Y Zhang H Tian X Wei G Shen G Han
Journal of Alloys and Compounds 629 (2015) 36-42
[27] MF Horst V Lassalle ML Ferreira Frontiers of Environmental Science amp
Engineering 9 (2015) 746-769
[28] TJ Bastow A Trinchi MR Hill R Harris TH Muster Journal of
Magnetism and Magnetic Materials 321 (2009) 2677-2681
58
[29] S Bagheri D Ramimoghadam A TermehYousefi SB Abd Hamid
International Journal of Hydrogen Energy 40 (2015) 16178-16183
[30] G Kandasamy D Maity International Journal of Pharmaceutics 496 (2015)
191-218
[31] DS Keerthana K Namratha K Byrappa HS Yathirajan Journal of
Magnetism and Magnetic Materials 378 (2015) 551-557
[32] M Darroudi M Hakimi E Goodarzi R Kazemi Oskuee Ceramics
International 40 (2014) 14641-14645
[33] G Sharma P Jeevanandam RSC Advances 3 (2013) 189-200
[34] C-J Jia L-D Sun F Luo X-D Han LJ Heyderman Z-G Yan C-H
Yan K Zheng Z Zhang M Takano N Hayashi M Eltschka M Klaumlui U
Ruumldiger T Kasama L Cervera-Gontard RE Dunin-Borkowski G Tzvetkov J
Raabe Journal of the American Chemical Society 130 (2008) 16968-16977
[35] N Mizutani T Iwasaki S Watano T Yanagida T Kawai Current Applied
Physics 10 (2010) 801-806
[36] C-J Jia L-D Sun Z-G Yan L-P You F Luo X-D Han Y-C Pang Z
Zhang C-H Yan Angewandte Chemie 117 (2005) 4402-4407
[37] Z-G Yue W Wei Z-X You Q-Z Yang H Yue Z-G Su G-H Ma
Advanced Functional Materials 21 (2011) 3446-3453
[38] SJ Son X Bai SB Lee Drug Discovery Today 12 (2007) 650-656
[39] SJ Son J Reichel B He M Schuchman SB Lee Journal of the
American Chemical Society 127 (2005) 7316-7317
[40] GT Hermanson Bioconjugate Techniques (Third edition) Academic Press
Boston 2013 pp 535-548
[41] S Mallakpour M Madani Progress in Organic Coatings 86 (2015) 194-207
[42] P Yu J He L Yang M Pu X Guo Journal of Catalysis 260 (2008) 81-85
[43] X Zheng T Wang H Jiang Y Li T Jiang J Zhang S Wang Asian
Journal of Pharmaceutical Sciences 8 (2013) 278-286
[44] L Tan J Liu W Zhou J Wei Z Peng Materials Science and Engineering
C 45 (2014) 524-529
[45] ER Gillies JMJ Freacutechet Journal of the American Chemical Society 124
59
(2002) 14137-14146
[46] S Khoee K Hemati Polymer 54 (2013) 5574-5585
[47] U Gupta O Perumal SGKTL Deng Natural and Synthetic Biomedical
Polymers Elsevier Oxford 2014 pp 243-257
[48] U Boas PMH Heegaard Chemical Society Reviews 33 (2004) 43-63
[49] U Gupta HB Agashe A Asthana NK Jain Biomacromolecules 7 (2006)
649-658
[50] A Shakhbazau I Isayenka N Kartel N Goncharova I Seviaryn S
Kosmacheva M Potapnev D Shcharbin M Bryszewska International Journal of
Pharmaceutics 383 (2010) 228-235
[51] PA Barra L Barraza VA Jimeacutenez JA Gaviacuten JB Alderete
Macromolecular Chemistry and Physics 215 (2014) 372-383
[52] PM Patel R Patel D Wadia RM Patel Asian Journal of Pharmaceutical
Sciences 10 (2015) 306-313
[53] L Mei Z Zhang L Zhao L Huang X-L Yang J Tang S-S Feng
Advanced Drug Delivery Reviews 65 (2013) 880-890
[54] Sn Svenson DA Tomalia Advanced Drug Delivery Reviews 57 (2005)
2106-2129
[55] L Porcar Y Liu R Verduzco K Hong PD Butler LJ Magid GS Smith
W-R Chen The Journal of Physical Chemistry B 112 (2008) 14772-14778
[56] E Markatou V Gionis GD Chryssikos S Hatziantoniou A
Georgopoulos C Demetzos International Journal of Pharmaceutics 339 (2007)
231-236
[57] K Borowska S Wołowieca A Rubaj K Głowniakc E Sieniawska S
Radej International Journal of Pharmaceutics 426 (2012) 280-283
[58] S Kavyani S Amjad-Iranagh H Modarress The Journal of Physical
Chemistry B 118 (2014) 3257-3266
[59] PA Barra L Barraza VA Jimeacutenez JA Gaviacuten JB Alderete Structural
Chemistry 25 (2014) 1443-1455
[60] C Kojima K Kono K Maruyama T Takagishi Bioconjugate Chemistry 11
(2000) 910-917
60
[61] AK Patri JF Kukowska-Latallo JR Baker Jr Advanced Drug Delivery
Reviews 57 (2005) 2203-2214
[62] D Luong P Kesharwani R Deshmukh MCI Mohd Amin U Gupta K
Greish AK Iyer Acta Biomaterialia 43 (2016) 14-29
[63] X Xu J Li S Han C Tao L Fang Y Sun J Zhu Z Liang F Li
European Journal of Pharmaceutical Sciences 88 (2016) 178-190
[64] P-C Lin S Lin PC Wang R Sridhar Biotechnology Advances 32 (2014)
711-726
[65] C Baudot CM Tan JC Kong Infrared Physics amp Technology 53 (2010)
434-438
[66] JB Hall MA Dobrovolskaia AK Patri SE McNeil Nanomedicine 2
(2007) 709-803
[67] DB Williams CB Carter Transmission Electron Microscopy A Textbook
for Materials Science Springer US Boston MA 2009 pp 3-22
[68] H Wang PK Chu S Bose Characterization of Biomaterials Academic
Press Oxford 2013 pp 105-174
[69] M Rudolph J Erler UA Peuker Colloids and Surfaces A
Physicochemical and Engineering Aspects 397 (2012) 16-23
[70] T Zhao W Luo Y Deng Y Luo P Xu Y Liu L Wang Y Ren W Jiang
Nano Energy 26 (2016) 16-25
[71] F Rouquerol J Rouqueron K Sing Adsorption by Powders and Porous
Solids Academic Press 1999
[72] M Naderi Progress in Filtration and Separation Academic Press Oxford
2015 pp 585-608
[73] J Rouquerol F Rouquerol P Llewellyn G Maurin KSW Sing
Adsorption by powders and porous solids principles methodology and
applications Academic press 2014
[74] CP Poole FJ Owens Introduccioacuten a la nanotecnologiacutea Editorial Reverte
2007
[75] JL Kirschvink DS Jones BJ MacFadden Magnetite Biomineralization
and Magnetoreception in Organisms A New Biomagnetism Springer US 2013
61
[76] TM El-Alaily MK El-Nimr SA Saafan MM Kamel TM Meaz ST
Assar Journal of Magnetism and Magnetic Materials 386 (2015) 25-30
[77] DJ Dunlop Ouml Oumlzdemir Treatise on Geophysics (Second Edition)
Elsevier Oxford 2015 pp 255-308
[78] A Savić D Čokeša S Lazarević B Jokić D Janaćković R Petrović LS
Živković Powder Technology 301 (2016) 511-519
[79] S Rajput CU Pittman Jr D Mohan Journal of Colloid and Interface
Science 468 (2016) 334-346
[80] M Kumari CU Pittman Jr D Mohan Journal of Colloid and Interface
Science 442 (2015) 120-132
[81] Y Mansourpanah Z Jafari Reactive and Functional Polymers 93 (2015)
178-189
[82] S Sundar R Mariappan S Piraman Powder Technology 266 (2014) 321-
328
[83] P Roonasi A Holmgren Applied Surface Science 255 (2009) 5891-5895
[84] J Safari Z Zarnegar Journal of Molecular Structure 1072 (2014) 53-60
[85] KL Pickering S Raa Khimi S Ilanko Composites Part A Applied Science
and Manufacturing 68 (2015) 377-386
[86] AK Ladavos AP Katsoulidis A Iosifidis KS Triantafyllidis TJ
Pinnavaia PJ Pomonis Microporous and Mesoporous Materials 151 (2012) 126-
133
[87] VMdS Rocha MdG Pereira LR Teles MOdG Souza Materials
Science and Engineering B 185 (2014) 13-20
[88] JZ Marinho RHO Montes AP de Moura E Longo JA Varela RAA
Munoz RC Lima Materials Research Bulletin 49 (2014) 572-576
[89] PM Huang Y Li ME Sumner Handbook of Soil Sciences Properties and
Processes Second Edition Taylor amp Francis 2011
[90] C Klein CS Hurlbut Manual de mineralogiacutea Reverte 1996
[91] Y-F Lin J-L Chen C-Y Xu T-W Chung Chemical Engineering Journal
250 (2014) 409-415
[92] AK Gupta M Gupta Biomaterials 26 (2005) 3995-4021
62
[93] C Sun JSH Lee M Zhang Advanced Drug Delivery Reviews 60 (2008)
1252-1265
[94] N Rai M Sarkar S Raha Pharmacological Reports 67 (2015) 1215-1223
[95] Z Lavrič J Pirnat J Lužnik U Puc Z Trontelj S Srčič Journal of
Pharmaceutical Sciences 104 (2015) 1909-1918
[96] S Rozou A Voulgari E Antoniadou-Vyza European Journal of
Pharmaceutical Sciences 21 (2004) 661-669
[97] H-S Gwak J-S Choi H-K Choi International Journal of Pharmaceutics
297 (2005) 156-161
[98] RP Aquino G Auriemma M dacuteAmore AM DacuteUrsi T Mencherini P Del
Gaudio Carbohydrate Polymers 89 (2012) 740-748
[99] IE Shohin JI Kulinich GV Ramenskaya B Abrahamsson S Kopp P
Langguth JE Polli VP Shah DW Groot DM Barends JB Dressman
Journal of Pharmaceutical Sciences 103 (2014) 367-377
[100] R Silva H Ferreira AC Carvalho AC Gomes A Cavaco-Paulo Colloids
and Surfaces B Biointerfaces 92 (2012) 277-285
[101] M Meloun D Burkoˇnovaacute T Syrovyacute A Vraacutena Analytica Chimica Acta 486
(2003) 125-141
[102] D Zheng Y Wang D Zhang Z Liu C Duan L Jia F Wang Y Liu G
Liu L Hao Q Zhang Cancer Letters 307 (2011) 158-164
[103] Q Wang R Liu X Shen L Zou D Wu Journal of Nanoscience and
Nanotechnology 14 (2014) 2871-2877
[104] N Caliskan AR Kul S Alkan EG Sogut I Alacabey Journal of
Hazardous Materials 193 (2011) 27-36
[105] TA Cigu S Vasiliu S Racovita C Lionte V Sunel M Popa C Cheptea
European Polymer Journal 82 (2016) 132-152
[106] M Oumlzacar İA Şengil Process Biochemistry 40 (2005) 565-572
[107] YS Ho G McKay Process Biochemistry 34 (1999) 451-465
[108] AB Peacuterez-Mariacuten VM Zapata JF Ortuntildeo M Aguilar J Saacuteez M Lloreacutens
Journal of Hazardous Materials 139 (2007) 122-131
[109] BF Urbano I Villenas BL Rivas CH Campos Chemical Engineering
63
Journal 268 (2015) 362-370
[110] J Peacuterez L Toledo CH Campos BL Rivas J Yantildeez BF Urbano
Chemical Engineering Journal 287 (2016) 744-754
[111] JW Steed DR Turner K Wallace Core Concepts in Supramolecular
Chemistry and Nanochemistry Wiley 2007
[112] A Buczkowski D Waliszewski P Urbaniak B Palecz International
Journal of Pharmaceutics 505 (2016) 1-13
[113] M Kosmulski Advances in Colloid and Interface Science
iii
Agradecimientos
Deseo agradecer inmensamente por el apoyo brindado en todo este trayecto
desde antes de ser tesista y a lo largo del desarrollo de eacutesta por la paciencia
confianza sinceridad y entrega de conocimientos a mis Profesores Guiacutea y Co-
guiacutea al Dr Joel Alderete Trivintildeos y Dr Cristian Campos Figueroa A los miembros
de la comisioacuten evaluadora Dra Catherine Sepuacutelveda Muntildeoz Dr Francisco Muntildeoz
Muntildeiz y Dr Nicolaacutes Yutronic Saacuteez por haber aceptado ser parte de esta comisioacuten
y por la disposicioacuten dada para las correcciones yo comentarios
Sin olvidar tambieacuten a la Dra Cecilia Torres Muntildeoz quien me brindo ayuda en la
parte de conocimientos (en programas) y la paciencia debido a muchas dudas que
surgiacutean durante ese proceso de aprendizaje
A mis compantildeeros y amigos de laboratorio de BDM parte de ellos ya graduados
pero siempre agradecida ya que siempre brindaron su colaboracioacutenexplicacioacuten las
veces que fuese necesaria en algunos casos llegaba aburrir de tanta pregunta y
el aacutenimo cuando algo no resultaba sin olvidar tambieacuten de haber compartido
alegriacuteas risas bobadas muacutesica y viajes a Karen Pabla Carola Nicolas Fabio
Felipe y no olvidar a quienes recieacuten comienzan por el carintildeo brindado a Kelly y
Solange
Agradecer a todo el personal de laboratorio donde maacutes de una vez fui a molestar
por material o reactivo al Laboratorio de Orgaacutenica Fiacutesico-quiacutemica Analiacutetica y
sobre todo a Quiacutemica General donde Pamela y Don Rafael quienes siempre se
reiacutean cuando me veiacutean y preguntaban iquestQueacute necesitas ahora el carintildeo hacia
ellos es grande conocieacutendolos desde las ayudantiacuteas de pregrado hasta ahora
No puedo dejar de mencionar a quien fue mi compantildeero de estudios Elizardo
aquel que sin conocerlo me abrioacute las puertas de su casa y permitir conocer su
familia quien cada vez que podiacutea me incentivaba seguir estudiando sin flaquear
Tambieacuten de mencionar a amistades que se forman en este transcurso de estudios
a Loreto por su alegriacutea y generosidad a Liliana por su preocupacioacuten y empatiacutea a
Claudio por su buena disposicioacuten apoyo y confianza
A mis amistades de la vida quienes siempre brindaban su apoyo ya sea por medio
de conversaciones mensajes o un abrazo tal vez no nos veiacuteamos lo suficiente
pero siempre con el carintildeo que nos caracteriza aquella amistad que
independiente del tiempo nada cambia amistades incondicionales Pamela Astrid
Lilian Marcela Perla Ervin Fabiaacuten
iv
Por uacuteltimo agradecer a mi Familia a mi Madre Lucia quien en un comienzo le
costoacute darme el apoyo pero vio mis ganas de seguir estudiando aquel suentildeo
personal muchas gracias por TODO faltariacutean hojas por seguir agradecieacutendote
quienes maacutes componen esta Familia son mi Hermana Soledad y mis Hermanos
Hugo y Luis con sus respectivas parejas Eduardo Cecilia y Margarita sin olvidar
mis dos grandes alegriacuteas mis sobrinas Cecilia y Catalina donde todos me
preguntaban iquestcoacutemo vas iquestte queda poco da la peleaiexcliexcl etc
Dentro de este periodo de estudios han pasado muchas cosas en la Familia
como una de ellas fue la peacuterdida de mi abuelita Luisa quien jamaacutes se entero de
este proceso de estudios pero siempre pendiente de ti hasta los uacuteltimos minutos
venia a la universidad y cuidaba de ti cuanto maacutes pude de eso no me arrepiento
Ademaacutes ha habido decaiacutedas de Salud (hospitalizaciones) pero aquello ha hecho
que la familia se una auacuten maacutes y apoyaacutendonos como cada uno pudiese maacutes auacuten
cuando existe un dolor de ya casi 11 antildeos una perdida fiacutesica desde ahiacute que
valoramos y nos queremos cada diacutea maacutes como Familia no hay diacutea o instancia que
me acuerde de ti Janito mi Hermano mi Protector a quien le dije que lo sentiacutea
como un Padre se que nos acompantildeas y estas bien sin dolor como alguna vez
sontildeeacute pedaleando en tu bicicleta Recuerdo que habiacuteas dicho sobre miacute de lo
importante que yo estudiaraacute acaacute estamos terminando una etapa maacutes gracias
porque desde pequentildea me ensentildeaste matemaacuteticas y en cuanto maacutes pudiste
Infinitas Gracias a cada uno de los que mencione y a quienes por alguna razoacuten se
me haya olvidadohellipGracias por el apoyo brindado animo paciencia confianza
sinceridad carintildeo consejos alegriacuteas etc de haber sido participe de esta tesis
colaborando emocionalmente y en el desarrollo de eacutesta
v
RESUMEN
Los nanotubos de magnetita Fe3O4 tienen la capacidad de ser materiales
ferrimagneacuteticos o superparamagneacuteticos Esta propiedad ha sido de especial
intereacutes en los uacuteltimos antildeos para aplicaciones en diferentes campos de la
nanociencia pero en particular en la preparacioacuten de materiales para la adsorcioacuten
transporte y liberacioacuten controlada de faacutermacos Por otro lado los dendriacutemeros en
particular los derivados de poli-(amidoamina) (PAMAM) son macromoleacuteculas
altamente ramificadas monodispersas los que han sido ampliamente estudiados
como sistemas nanotransportadores de faacutermacos Una de las principales
desventajas de ambos materiales es la limitada capacidad de carga que muestran
frente a algunos faacutermacos de intereacutes en el tratamiento de enfermedades croacutenicas
Ademaacutes del limitado control que se tiene en los procesos de liberacioacuten cuando
estos sistemas se usan como nanotransportadores de faacutermacos
Dada las caracteriacutesticas de ambos sistemas esta tesis contemploacute el estudio de un
sistema hiacutebrido NT-Fe3O4 acoplado a dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten
para la encapsulacioacuten de dos faacutermacos piroxicam (PRX) y silibinina (SIL) La
preparacioacuten del nanomaterial hiacutebrido se llevoacute a cabo a partir de siacutentesis
hidrotermal de los oacutexidos de hierro la que permitioacute obtener los nanotubos de
Fe3O4 a partir de la reduccioacuten teacutermica de los nanotubos de Fe2O3 en presencia de
flujo de H2 Finalmente el acople del dendriacutemero PAMAM a la superficie del
nanotubo se realizoacute mediante una inmovilizacioacuten covalente mediada por un
agente de acople El nanomaterial hiacutebrido fue caracterizado por termogravimetriacutea
difraccioacuten de rayos X microscopiacutea electroacutenica de barrido microscopiacutea electroacutenica
de transmisioacuten susceptibilidad magneacutetica e isoterma de adsorcioacuten-desorcioacuten de
N2 a -196degC ademaacutes de espectroscopia FT-IR con lo que se demostroacute la efectiva
inmovilizacioacuten de PAMAM a un contenido de 16 en masa El material hiacutebrido
(Fe3O4-PAMAM) mantiene la forma nanotubular y las propiedades magneacuteticas del
soporte inorgaacutenico de partida En los experimentos de adsorcioacuten se empleoacute NT-
Fe3O4 como adsorbente control Para ambos adsorbentes Fe3O4-PAMAM y NT-
vi
Fe3O4 se determinaron las cineacuteticas de adsorcioacuten para dos faacutermacos modelos
piroxicam (PRX) y silibinina (SIL) Para ambos materiales la adsorcioacuten de los
faacutermacos mostraron ajustarse a cineacuteticas de pseudo-primer orden y la cantidad
maacutexima de adsorcioacuten de faacutermaco se vio mejorada junto con un aumento en la
velocidad de adsorcioacuten por la presencia de PAMAM en la superficie del material
hiacutebrido
vii
ABSTRACT
Magnetite nanotubes Fe3O4 have the capacity to be ferrimagnetic or
superparamagnetic materials This property has been of special interest in last
years for applications in different fields of nanoscience but in particular in the
preparation of materials for the adsorption transport and controlled release of
drugs On the other hand dendrimers in particular the derivatives of poly-
(amidoamine) (PAMAM) are macromolecules highly branched and monodisperse
which have been widely studied as drug nanocarriers systems One of the main
disadvantages of both materials is their limited load capacity showed against some
drugs of interest in the treatment of chronic diseases In addition these systems
present an uncontrolled drug release in the liberation processes when they are
used as drug nanocarriers
Considering the characteristics of both systems this thesis contemplated the study
of a hybrid system NT-Fe3O4 coupled with PAMAM dendrimer of the third
generation for the encapsulation of two drugs piroxicam (PRX) and silybin (SIL)
The preparation of the hybrid nanomaterial was carried out from hydrothermal
synthesis of iron oxides which allowed obtaining NT-Fe3O4 from the thermal
reduction of the nanotubes of Fe2O3 in the presence of H2 flow Finally the
coupling of the PAMAM dendrimer to the surface of the nanotube was performed
by covalent immobilization mediated by a coupling agent The hybrid nanomaterial
was characterized by thermogravimetry X-ray diffraction scanning electron
microscopy transmission electron microscopy magnetic susceptibility
measurements and N2 adsorption-desorption isotherm at -196degC in addition FT-
IR spectroscopy analysis demonstrated the effective immobilization of PAMAM to a
content of 16 by mass The hybrid material (NTFe3O4-PAMAM) maintains the
nanotubular form and the magnetic properties of the starting inorganic support In
the adsorption experiments NT-Fe3O4 was used as the control adsorbent For both
adsorbents NT-Fe3O4-PAMAM and NT-Fe3O4 adsorption kinetic were determined
for two drug models piroxicam (PRX) and silybin (SIL) For both materials the
viii
adsorption of the drugs was adjusted to pseudo-first-order kinetics and the
maximum amount of drug adsorption was improved along with an increase in
adsorption rate by the presence of PAMAM on the surface of the hybrid material
ix
TABLA DE CONTENIDOS
Paacutegina
PROBERVIO ii
AGRADECIMIENTOS iii
RESUMEN v
ABSTRACT vii
IacuteNDICE DE FIGURAS xi
IacuteNDICE DE TABLAS xiii
1 INTRODUCCIOacuteN 1
11 Nanomateriales magneacuteticos 3
12 Dendriacutemeros 8
13 Nanomateriales hiacutebridos oacutexido inorgaacutenicoPAMAM 12
2 HIPOacuteTESIS 14
3 OBJETIVOS 14
31 OBJETIVO GENERALE 14
32 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS 14
4 PARTE EXPERIMENTAL 15
41 Siacutentesis de los nanotransportadores 15
411 Siacutentesis de nanotubos de magnetita (Fe3O4) 15
412 Funcionalizacioacuten de NT-Fe3O4 con el agente de acople
3-glicidoxipropil-trimetoxisilano
15
413 Acoplamiento de NT-Fe3O4-GPTMS con dendriacutemero
PAMAM
16
42 Caracterizacioacuten de los sistemas 17
421 Espectroscopia de Infrarrojo con Transformada de Fourier
(FT-IR)
17
422 Difraccioacuten de Rayos X (DRX) 18
423 Microscopiacutea Electroacutenica de Transmisioacuten (TEM) 20
424 Microscopia Electroacutenica de Barrido (SEM) 21
425 Anaacutelisis Termogravimeacutetrico (TGA) 22
426 Isotermas de Adsorcioacuten-Desorcioacuten de N2 a -196degC 23
x
427 Magnetizacioacuten del material 24
428 Adsorcioacuten de Faacutermacos en Nanotubo Fe3O4 y en
nanotransportador hiacutebrido Fe3O4-PAMAM
26
5 DISCUSOacuteN Y ANAacuteLISIS DE RESULTADOS 28
51 Caracterizacioacuten de los nanomateriales 28
511 Espectroscopia de infrarrojo con transformada de Fourier 28
512 Anaacutelisis Termogravimeacutetrico 29
513 Isotermas de Adsorcioacuten-Desorcioacuten de N2 a -196degC 31
514 Difraccioacuten de Rayos X 33
515 Microscopiacutea Electroacutenica de Barrido y Transmisioacuten 34
516 Propiedades magneacuteticas 37
52 Estudios de la adsorcioacuten de Faacutermacos en Nanotubo Fe3O4
y en nanotransportador hiacutebrido Fe3O4-PAMAM
40
521 Faacutermacos de intereacutes 40
522 Adsorcioacuten de PRX 44
523 Adsorcioacuten de SIL 49
6 CONCLUSIONES Y PERSPECTIVAS 54
REFERENCIAS 56
xi
IacuteNDICE DE FIGURAS
Paacutegina
Figura 1 Algunos tipos de nanomateriales utilizados en el
transporte de faacutermacos y para diagnoacutestico e imagen [17]
2
Figura 2 Esquemas de asociacioacuten componente orgaacutenico en
soportes soacutelidos (a) Adsorcioacuten (b) Adsorcioacuten por
formacioacuten de pares ioacutenicos y (c) Anclaje por enlace
covalente
6
Figura 3 Esquema de anclaje del AAC en el soporte [42] 7
Figura 4 Esquema general de la estructura de un dendriacutemero 9
Figura 5 Dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten (G3) 10
Figura 6 Sistema de reaccioacuten para realizar las modificaciones
superficiales de NT-Fe3O4
16
Figura 7 Esquema del equipamiento de un FT-IR 18
Figura 8 Difraccioacuten de Rayos X producida por los diferentes planos
de un cristal
19
Figura 9 Esquema de un microscopio electroacutenico de transmisioacuten 21
Figura 10 Esquema de un microscopio electroacutenico de barrido 22
Figura 11 Representacioacuten esquemaacutetica de un soacutelido poroso [71] 23
Figura 12 Representacioacuten de curva de magnetizacioacuten para un
material ferromagneacutetico [74]
25
Figura 13 Esquema del sistema de adsorcioacuten de faacutermacos en los
nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM
27
Figura 14 Espectro FT-IR de (a) NT-Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-PAMAM 28
Figura 15 Termogramas de los materiales realizados en atmoacutesfera
de O2 (a) NT- Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-GPTMS y (c) NT-
Fe3O4-PAMAM
30
Figura 16 Isoterma de adsorcioacutendesorcioacuten de N2 a -196degC para (a)
NT-Fe3O4 y (b) NT-Fe3O4-PAMAM
32
Figura 17 Difractograma de rayos X para (a) NT α-Fe2O3 (b) NT- 34
xii
Fe3O4 y (c) NT-Fe3O4-PAMAM
Figura 18 Imaacutegenes de SEM de los materiales (a) NT-Fe3O4 (b)
NT-Fe3O4-PAMAM
35
Figura 19 Micrografiacuteas de TEM de NT-Fe3O4 (a b) NT-Fe3O4-
PAMAM (e f) y las curvas de distribucioacuten del largo (c g) y
diaacutemetro externo (d h) para ambos NT-Fe3O4 y NT-
Fe3O4-PAMAM respectivamente
36
Figura 20 Curva de magnetizacioacuten obtenida para NT-Fe3O4 (a b) y
NT-Fe3O4-PAMAM (c d) utilizando un magnetoacutemetro de
muestra vibrante (VSM) a 17degC
39
Figura 21 Estructuras de los faacutermacos de intereacutes (a) Piroxicam y
(b) Silibinina
40
Figura 22 Cineacutetica y ajustes de modelos cineacuteticos de adsorcioacuten
para PRX en los nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-
Fe3O4-PAMAM
45
Figura 23 Esquema propuesto para la adsorcioacuten de PRX en los
sistemas sintetizados (A) Fe3O4-NT y (B) Fe3O4-NT-
PAMAM
45
Figura 24 Graacutefico de adsorcioacuten de PRX en los nanotransportadores
sintetizados considerando un modelo de difusioacuten
intrapartiacutecula en tres etapas
48
Figura 25 Cineacutetica y ajustes de modelos cineacuteticos de adsorcioacuten
para SIL en los nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-
Fe3O4-PAMAM
49
Figura 26 Graacutefico de adsorcioacuten de SIL en los nanotransportadores
sintetizados considerando un modelo de difusioacuten
intrapartiacutecula en tres etapas
52
xiii
IacuteNDICE DE TABLAS
Paacutegina
Tabla 1 Impacto en la masa molecular y en el tamantildeo de los
dendriacutemeros PAMAM seguacuten crece la generacioacuten [48]
11
Tabla 2 Porcentaje de peacuterdida de masa y material acoplado
GPTMS y PAMAM (G3) al NT-Fe3O4
31
Tabla 3 Superficie especiacutefica tamantildeo promedio de poro y volumen
de poro determinadas por las de BET y BJH [73 86] para
los materiales en base a NT-Fe3O4 sintetizados
33
Tabla 4 Resumen de paraacutemetros magneacuteticos para los materiales
preparados a 17degC
37
Tabla 5 Modelos cineacuteticos para la adsorcioacuten de PRX en los
adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM
46
Tabla 6 Modelo de difusioacuten intra-partiacutecula para la adsorcioacuten de
PRX en los adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM
considerando dos etapas determinantes en la adsorcioacuten
del faacutermaco y una tercera de equilibrio
49
Tabla 7 Modelos cineacuteticos para la adsorcioacuten de SIL en los
adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM
51
Tabla 8 Modelo de difusioacuten intra-partiacutecula para la adsorcioacuten de SIL
en los adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM
considerando dos etapas determinantes en la adsorcioacuten
del faacutermaco y una tercera de equilibrio
53
1
1 INTRODUCCIOacuteN
En la actualidad existe una amplia gama de faacutermacos disponibles para el
tratamiento de diferentes tipos de enfermedades En el tratamiento de un proceso
fisiopatoloacutegico se espera que la administracioacuten de los medicamentos se realice de
forma tal que alcance su lugar de accioacuten con una determinada concentracioacuten No
obstante algunos medicamentos muestran una escasa solubilidad en el plasma
sanguiacuteneo asiacute como tambieacuten en el medio inter-intracelular Por lo general solo el
1 de la dosis administrada llega al sitio diana mientras que el resto del faacutermaco
se distribuye a traveacutes del resto de ceacutelulas y tejidos Esta desventaja impone la
administracioacuten de altas dosis de faacutermacos para lograr un aumento de su
concentracioacuten local lo que provoca numerosos efectos toxicoloacutegicos e
inmunoloacutegicos indeseables [1-3]
Esta limitante estaacute siendo superada gracias al desarrollo de una variedad de
transportadores de faacutermacos los que actuacutean por asociacioacuten fiacutesica yo quiacutemica
entre la sustancia activa y el transportador Entre las muacuteltiples ventajas que
pueden aportar los transportadores de faacutermacos se destaca el control de las
concentraciones plasmaacuteticas y de la distribucioacuten tisular gracias a que protege la
sustancia activa contra la inactivacioacuten (quiacutemica enzimaacutetica o inmunoloacutegica) desde
el lugar de administracioacuten hasta el sitio de accioacuten [2 4-7] Los sistemas
transportadores han sido clasificados de acuerdo a su naturaleza quiacutemica o a su
tamantildeo pero en las uacuteltimas deacutecadas son aquellos denominados
nanotransportadores los que han mostrado los resultados maacutes promisorios en el
desarrollo de sistemas vectorizados de transporte y liberacioacuten de faacutermacos para el
tratamiento especiacutefico de enfermedades
Los nanotransportadores son sistemas que se caracterizan por ser de tamantildeo
nanomeacutetrico donde sus medidas pueden fluctuar entre 1 y 100 nm en una o maacutes
de sus dimensiones [8 9] (ver Figura 1) La adsorcioacuten del faacutermaco ocurre
generalmente al interior de cavidades del nanotransportador las cuaacuteles permiten
2
alojar las moleacuteculas de faacutermaco en un fenoacutemeno que se describe como
encapsulacioacuten [10 11] Dentro de los nanotransportadores de faacutermacos que
cumplen con estos requisitos se encuentran aqueacutellos que se basan en sistemas
inorgaacutenicos orgaacutenicos y aqueacutellos denominados hiacutebridos que son una mezcla de
ambos
De la familia de transportadores basados en nanomateriales (NM) inorgaacutenicos se
pueden mencionar algunos como nanotubos de carbono (CNTs) [12] nanotubos
de oacutexidos inorgaacutenicos como TiO2 [13] y Al2O3 [14] nanopartiacuteculas de oacutexidos
inorgaacutenicos como SiO2 [15] y Fe3O4 [16] entre otros La principal caracteriacutestica de
estos sistemas es su nula solubilidad en el plasma sanguiacuteneo La habilidad de
adsorber faacutermacos de estos materiales viene dada principalmente porque
disponen de un aacuterea superficial y porosidad que permiten el alojamiento del
faacutermaco al interior de los poros lo que ralentiza su liberacioacuten una vez internalizado
en el hueacutesped
Figura 1 Algunos tipos de nanomateriales utilizados en el transporte de faacutermacos
y para diagnoacutestico e imagen [17]
Los NM orgaacutenicos tambieacuten se han considerado una buena alternativa para su uso
como sistemas nanotransportadores de faacutermacos de los que se pueden mencionar
a los dendriacutemeros [18] micelas [19] poliacutemeros [20] y liposomas [21] entre otros A
diferencia de los materiales inorgaacutenicos los nanomateriales orgaacutenicos pueden
Poliacutemero lineal Quantum Dots Nanopartiacutecula
Micela polimeacuterica Liposoma Dendriacutemero
3
actuar de forma soluble o insoluble en el plasma sanguiacuteneo El principio de
adsorcioacuten se basa en la diferencia de afinidad del faacutermaco frente al medio
dispersante De forma general faacutermacos que son poco solubles en agua se
adsorben de forma efectiva en sistemas que posean cavidades hidroacutefobas
Los sistemas nanotransportadores hiacutebridos nacen de la necesidad de combinar
propiedades de los sistemas inorgaacutenicos yo orgaacutenicos con el fin de producir un
NM que muestre una alta sinergia entre ambos componentes en el proceso de
adsorcioacuten y liberacioacuten de faacutermacos [1314 22] Dependiendo de la naturaleza del
sistema hiacutebrido se pueden clasificar en hiacutebridos inorgaacutenicoinorgaacutenico [23]
hiacutebridos inorgaacutenicoorgaacutenico [24] e hiacutebridos orgaacutenicoorgaacutenico [25]
11 Nanomateriales magneacuteticos
Dentro de los NM inorgaacutenicos maacutes interesantes se encuentran las
nanoestructuras de oacutexidos hierro El oacutexido de hierro existe en la naturaleza en tres
fases magnetita (Fe3O4) maghemita (γ-Fe2O3) y hematita (α-Fe2O3) [26] La
magnetita presenta las propiedades maacutes interesantes entre todos los demaacutes
oacutexidos de hierro debido a la presencia de cationes de hierro en dos estados de
valencia (Fe2+ y Fe3+) en su estructura cubica centrada en la cara de tipo espinela
(AB2O4) inversa En ella el oxiacutegeno forma un empaquetado cuacutebico compacto
donde la mitad de los cationes Fe3+ ocupan sitios tetraeacutedricos (A) mientras que la
otra mitad de Fe3+ y los cationes Fe2+ ocupan los sitios octaeacutedricos (B) [27] lo cual
le confiere susceptibilidad magneacutetica
El nuacutemero de cationes Fe3+ en cada sitio de la red cristalina (tetraeacutedrico y
octaeacutedrico) es el mismo pero con direcciones opuestas del espiacuten magneacutetico por
lo tanto los momentos magneacuteticos de los cationes Fe3+ se anulan entre siacute como
resultado los cationes Fe2+ son los responsables del momento magneacutetico neto en
la magnetita Por lo cual la magnetita posee un comportamiento ferrimagneacutetico es
decir los espines magneacuteticos son antiparalelos y sus magnitudes son desiguales
4
El comportamiento de este material magneacutetico puede cambiar draacutesticamente
dependiendo del tamantildeo A medida que el tamantildeo de la estructura disminuye los
multidominios magneacuteticos cambian hasta obtener una estructura conformada por
un solo dominio magneacutetico [27-29] dando como resultado una nueva propiedad
magneacutetica denominada superpara-magnetismo Esta propiedad se define como la
capacidad de ciertos NM magneacuteticos que poseen alta susceptibilidad y saturacioacuten
de magnetizacioacuten bajo la influencia de un campo magneacutetico las que pierden
completamente una vez que se elimina el campo magneacutetico lo que resulta una
remanencia magneacutetica y coercitividad de cero [30] Debido a su baja toxicidad y
alta biocompatibilidad ademaacutes de la alta estabilidad mecaacutenica teacutermica y quiacutemica
la magnetita ha atraiacutedo mucho la atencioacuten para aplicaciones biomeacutedicas tales
como resonancia magneacutetica hipertermia magneacutetica terapia del caacutencer liberacioacuten
controlada de faacutermacos ingenieriacutea de tejidos entre otras [29-32]
Muchos esfuerzos tambieacuten se han llevado a cabo en la siacutentesis y propiedades de
las nanoestructuras de oacutexido de hierro con morfologiacuteas bien definidas como
nanocristales poliedros cubos varillas tubos entre otros [26] Varios meacutetodos
sinteacuteticos han sido reportados para la preparacioacuten de nanopartiacuteculas de oacutexido de
hierro que incluyen co-precipitacioacuten irradiacioacuten de ultrasonido siacutentesis
solvotermal siacutentesis hidrotermal microemulsioacuten siacutentesis viacutea microondas y la
descomposicioacuten teacutermica [33] La siacutentesis hidrotermal es una ruta de precipitacioacuten
en fase acuosa que se lleva a cabo en reactores que soportan altas presiones y
temperaturas la que se emplea ampliamente para sintetizar nanoestructuras
funcionales con formas especiacuteficas [26 27] ya que es un proceso simple y de alto
rendimiento con el cual se obtienen nano-arquitecturas de tamantildeo y morfologiacutea
reproducible [31]
Jia y colaboradores han reportado un proceso sencillo para producir nanoanillos
de Fe3O4 en el cual se utiliza la ruta hidrotermal con la participacioacuten de los
aniones dobles SO42- y H2PO4
- como controladores de la morfologiacutea para producir
Fe2O3 como base estructural el cual es sometido a un tratamiento de reduccioacuten en
5
atmoacutesfera de H2 para producir el material en base a magnetita [34] Este meacutetodo
abre la posibilidad de crear una gama de estructuras tridimensionales variando las
relaciones de iones SO42-H2PO4
- durante el tratamiento de siacutentesis hidrotermal
[34] Se ha demostrado que los iones SO42- tienen el efecto de aumentar el
tamantildeo de partiacutecula debido a que aumenta la superficie de las nanoestruturas
Fe2O3 formadas [35] La presencia de iones H2PO4- es el factor crucial que induce
la formacioacuten de una estructura tubular producto de la adsorcioacuten selectiva de iones
fosfato en la superficie de las partiacuteculas de Fe2O3 y su capacidad de coordinar con
los iones feacuterricos [36] Estas estructuras tubulares o nanotubos magneacuteticos (NT-
Fe3O4) no soacutelo conservan el fondo y la forma de una nanovarilla tambieacuten
proporcionan cavidad interna que lo proyectan como un material que permite la
encapsulacioacuten y liberacioacuten controlada de faacutermacos oligoacutemeros supramoleacuteculas
yo macromoleacuteculas entre otras especies [37] las cuales se pueden transportar
de forma segura en el sistema in vivo evitando la degradacioacuten hidroliacutetica o la
precipitacioacuten de faacutermacos hidroacutefobos durante la entrega en el sitio especiacutefico
La principal ventaja de los NT-Fe3O4 como transportadores de faacutermacos es que
pueden poseer la propiedad del para- o superpara-magnetismo para realizar un
seguimiento de la administracioacuten de faacutermacos El traslado de los NTs puede ser
controlado por un campo magneacutetico externo dirigieacutendolo de forma especiacutefica a los
sitios fisioloacutegicos de accioacuten [38] La combinacioacuten de las propiedades magneacuteticas
con una estructura tubular hace de los NT-Fe3O4 un candidato ideal como
nanotransportador empleado en aplicaciones biomeacutedicas La principal limitante
para el empleo de este tipo de sistemas es el tipo de moleacuteculas que pueden ser
adsorbidas ya que en general se ha observado que moleacuteculas de pequentildeo
tamantildeo no son adsorbidas en forma eficiente [34 39]
Una forma de poder superar la baja capacidad de adsorcioacuten de faacutermacos por parte
de los NT-Fe3O4 es generando sistemas hiacutebridos que sean capaces de incorporar
una segunda unidad que incrementen su capacidad de adsorcioacuten Esto se puede
conseguir recubriendo al NT-Fe3O4 con un segundo componente generalmente de
6
naturaleza orgaacutenica obtenido de una fuente natural o sinteacutetica proveyendo
nanoestructuras hibridas con propiedades mejoradas frente a sus componentes
puros La asociacioacuten del componente orgaacutenico con el NM inorgaacutenico puede
realizarse empleando 3 rutas tal como se muestra en la Figura 2
(a) (b) (c)
Figura 2 Esquemas de asociacioacuten componente orgaacutenico en soportes soacutelidos (a)
Adsorcioacuten (b) Adsorcioacuten por formacioacuten de pares ioacutenicos y (c) Anclaje por enlace
covalente
La asociacioacuten por formacioacuten de enlaces covalentes ha sido la teacutecnica maacutes
prometedora y puede llevarse a cabo gracias al uso de moleacuteculas intermediarias
denominadas agentes de acople los cuales son capaces de modificar la superficie
de un soacutelido inorgaacutenico y a su vez unirse covalentemente al estabilizante a traveacutes
de una funcioacuten orgaacutenica reactiva Algunos agentes de acople (AAC) se pueden
clasificar en cuatro grupos aacutecidos carboxiacutelicos poliacutemeros silanos y moleacuteculas
organofosforadas Los AAC del tipo silano son los maacutes utilizadas en los NM
inorgaacutenicos la formula general de este tipo AAC muestra dos clases de
funcionalidades (R1-(CH2)n-Si-(R2)3) Los grupos R1 representan al grupo orgaacutenico
funcional como NH2 SH epoxi metacrilato etc y los grupos R2 representan a un
grupo funcional hidrolizable tal como OCH3 OCH2CH3 o Cl [40 41]
7
Debido a que la superficie de NM inorgaacutenicos de tipo oacutexido poseen grupos
hidroxilos (-OH) eacutestos se utilizan como sitios de reaccioacuten para el proceso de
anclaje El proceso de acoplamiento se logra a traveacutes de la reaccioacuten quiacutemica
entre los grupos trialcoacutexido del AAC y los grupos hidroxilos superficiales del NM
inorgaacutenico [41] tal como se muestra en el esquema de la Figura 3
Figura 3 Esquema de anclaje del AAC en el soporte [42]
Dependiendo de la naturaleza de la moleacutecula orgaacutenica a anclar hay dos formas de
incorporarla en la superficie del soporte anclaje de AAC en la superficie del NM y
posterior reaccioacuten con la moleacutecula de intereacutes o reaccioacuten previa entre moleacutecula y
AAC para realizar el posterior anclaje en la superficie del NM
En este contexto se ha propuesto que la utilizacioacuten de sistemas
nanotransportadores hiacutebridos podriacutean mejoran las variadas limitaciones que
presentan la mayoriacutea de los sistemas nanotransportadores basados en materiales
inorgaacutenicos con baja capacidad de adsorcioacuten Algunos sistemas hiacutebridos
8
propuestos para la adsorcioacuten de faacutermacos han sido nanopartiacuteculas de siacutelice
funcionalizadas con poliacutemeros que contienen guanidina donde se ha estudiado el
comportamiento de carga y liberacioacuten de doxorrubicina y sulfasalazina [22]
nanopartiacuteculas de ZnO-poli(N-isopropilacrilamida) en las cuales se ha estudiado la
liberacioacuten del faacutermaco doxorrubicina en ceacutelulas tumorales [43] nanotubos de
carbono-dendriacutemero los cuales han permitido el aumento significativo de la
solubilidad del faacutermaco carvedilol [44] nanotubos de TiO2 y Al2O3 acoplados a
dendriacutemeros PAMAM cuyo objetivo es combinar las propiedades de adsorcioacuten y
liberacioacuten de metotrexato silibinina y curcumina [13 14]
12 Dendriacutemeros
En el uacuteltimo tiempo ha habido un creciente intereacutes en el uso de macromoleacuteculas
sinteacuteticas en base a poliacutemeros de masa molar controlada y estructura quiacutemica
definida como vectores en la administracioacuten controlada de faacutermacos y otras
aplicaciones terapeacuteuticas o de diagnoacutestico donde se destacan los dendriacutemeros
[45] Los dendriacutemeros son una clase de macromoleacuteculas polimeacutericas de forma
globular altamente ramificadas y monodispersas que constan de un nuacutecleo
central a partir del cual se originan una serie de ramificaciones La palabra
dendriacutemero deriva del teacutermino griego dendron que significa aacuterbol y meros es
decir parte La estructura de un dendriacutemero incluye tres partes un nuacutecleo central
unidades ramificadas y grupos superficiales Las unidades ramificadas estaacuten
dispuestas en capas denominadas generaciones (G) y la zona de la cual emergen
estas ramificaciones se conoce como nodo [23] tal como se muestra en la Figura
4 El tamantildeo de los dendriacutemeros variacutea entre 10-130 Aring de diaacutemetro dependiendo
de la generacioacuten del dendriacutemero [45-47] A pesar de su gran tamantildeo molecular
muestran una muy baja polidispersidad en comparacioacuten con los poliacutemeros
sinteacuteticos tradicionales [48]
La principal ventaja de los dendriacutemeros es que de acuerdo a su estructura
quiacutemica poseen cavidades hidrofoacutebicas caraacutecter que se acentuacutea a medida que
9
crece la generacioacuten del dendriacutemero Esta propiedad favorece la adsorcioacuten de
faacutermacos poco solubles en su interior destacaacutendolos como agentes de transporte
para faacutermacos poco solubles [49-52]
Figura 4 Esquema general de la estructura de un dendriacutemero
Fuente Elaboracioacuten propia
Por otra parte estos nanotransportadores poseen en su superficie un nuacutemero
definido de grupos funcionales (amino carboxilo hidroxilo etc) los que le
confieren una gran versatilidad ya que no soacutelo poseen capacidad para la
adsorcioacuten de faacutermacos en la cavidad interna de la macromoleacutecula sino que al
mismo tiempo los grupos funcionales superficiales permiten realizar
modificaciones brindaacutendoles una alta capacidad de vectorizacioacuten [17 53]
Los dendriacutemeros poliamidoaminas (PAMAM) fueron la primera familia de
dendriacutemeros sintetizados y caracterizados [54] siendo uno materiales de mayor
intereacutes en estudios de nanotransportadores en relacioacuten a su biocompatibilidad Los
dendriacutemeros PAMAM estaacuten constituidos por un nuacutecleo de 12-etilendiamina y
ramificaciones de poliamidoamina [48] En solucioacuten acuosa estos poliacutemeros se
comportan como polielectrolitos ya que las aminas terciarias presente en la
cavidad interna (pKa 30 ndash 60) y las aminas primarias superficiales del dendriacutemero
Nuacutecleo
Ramas
Punto divergente
Grupos funcionales
superficiales
10
(pKa 94 ndash 97) pueden ser protonadas a diferentes pH [13 51] lo cual conlleva a
un cambio en la conformacioacuten tamantildeo y carga del dendriacutemero Los dendriacutemeros
PAMAM estaacuten disponibles comercialmente hasta la deacutecima generacioacuten (G10) Los
de baja generacioacuten (G1-G3) son poco sensibles a los cambios frente a variaciones
de pH poseen conformaciones abiertas [55] y cavidades internas que permiten la
encapsulacioacuten de faacutermacos hidroacutefobos mientras que los grupos superficiales
estaacuten disponibles para interacciones electrostaacuteticas o conjugacioacuten covalente En la
Figura 5 se observa un dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten (G3)
Figura 5 Dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten (G3) Fuente Elaboracioacuten
propia
En la Tabla 1 se puede observar algunas propiedades de los PAMAM A medida
que aumenta la generacioacuten del dendriacutemero hay un aumento progresivo de su
11
tamantildeo (aprox 10 nm en cada generacioacuten) y como consecuencia se observa un
incremento exponencial en el nuacutemero de grupos aminos superficiales
Los dendriacutemeros PAMAM han demostrado ser efectivos como
nanotransportadores de faacutermacos pues poseen baja citotoxicidad son
biodegradables y no inmunogeacutenicos por lo menos hasta la generacioacuten 5 [56 57]
Tabla 1 Impacto en la masa molecular y en el tamantildeo de los dendriacutemeros
PAMAM seguacuten crece la generacioacuten [48]
Dendriacutemeros
PAMAM
generacioacuten
Masa molecular
(kDa)
Diaacutemetro en
nanoacutemetros (nm)
Nuacutemero de
grupos en
superficie
0 0517 15 4
1 1430 22 8
2 3256 29 16
3 6909 36 32
4 14215 45 64
5 28826 54 128
6 58048 67 256
7 116493 81 512
8 233383 97 1024
9 467162 114 2048
10 934720 135 4096
Algunos ejemplos reportados en bibliografiacutea han demostrado el aumento de la
solubilidad de algunos faacutermacos poco solubles en medio acuoso como nifedipina
adsorbida en PAMAM-G3 y PAMAM-G4 [58] aacutecido mefenaacutemico adsorbida en
PAMAM-G2 y PAMAM-G3 [51] piroxicam en PAMAM-G3 [59] metotrexato y
adriamicina en complejos PAMAM-G3-pegilado y PAMAM-G4-pegilado [60] entre
otros
12
La principal aplicacioacuten de los PAMAM como nanotransportadores ha sido en la
adsorcioacuten y liberacioacuten de faacutermacos antineoplaacutesicos [61] Lamentablemente los
sistemas PAMAM no muestran especificidad como para considerarlos potenciales
candidatos para terapias dirigidas en el tratamiento de enfermedades sin ser
previamente vectorizados Es por esto que la investigacioacuten que se ha desarrollado
en los uacuteltimos 10 antildeos ha estado focalizada en la siacutentesis de nanotransportadores
PAMAM modificados con algunas moleacuteculas capaces de conferirle especificidad
en orden a aumentar la liberacioacuten de los faacutermacos adsorbidos en la zona donde se
encuentran los receptores farmacoloacutegicos para asiacute disminuir al miacutenimo su
concentracioacuten en otras zonas del organismo [62 63] Ademaacutes variados estudios
han mostrado que los dendriacutemeros PAMAM poseen una limitada capacidad de
adsorcioacuten de faacutermacos soacutelo de unos cuantos miligramos de faacutermaco por gramo de
dendriacutemero Esto unido a la raacutepida liberacioacuten de las moleacuteculas de faacutermacos bajo
condiciones fisioloacutegicas impone el desarrollo de nuevas estrategias para el disentildeo
de nanotransportadores de faacutermacos en base a dendriacutemeros PAMAM
13 Nanomateriales hiacutebridos oacutexido inorgaacutenicoPAMAM
Dada la capacidad de adsorber faacutermacos del sistema PAMAM y su habilidad de
poder sufrir modificaciones en sus grupos aminos superficiales es que se ha
considerado como un componente que mejorariacutea la capacidad de adsorcioacuten de
faacutermacos poco solubles en sistemas inorgaacutenicos De acuerdo a la experiencia del
grupo de investigacioacuten se sabe que la preparacioacuten de nanotransportadores
hiacutebridos en base a nanotubos de TiO2 y Al2O3 acoplados con dendriacutemeros
PAMAM G3 han demostrado un incremento en la capacidad de adsorcioacuten de
faacutermacos poco solubles como metotrexato silibinina y curcumina [13 14]
En base a las evidencias previas reportadas en relacioacuten al empleo de materiales
hiacutebridos en base a nanotubos de oacutexidos inorgaacutenicos acoplados a dendriacutemeros
PAMAM y las caracteriacutesticas de NM del tipo NT-Fe3O4 es que se ha propuesto la
siacutentesis caracterizacioacuten y evaluacioacuten de la capacidad de adsorcioacuten de faacutermacos
13
de materiales en base a NT-Fe3O4 acoplados a PAMAM G3 los que podriacutean
constituir sistemas con una capacidad de adsorcioacuten superior respecto del NT-
Fe3O4 ademaacutes de exhibir propiedades para- o superpara-magneacuteticas que le
confeririacutean la capacidad de ser magneto-dirigido a los sitios de accioacuten Se espera
realizar la inmovilizacioacuten por medio de la unioacuten covalente entre el NT-Fe3O4 y
PAMAM mediada por un agente de acople de tipo 3-glicidoxipropil-trimetoxisilano
(GPTMS) Los estudios de adsorcioacuten se hicieron con dos faacutermacos poco solubles
como modelos silibinina (SIL) y piroxicam (PRX) empleando como adsorbentes
NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM G3
14
2 HIPOacuteTESIS
La inmovilizacioacuten covalente del dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten en un
NT magneacutetico en base a Fe3O4 permitiraacute adsorber efectivamente faacutermacos que
poseen baja solubilidad en agua
3 OBJETIVOS
31 OBJETIVO GENERAL
Sintetizar un nanotransportador hiacutebrido Fe3O4-PAMAM (G3) con la capacidad de
adsorber faacutermacos con baja solubilidad en agua
32 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
Sintetizar y caracterizar una nanoestructura magneacutetica basada en nanotubos
de Fe3O4 obtenidos por una reduccioacuten de nanotubos Fe2O3
Funcionalizar la nanoestructura magneacutetica con agente de acople por medio de
enlaces covalentes
Obtener un nanomaterial hiacutebrido basado en la inmovilizacioacuten covalente del
dendriacutemero PAMAM en la nanoestructura magneacutetica funcionalizada
Estudiar la adsorcioacuten de los faacutermacos piroxicam y silibinina en el nanomaterial
hiacutebrido
15
4 PARTE EXPERIMENTAL
41 Siacutentesis de los nanotransportadores
411 Siacutentesis de nanotubos de magnetita (Fe3O4)
Para la obtencioacuten de estos nanotubos magneacuteticos primero se realizoacute la siacutentesis de
nanotubos de hematita (α-Fe2O3) como precursor de forma los que fueron
obtenidos por tratamiento hidrotermal de una mezcla de disoluciones de
FeCl36H2O (JTBakerreg) NH4H2PO4 (Sigma-Aldrichreg) y Na2SO4 (Merckreg) de
acuerdo al trabajo reportado por Jia y colaboradores [34] Las relaciones molares
empleadas de la sal precursora y los agentes directores de estructura fueron
FeCl3NH4H2PO4Na2SO4 36121 las que se prepararon en agua desionizada y se
llevaron a un autoclave de 100 mL de capacidad La mezcla se calentoacute a 220degC
durante 48h El precipitado obtenido se separoacute por centrifugacioacuten y se lavoacute tres
veces con agua desionizada y etanol absoluto (Merckreg) respectivamente Despueacutes
el soacutelido se secoacute en una estufa a vaciacuteo por 12h a 80degC para obtener los nanotubos
de Fe2O3 Finalmente los NT-Fe3O4 fueron obtenidos por reduccioacuten de los NT-
Fe2O3 a 360degC bajo flujo continuo de H2 5vv en Ar durante 5h en una rampa de
calentamiento de 1degCmin El rendimiento de la siacutentesis fue de un 91
412 Funcionalizacioacuten de NT-Fe3O4 con el agente de acople
3-glicidoxipropil-trimetoxisilano
Los NT-Fe3O4 se dispersaron en tolueno (Merckreg) seco el cual fue previamente
desgasificado con N2 por 1h en un reactor de vidrio provisto de agitacioacuten mecaacutenica
y atmoacutesfera controlada (ver Figura 6) Al tolueno se agregoacute 1 g de NT- Fe3O4
formando una dispersioacuten negra la que se calentoacute hasta alcanzar la temperatura de
ebullicioacuten Una vez alcanzada la temperatura deseada se inyectoacute el agente de
acople 3-glicidoxipropil-trimetoxisilano (GPTMS 98 Aldrichreg) en relacioacuten 1 mL
GPTMS por 1 g de soporte [13 14] La reaccioacuten se mantuvo a reflujo por 24h Una
16
vez obtenido NT-Fe3O4-GPTMS se lavoacute con acetona (Merckreg) para eliminar el
exceso de GPTMS y se secoacute en estufa a vaciacuteo por 12h a 40degC El rendimiento de
la reaccioacuten acople se determinoacute por medio de anaacutelisis termogravimeacutetrico el cual se
adjunta en la seccioacuten 512
Figura 6 Sistema de reaccioacuten para realizar las modificaciones superficiales de NT-
Fe3O4 Fuente Elaboracioacuten propia
413 Acoplamiento de NT-Fe3O4-GPTMS con dendriacutemero PAMAM
En un reactor de vidrio provisto de agitacioacuten mecaacutenica (Figura 6) se agregaron
050 g de NT-Fe3O4-GPTMS con 25 mL de dimetilsulfoacutexido (DMSO Merckreg) seco
generaacutendose una dispersioacuten negra que se agitoacute durante 1h en N2 a 40degC
Posteriormente se disolvioacute 863 mg de dendriacutemero PAMAM G3 (20 mm en
metanol Sigma-Aldrichreg) seco en 5 mL de DMSO seco y se agregoacute al sistema de
reaccioacuten el cual se mantuvo en agitacioacuten mecaacutenica y a 40degC por un periodo de
48h El material obtenido se lavoacute exhaustivamente con metanol (Merckreg) para
eliminar los restos de DMSO y PAMAM adsorbidos Por uacuteltimo el soacutelido NT-Fe3O4-
PAMAM se secoacute al vaciacuteo a 40degC por un periodo de 24h El rendimiento de la
reaccioacuten conjugacioacuten se determinoacute por medio de anaacutelisis termogravimeacutetrico el cual
se adjunta en la seccioacuten 512
17
42 Caracterizacioacuten de los sistemas
421 Espectroscopia de Infrarrojo con Transformada de Fourier (FT-IR)
Un espectro IR se obtiene al pasar radiacioacuten IR a traveacutes de una muestra y
determinar que fraccioacuten de esta radiacioacuten incidente ha sido absorbida La energiacutea
particular a la que aparece cada banda en el espectro guarda relacioacuten con la
frecuencia de vibracioacuten de una parte de la moleacutecula Los espectros en la regioacuten
infrarroja estaacuten asociados a las transiciones entre niveles de energiacutea vibracional
estos niveles corresponden a vibraciones tensioacuten-contraccioacuten (stretching) y
flexiones (bending) de los enlaces y otros movimientos complejos de las moleacuteculas
[64] La regioacuten IR del espectro electromagneacutetico se encuentra entre 14290-10 cm-1
El intervalo que abarca la espectroscopia infrarroja puede dividirse en tres
regiones IR cercano (NIR) 14290-4000 cm-1 IR medio 4000-400 cm-1 IR lejano
400-10 cm-1 siendo en el IR medio donde se dan la mayoriacutea de las aplicaciones
analiacuteticas tradicionales
En los experimentos comunes de FT-IR un haz de luz infrarroja atraviesa la
muestra y se registra la cantidad de energiacutea absorbida a cada longitud de onda
Esto puede lograrse barriendo el espectro con un haz de luz monocromaacutetico el
cual cambia su longitud de onda a traveacutes del tiempo o usando una transformada de
Fourier para medir todas las longitudes de onda a la vez como se muestra en la
Figura 7 A partir de esto se obtiene un espectro de transmitancia o absorbancia
el cual permite una interpretacioacuten de la naturaleza de los enlaces quiacutemicos
presentes La teacutecnica de FTIR se ha utilizado para estudiar materiales de tamantildeo
nanoescala como moleacuteculas funcionales injertadas covalentemente en nanotubos
de carbono [65] y nanotubos de TiO2 acoplados a dendriacutemero PAMAM [13]
18
Figura 7 Esquema del equipamiento de un FT-IR Fuente Elaboracioacuten propia
Equipamiento
Los materiales puros e hiacutebridos se analizaron en el equipo Nicolet marca Nexus
FT-IR en la zona del IR medio usando como blanco pastilla KBr Para ello se
homogeneizoacute 1 mg de muestra en 100 mg KBr seguido por la obtencioacuten de la
pastilla en prensa hidraacuteulica por uacuteltimo se colocoacute en el portamuestra la pastilla y se
midioacute el espectro a temperatura ambiente barriendo nuacutemeros de onda en el
intervalo medio (4000-400 cm-1) y con un nuacutemero de acumulaciones de 64 scan
422 Difraccioacuten de Rayos X (DRX)
Los rayos X son una forma de radiacioacuten electromagneacutetica que tiene elevada
energiacutea y corta longitud de onda del orden de los espacios interatoacutemicos de los
soacutelidos Cuando un haz de rayos X atraviesa un soacutelido la radiacioacuten se dispersa al
interaccionar con los electrones de los aacutetomos En este caso cada capa de aacutetomos
reflejara parte del haz de rayos X los haces reflejados en las capas sucesivas de
aacutetomos del soacutelido pueden presentar ondas que en una determinada direccioacuten
concuerdan en fase con las ondas reflejadas por otras capas es decir se produce
una interferencia constructiva a este fenoacutemeno se le llama difraccioacuten de rayos X
19
La difraccioacuten de rayos X se puede describir simplemente como la reflexioacuten de un
haz de rayos X incide sobre los planos cristalinos de una muestra soacutelida
empleando la ley de Bragg tal como se muestra en la Figura 8 [64]
Figura 8 Difraccioacuten de Rayos X producida por los diferentes planos de un cristal
Fuente Elaboracioacuten propia
La teacutecnica de difraccioacuten maacutes comuacuten utiliza una muestra pulverizada o policristalina
consistente en muchas partiacuteculas diminutas y orientadas al azar que se exponen a
una radiacioacuten de rayos X monocromaacutetica Como cada partiacutecula de polvo es un
cristal teniendo una gran cantidad de ellos orientados libremente se asegura que
algunas partiacuteculas esteacuten orientadas adecuadamente para que sus planos
cristalograacuteficos cumplan las condiciones para la difraccioacuten y de esta forma obtener
perfiles de difraccioacuten tiacutepicos de cada material
Equipamiento
En este estudio se utilizoacute el difractoacutemetro Rigaku modelo Geigerflex II empleando
el meacutetodo de polvo y usando como estaacutendar interno silicio (cuarzo) La muestra
previamente pulverizada se coloca en un porta objeto para ser irradiado con la
liacutenea κα1 del anticaacutetodo de Fe (λ 19360 Aring) a 35kV y 15mA usando un filtro de
manganeso para eliminar la liacutenea de κβ
20
423 Microscopiacutea Electroacutenica de Transmisioacuten (TEM)
La teacutecnica maacutes utilizada para la caracterizacioacuten de nanomateriales es la
microscopia electroacutenica de transmisioacuten (TEM) la que ofrece imaacutegenes directas de
los nanomateriales con una resolucioacuten espacial hasta el nivel de las dimensiones
atoacutemicas 10-9 m [66] El fundamento del TEM se basa en un haz de electrones que
manejados a traveacutes de lentes electromagneacuteticas se proyecta sobre una muestra
muy delgada situada en una columna de alto vaciacuteo Electrones que atraviesan la
muestran son recogidos y focalizados por la lente objetivo generando una imagen
intermedia ampliada La imagen es ampliada auacuten maacutes gracias a las lentes
proyectoras las cuales controlan la ampliacioacuten de la imagen en la pantalla
fluorescente como se muestra de forma esquemaacutetica en la Figura 9 [67] El TEM
mejora los anaacutelisis morfoloacutegicos y estructurales de nanomateriales ademaacutes
proporciona una mejor resolucioacuten espacial y la capacidad para mediciones
analiacuteticas adicionales [66]
Equipamiento
Las muestras analizadas fueron previamente tratadas tomando una pequentildea
porcioacuten del soacutelido el que se molioacute y disgregoacute en un mortero de aacutegata hasta obtener
un polvo fino Eacuteste se dispersoacute en una mezcla de etanolagua (50 vv) y se
sembroacute en una gradilla de cobre recubierta por una capa de carboacuten y colodioacuten Las
muestras fueron analizadas en un microscopio TEM modelo JEOL JEM -1200EX
II con una resolucioacuten de 5Aring a 120Kv las imaacutegenes obtenidas fueron trabajadas en
el software ImageJ donde se determinaron los diaacutemetros promedio y el largo
promedio de las partiacuteculas empleando la data estadiacutestica entregada directamente
por el software
21
Figura 9 Esquema de un microscopio electroacutenico de transmisioacuten Fuente
Elaboracioacuten propia
424 Microscopia Electroacutenica de Barrido (SEM)
La microscopia electroacutenica de barrido (SEM) es una teacutecnica que permite la
observacioacuten y caracterizacioacuten superficial de materiales inorgaacutenicos y orgaacutenicos
entregando informacioacuten morfoloacutegica del material analizado ademaacutes del
procesamiento y anaacutelisis de imaacutegenes obtenidas Las principales utilidades del
SEM son su alta resolucioacuten la gran profundidad de campo que resuelve una
imagen tridimensional de la muestra y la relativa sencillez de preparacioacuten de las
muestras [66 68] La imagen entregada por el SEM se genera por la interaccioacuten de
un haz de electrones que barre un aacuterea determinada sobre la superficie de la
muestra tal como se muestra la Figura 10 La teacutecnica consiste en hacer incidir en
la muestra un haz de electrones Este bombardeo de electrones provoca la
aparicioacuten de diferentes sentildeales que captadas con detectores adecuados
proporcionan informacioacuten acerca de la naturaleza de la muestra
22
Figura 10 Esquema de un microscopio electroacutenico de barrido Fuente Elaboracioacuten
propia
Equipamiento
Las materiales se analizaron tomando 10 mg de muestra deposinatnadolos en un
porta objeto de aluminio y posteriormente fue analizado en microscopio SEM
modelo JEOL JSM-6380LV
425 Anaacutelisis Termogravimeacutetrico (TGA)
El anaacutelisis termogravimeacutetrico (TGA) es una teacutecnica que consiste en la medida
continua en funcioacuten de la temperatura de la ganancia o peacuterdida de la masa de un
compuesto en una atmoacutesfera determinada [69] Este anaacutelisis suministra
informacioacuten acerca de la estabilidad teacutermica y la composicioacuten porcentual de la
muestra original La instrumentacioacuten utilizada en termogravimetriacutea se denomina
termobalanza y consta baacutesicamente de cinco elementos balanza de precisioacuten
horno calefactor controlado por un programador sensor de temperatura (termopar)
sistema de admisioacuten de gases y sistema de adquisicioacuten de datos Las condiciones
requeridas para la balanza son anaacutelogas a cualquier balanza analiacutetica exactitud
sensibilidad y reproducibilidad
23
Equipamiento
Las muestras fueron llevadas a un analizador teacutermico modelo TGASDTA 851e
Los perfiles de descomposicioacuten teacutermica se barrieron entre 25-1000degC a una
velocidad de calentamiento de 5degC min-1 en un flujo de 20 mLmin-1 de N2 u O2
empleando un crisol de Al2O3
426 Isotermas de Adsorcioacuten-Desorcioacuten de N2 a -196degC
La caracterizacioacuten superficial de materiales porosos como oacutexidos metaacutelicos
zeolitas o poliacutemeros orgaacutenicos mediante isotermas de adsorcioacuten-desorcioacuten permite
determinar paraacutemetros tales como el aacuterea superficial el volumen y la distribucioacuten
del tamantildeo de poros [13 70] Cualquier material soacutelido que contiene cavidades
canales o intersticios puede ser considerado como poroso (Figura 11) Los poros
se pueden clasificar en cerrados y abiertos Los cerrados son aquellos que influyen
en propiedades macroscoacutepicas como densidad o resistencia mecaacutenica pero no
son accesibles a procesos de adsorcioacuten Los abiertos a su vez se pueden
clasificar seguacuten su forma o manera de conexioacuten con el exterior La rugosidad de la
superficie externa de la muestra se distingue de la porosidad en que su
profundidad es menor que su anchura
Figura 11 Representacioacuten esquemaacutetica de un soacutelido poroso [71]
24
La estructura porosa se analiza mediante isotermas de adsorcioacuten de gases Esta
consiste en la adsorcioacuten fiacutesica de un gas (adsorbato) sobre un soacutelido (adsorbente)
a una temperatura dada para distintas presiones relativas de gas
Los adsorbatos maacutes utilizados son el N2 CO2 CO NO benceno y algunos
hidrocarburos alifaacuteticos de cadena corta La adsorcioacuten de N2 a -196degC (77 K) es la
maacutes utilizada debido a que cubre todo el rango de porosidad e interacciona
deacutebilmente con la mayoriacutea de los soacutelidos Ademaacutes la misma isoterma puede ser
utilizada para el anaacutelisis del tamantildeo de poro y para superficie especifica empleando
una variedad de modelos El modelo maacutes usado es el de Brunauer-Emett-Teller
(BET) el cual se basa en dos hipoacutetesis principales a) la superficie del adsorbente
se supone uniforme y no porosa b) las moleacuteculas del gas se adsorben sobre la
superficie en capas sucesivas completas o no en equilibrio dinaacutemico entre siacute y
con las moleacuteculas del gas [72 73]
Equipamiento
Los valores de superficie especiacutefica se obtuvieron a partir de las isotermas de
adsorcioacuten de nitroacutegeno a -196degC realizados en un equipo automaacutetico Micromeritics
modelo ASAP 2010 en el rango de presioacuten relativa de 005-03 Se utilizoacute el meacutetodo
BET para calcular las superficies especiacuteficas utilizando la parte lineal del graacutefico de
acuerdo con las recomendaciones de la IUPAC El volumen de poro y las
distribuciones de tamantildeo de poro fueron calculados a partir de las ramas de
desorcioacuten de las isotermas utilizando el meacutetodo de Barret-Joyner-Halenda (BHJ)
427 Magnetizacioacuten del material
Cuando un material se expone a un campo magneacutetico el giro de sus electrones
producen un momento magneacutetico paralelo al campo al que estaacute expuesto esto es
en el material se ha inducido una magnetizacioacuten (M) que es proporcional al campo
magneacutetico externo (H)
25
En la Figura 12 se observa la curva de magnetizacioacuten de un material
ferromagneacutetico que corresponde a un graacutefico de la magnetizacioacuten (M) frente a un
campo aplicado (H) Inicialmente a medida que aumenta la intensidad del campo
aplicado H M tambieacuten aumenta hasta alcanzar el punto de saturacioacuten Ms
Entonces cuando la intensidad del campo H comienza a disminuir por debajo del
punto de saturacioacuten M no lo hace en la misma proporcioacuten que antes sino que a
valores correspondientes a la curva superior Esto comportamiento se conoce
como histeacuteresis y se produce porque los dominios magneacuteticos que se alinean con
un incremento del campo no vuelven a su orientacioacuten original si el campo es
menor Cuando el campo aplicado H regresa al valor cero el material aun
presenta magnetizacioacuten denominada magnetizacioacuten remanente Mr Para eliminar
la magnetizacioacuten remanente se debe aplicar un campo Hc en sentido contrario al
campo inicialmente aplicado conocido como campo coercitivo Si se continuacutea
aumentando el campo se produce otra saturacioacuten en direccioacuten contraria Si desde
esa posicioacuten se disminuye el campo aplicado se vuelve a repetir el mismo
comportamiento dando lugar auacuten ciclo de histeacuteresis [74]
Figura 12 Representacioacuten de curva de magnetizacioacuten para un material
ferromagneacutetico [74]
26
Los paraacutemetros Ms Mr y Hc obtenidos a partir de la curva de magnetizacioacuten
corresponden a propiedades intriacutensecas de un material aunque los uacuteltimos dos
paraacutemetros mencionados no solo depende del tipo del material sino ademaacutes del
tamantildeo y forma del material temperatura y defecto del material [75]
Con la finalidad de comparar el comportamiento magneacutetico de diferentes materiales
frente a un campo aplicado eacutestos se pueden clasificar en diamagneacutetico
paramagneacutetico ferromagneacutetico (Figura 12) ferrimagneacutetico superparamagneacutetico
antiferromagneacutetico El instrumento maacutes utilizado en los anaacutelisis de materiales
magneacuteticos es el magnetoacutemetro de muestra vibrante (VSM) disentildeado para la
medicioacuten de la magnetizacioacuten y del cual se obtiene el ciclo de histeacuteresis [76 77]
Equipamiento
Para las curvas de magnetizacioacuten se pesaron 10 mg de las muestras las que se
depositaron en caacutepsula de policarbonato Dicha caacutepsula fue llevada al portamuestra
del magnetoacutemetro de muestra vibrante (VSM) modelo MLVSM9 MagLab 9T Oxford
Instrument Todas las mediciones se realizaron a 17degC
428 Adsorcioacuten de Faacutermacos en Nanotubo Fe3O4 y en nanotransportador
hiacutebrido Fe3O4-PAMAM
Los ensayos se disentildearon para seguir la adsorcioacuten del faacutermaco en funcioacuten del
tiempo Para ello en un vaso de precipitado colocado sobre una placa agitadora
con control de temperatura se contactan 200 mL de una disolucioacuten acuosa de SIL
(005 mgmL) con 10 mg del nanotransportador dispersos en 2 mL de agua
desionizada y colocados en el interior de bolsa de diaacutelisis (Thermo Scientific
SnakeSkin Dialysis Tubing 10K MWCO 22mm) tal como se muestra
esquemaacuteticamente en la Figura 13 La cineacutetica de la adsorcioacuten se siguioacute por medio
de espectroscopia de UV-visible tomando aliacutecuotas de 10 mL y monitoreadas a
una longitud de onda de maacutexima absorcioacuten (λmaacutex) del faacutermaco (288 nm) cada una
hora empleando un espectrofotoacutemetro UV-VIS (UV2310IISpectrophotometer) hasta
27
que no se detecta variacioacuten en las lecturas absorbancia en funcioacuten
Figura 13 Esquema del sistema de adsorcioacuten de faacutermacos en los
nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
El mismo procedimiento fue empleado para evaluar la capacidad de encapsulacioacuten
de piroxicam (PRX) donde se empleoacute una concentracioacuten inicial de 001 mgmL y
las medidas de absorbancia se siguieron a λmaacutex = 350 nm Todas las medidas de
absorbancia se realizaron por triplicado y la cuantificacioacuten se realizoacute empleando las
respectivas curvas de calibracioacuten de cada faacutermaco Para ambos sistemas NT-
Fe3O4 y Fe3O4-PAMAM las medidas de encapsulacioacuten se realizaron por duplicado
28
5 DISCUSIOacuteN Y ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
51 Caracterizacioacuten de los nanomateriales
511 Espectroscopia de infrarrojo con transformada de Fourier
La caracterizacioacuten espectroscoacutepica por FT-IR entrega informacioacuten sobre los
grupos superficiales existente en una muestra En la Figura 14 se observa el
espectro de NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM En el caso de NT-Fe3O4 se observa
una banda a 574 cm-1 que corresponde al stretching del enlace de Fe-O de la
magnetita seguido por la banda ubicada entre 945-980 cm-1 asociada al bending
del enlace FendashOndashH atribuido a los grupos hidroxilos adsorbidos en la superficie de
NT-Fe3O4 El bending a 1628 cm-1 se asigna a la vibracioacuten de las moleacuteculas de
H2O fisisorbidas sobre la superficie de la magnetita [78] por uacuteltimo entre 3090-
3430 cm-1 se observa una banda ancha correspondiente al stretching de los
grupos FendashOH superficiales [79 80]
Figura 14 Espectro FT-IR de (a) NT-Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-PAMAM Fuente
Elaboracioacuten propia
29
El NT-Fe3O4-PAMAM tiene un espectro similar al NT-Fe3O4 pero se pueden
identificar la banda asociada al bending N-H de las aminas primarias del PAMAM
a 1541 cm-1 mientras que a 1638 cm-1 se observa una banda atribuida al grupo
carbonilo (C=O) de las amidas que componen ramas de crecimiento internas del
dendriacutemero Las bandas entre 2849-2912 cm-1 corresponden a los stretching de
los grupos metileno (-CH2-) presentes en el agente de acople GPTMS y en la
cadena alifaacutetica del dendriacutemero PAMAM [13 81] Por uacuteltimo la banda de vibracioacuten
atribuida de los grupos ndashNH2 terminales se solapa con la sentildeal de los grupos ndashOH
de la superficie del NT-Fe3O4 Con lo anterior se verifica la presencia del
dendriacutemero PAMAM y la superficie del NT-Fe3O4 utilizando como agente de
acople GPTMS
512 Anaacutelisis Termogravimeacutetrico
Por medio del estudio de TGA se ha podido determinar la cantidad de PAMAM
conjugada en el soacutelido NT-Fe3O4 En la Figura 15 se muestran las curvas de
peacuterdida de masa porcentual en funcioacuten de la temperatura para los tres sistemas
preparados En el caso de NT-Fe3O4 se observa una curva continua hasta
alrededor de los 200degC donde comienza la peacuterdida de materia que corresponde a
desorcioacuten de agua fuertemente fisisorbida en el material En una segunda etapa a
500degC se detecta la peacuterdida en masa atribuida a la oxidacioacuten de las especies Fe2+
a Fe3+ con la consecuente peacuterdida de agua [82 83]
2Fe3O4 (s) + 12O2 (g) rarr 3Fe2O3 (s)
Posterior a 650degC se detecta una continua peacuterdida de masa la que se asume
corresponde a la deshidroxilacioacuten de las especies Fe-OH remanentes de la
formacioacuten de Fe2O3 Cuando al material se le inmoviliza el agente de acople
GPTMS se observa un perfil de peacuterdida en masa diferente al material de partida
La temperatura de inicio es de alrededor de 250degC en la cual comienza la
combustioacuten de la materia orgaacutenica atribuida al anclaje del agente de acople en la
30
superficie de NT-Fe3O4 finalizando alrededor de los 430degC En la zona del
termograma que denota la oxidacioacuten de las especies Fe2+ a Fe3+ se observa un
desplazamiento a 550degC atribuido a la estabilizacioacuten superficial que le confieren
los enlaces Fe-O-Si que se han formado durante el proceso de anclaje [84 85]
Figura 15 Termogramas de los materiales realizados en atmoacutesfera de O2 (a) NT-
Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-GPTMS y (c) NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten
propia
La diferencia en las masas remanentes entre ambas curvas ha permitido estimar
la cantidad de GPTMS que se ha inmovilizado en NT-Fe3O4 el cual se resume en
la Tabla 2 Soacutelo se puede determinar un estimado por esta teacutecnica pues se sabe
que las especies Fe-O-Si presente en la muestra se pueden sustituir en la matriz
del NT-Fe3O4 durante el proceso produciendo la mineralizacioacuten del GPTMS
4(Fe-O)3Si(CH2)3-(CH2OCH2)(s) + 25O2(g) rarr 2(Fe-O)3Si-O-Si(O-Fe)3(s) +
20CO2(g) + 16H2O(g)
31
Lo que al mismo tiempo podriacutea provocar el desplazamiento de la oxidacioacuten de las
especies Fe2+ a temperaturas superiores
Tabla 2 Porcentaje de peacuterdida de masa y material acoplado GPTMS y PAMAM
(G3) al NT-Fe3O4 Fuente Elaboracioacuten propia
Por uacuteltimo para el material hiacutebrido NT-Fe3O4-PAMAM muestra un perfil de
peacuterdida de masa continua desde los 75degC en adelante atribuido a la desorcioacuten de
H2O fisisorbida la que se incrementa respecto de los materiales precursores
atribuidos a la alta capacidad de adsorber agua por parte del dendriacutemero
inmovilizado en superficie Por sobre los 250degC comienza una segunda etapa de
peacuterdida en masa la que corresponde a la calcinacioacuten de la materia orgaacutenica
conferida por GPTMS-PAMAM la que ocurre en dos etapas 1) combustioacuten de la
materia orgaacutenica alifaacutetica (250degC) y 2) a la combustioacuten asociada a los enlaces
amidas de la ramas de crecimiento de PAMAM (450degC) la que al mismo tiempo se
acopla con la oxidacioacuten de la especies Fe2+ del material inorgaacutenico Comparando
los resultados obtenidos para NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-GPTMS se puede estimar el
contenido de PAMAM conjugado a la nanoestructura lo cual se resume en la
Tabla 2 Con estos resultados se puede inferir que la reaccioacuten de inmovilizacioacuten ha
afectado el contenido en masa del material el que se puede atribuir a la
conjugacioacuten de PAMAM en los NT-Fe3O4
513 Isotermas de Adsorcioacuten-Desorcioacuten de N2 a -196degC
Las isotermas de adsorcioacutendesorcioacuten de N2 a -196degC de los materiales NT-Fe3O4
y NT-Fe3O4-PAMAM se presentan en la Figura 16 Ambas isotermas son del tipo
IV de acuerdo a la calificacioacuten BDDT tiacutepica de soacutelidos mesoporosos y con ciclo
de histeacuteresis tipo H1 [72 73] caracteriacutesticas de capilares de forma tubular con
Material () (μmolg) (μmolm2)
NT-Fe3O4-GPTMS 39 165 66
NT-Fe3O4-PAMAM 168 243 097
32
abertura en sus extremos En la Tabla 3 se resumen los valores de superficies
especiacuteficas (SBET) distribuciones de tamantildeo promedio de poro de los materiales
(dPoro) y volumen total (VPoro) mostrando que la funcionalizacioacuten con GPTMS
seguido por la inmovilizacioacuten con dendriacutemero PAMAM en la superficie del NT-
Fe3O4 provoca una disminucioacuten de los valores
Figura 16 Isoterma de adsorcioacutendesorcioacuten de N2 a -196degC para (a) NT-Fe3O4 y (b)
NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Lo anterior se debe a que el GPTMS y PAMAM producen el cubrimiento parcial
de la superficie del material tubular NT-Fe3O4 lo que lleva a que los poros se
cierren o tapen estrechando sus cavidades y haciendo que el proceso de
desorcioacuten ocurra a menores presiones relativas Lo descrito con anterioridad
concuerda con el cambio en el ciclo de histeacuteresis gracias a una disminucioacuten del
diaacutemetro promedio de poro o bien un aumento en el grosor de la pared del
material tubular Esto es una evidencia experimental de la modificacioacuten superficial
del nanotubo la que presumiblemente ocurre de forma preferente en la superficie
interna del material
33
Tabla 3 Superficie especiacutefica tamantildeo promedio de poro y volumen de poro
determinadas por las de BET y BJH [73 86] para los materiales en base a NT-
Fe3O4 sintetizados Fuente Elaboracioacuten propia
condiciones normales Presioacuten y temperatura
514 Difraccioacuten de Rayos X
En la Figura 17 se muestran los perfiles de DRX para de NT α-Fe2O3 NT-Fe3O4 y
NT-Fe3O4-PAMAM El primer material corresponde a NT α-Fe2O3 debido a la
siacutentesis previa de nanotubos de hematita precursor de los nanotubos de
magnetita Se observan las difracciones propias de la hematita la cual coincide
con su estructura hexagonal (JCDS 33-0664) [87-89] Ademaacutes en la figura 17 se
observa la desaparicioacuten y aparicioacuten de picos desde el primer al segundo material
en este uacuteltimo aparecen los picos de la magnetita esto indica la reaccioacuten de
reduccioacuten de la hematita a magnetita con el consecuente cambio estructural
Los materiales NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM se detectan las difracciones tiacutepicas
para Fe3O4 con estructura cristalina del tipo magnetita la cual corresponde a una
estructura cuacutebica centrada en la cara de tipo espinela (AB2O4) inversa (JCPDS 19-
0629) [29 79 80] La modificacioacuten superficial con agente de acople seguido por el
acoplamiento con dendriacutemero PAMAM no provoca cambios en la estructura
cristalina del material NT-Fe3O4
Material SBET
(m2g-1)
dPoro
(nm)
VPoro
(cm3g-1)
NT-Fe3O4 59 33 01
NT-Fe3O4-PAMAM 25 19 005
34
Figura 17 Difractograma de rayos X para (a) NT α-Fe2O3 (b) NT-Fe3O4 y (c) NT-
Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
515 Microscopiacutea Electroacutenica de Barrido y Transmisioacuten
La estructura tubular de estos materiales se siguioacute por medio de microscopiacutea
electroacutenica de barrido y transmisioacuten En relacioacuten a la morfologiacutea superficial se
puede observar en la Figura 18 que en ambos materiales muestran la forma tiacutepica
de materiales nanotubulares huecos lo cual ratifica los resultados en la forma de
los ciclos de histeacuteresis observados en la caracterizacioacuten por isotermas de
adsorcioacuten de N2 a -196degC (Figura 16) En relacioacuten a la modificacioacuten superficial del
material NT-Fe3O4 con GPTMS y PAMAM se mantiene la morfologiacutea del material
inorgaacutenico en acuerdo con la caracterizacioacuten por DRX
35
Figura 18 Imaacutegenes de SEM de los materiales (a) NT-Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-
PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Para poder determinar de forma directa los tamantildeos partiacutecula longitud y diaacutemetro
de NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM se ha realizado la caracterizacioacuten por TEM y
sus respectivas micrografiacuteas se muestran en la Figura 19 Al igual que en el caso
de SEM se observan nanoestructuras que muestran una morfologiacutea definida de
tipo tubular con una cavidad regular abierta en sus extremos
A traveacutes del conteo de los nanotubos y la medicioacuten directa de sus tamantildeos se han
determinado las curvas de distribucioacuten para el largo y diaacutemetro externo de los
nanotubos tal como se muestra en la Figura 19 Los valores promedio del largo
fueron del orden de 280 y 286 nm y los diaacutemetros externos fueron 151 y 159 nm
para NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM respectivamente Al comparar las imaacutegenes y
sus correspondientes dimensiones obtenidas se puede observar que la
morfologiacutea del material no se ve afectada al modificar la superficie del NT-Fe3O4
durante el proceso de conjugacioacuten con el dendriacutemero PAMAM
(b) (a)
36
Figura 19 Micrografiacuteas de TEM de NT-Fe3O4 (a b) NT-Fe3O4-PAMAM (e f) y las
curvas de distribucioacuten del largo (c g) y diaacutemetro externo (d h) para ambos NT-
Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM respectivamente Fuente Elaboracioacuten propia
(a) (b)
(h) (g)
(f) (e)
(d) (c)
37
516 Propiedades magneacuteticas
Las propiedades magneacuteticas de NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM fueron estudiadas
por medio de un anaacutelisis VSM y las curvas de magnetizacioacuten se muestran en la
Figura 20 dando como resultado para ambos materiales la propiedad
ferrimagneacutetica Aquello se debe a que la foacutermula de la magnetita Fe3O4 puede
escribirse en la forma Fe3+[Fe2+Fe3+]O4 seguacuten la foacutermula general AB2O4 de tipo
espinela inversa Donde la mitad de los cationes Fe3+ ocupan sitios tetraeacutedricos
mientras que la otra mitad de Fe3+ y los cationes Fe2+ ocupan los sitios
octaeacutedricos Los cationes de Fe3+ se distribuyen por tanto en dos posiciones
diferentes en la estructura pero con direcciones opuestas de espiacuten magneacutetico por
lo tanto los momentos magneacuteticos de los cationes Fe3+ se anulan entre siacute
mientras que los momentos magneacuteticos de los cationes Fe2+ que posee espiacuten de
menor magnitud comparado con Fe3+ son los responsables del momento
magneacutetico neto en la magnetita [27 77 90] De la graacutefica de la Figura 20 se
observa que el ciclo de magnetizacioacuten muestra un ciclo de histeacuteresis de similares
caracteriacutesticas Este resultado permite suponer que la modificacioacuten con el agente
de acople GPTMS y posterior anclaje de PAMAM no perturboacute las propiedades
magneacuteticas del soporte durante la siacutentesis De la Figura 20 se pueden extraer el
valor de la magnetizacioacuten remanente (Mr) y coercitividad (Hc) en ausencia del
campo aplicado y el valor de magnetizacioacuten de saturacioacuten (Ms) los cuales se
resumen en la Tabla 4
Tabla 4 Resumen de paraacutemetros magneacuteticos para los materiales preparados a
17degC Fuente Elaboracioacuten propia
Material Ms
(emug)
Mr
(emug)
Hc
(Oe)
Fe3O4 bulk 92 - lt 100
NT-Fe3O4 67 16 249
NT-Fe3O4-PAMAM 58 10 240
38
Los valores de Ms que se encuentran en los materiales nanoestructurados son
generalmente maacutes pequentildeos que la magnetita bulk lo cual puede ser atribuido al
aumento de efectos superficiales y a la presencia de dendriacutemero PAMAM A su
vez se han reportado valores experimentales para Ms en nanopartiacuteculas de
magnetita que abarcan entre 30-50 emug inferior al valor del mineral magnetita
90 emug [39 91-93] Por el contrario los valores de Hc encontrados para ambas
nanoestructuras son mayores al ser comparado con la magnetita bulk debido a la
disminucioacuten del tamantildeo de partiacutecula
39
Figura 20 Curva de magnetizacioacuten obtenida para NT-Fe3O4 (a b) y NT-Fe3O4-
PAMAM (c d) utilizando un magnetoacutemetro de muestra vibrante (VSM) a 17degC
Fuente Elaboracioacuten propia
(a) (b)
(c) (d)
40
52 Estudios de la adsorcioacuten de Faacutermacos en Nanotubo Fe3O4 y en
nanotransportador hiacutebrido Fe3O4-PAMAM
521 Faacutermacos de intereacutes
Luego de la caracterizacioacuten de los materiales puro e hiacutebrido se procedioacute a realizar
en cada uno de ellos la adsorcioacuten de faacutermacos Esto con la finalidad de determinar
el tiempo y capacidad maacutexima de adsorcioacuten mediante estudios de cineacutetica de
adsorcioacuten
En esta investigacioacuten se ha decidioacute emplear dos clases de faacutermacos poco solubles
para estudiar la capacidad de adsorcioacuten de los nanotransportadores sintetizados
El piroxicam (PRX M 331348 gmol) es una clase de faacutermaco antiinflamatorio no
esteroidal perteneciente al grupo oxicam [94 95] como se observa en la Figura
21 (a) posee un grupo enoacutelico (pKa 18) y un grupo piridiacutenico (pKa 63) [96 97]
presenta propiedades analgeacutesicas antipireacuteticas a su vez alivia dolores para la
artritis reumatoide la artrosis y los siacutentomas de la dismenorrea [59]
(a) (b)
Figura 21 Estructuras de los faacutermacos de intereacutes (a) Piroxicam y (b) Silibinina
Fuente Elaboracioacuten propia
41
No obstante PRX provoca efectos secundarios principalmente uacutelceras gaacutestricas
ademaacutes es praacutecticamente insoluble en agua [98 99] Para reducir estos efectos
existen investigaciones que tienen relacioacuten con el transporte y liberacioacuten de
faacutermacos que pueden cargar eficazmente el faacutermaco para apuntar hacia el sitio de
accioacuten aumentando la eficacia terapeacuteutica y reducir al miacutenimo los efectos
secundarios donde sistemas de microesferas de albuacutemina de suero bovino han
sido utilizadas para la liberacioacuten piroxicam [100]
El otro faacutermaco de intereacutes estudiado es la silibinina (SIL M 48244 gmol) que es
un flavonoide polifenoacutelico natural que se aiacutesla de la planta de cardo de leche
Silybum marianum Posee cinco grupos hidroxilos un grupo carbonilo y tres
grupos fenilos tal como se muestra en la Figura 21 (b) Esta moleacutecula tiene varios
grupos ionizables con sus respectivos pKa1 70 pKa2 877 pKa3 957 pKa4
1166 [101] y ha sido ampliamente utilizada por sus efectos hepatoprotectores
Sin embargo la eficacia de silibinina como faacutermaco estaacute muy limitada debido a su
escasa solubilidad en agua y una baja biodisponibilidad despueacutes de su
administracioacuten oral A fin de superar los defectos de la silibinina libre muchos
enfoques se han adoptado como son los sistemas de entrega liposomal de
transporte lipiacutedicos nanoestructurados de complejo silibinina-fosfoliacutepido y
nanosuspensiones [102]
Es importante notar que los estudios de la cineacutetica de adsorcioacuten son
determinantes en teacuterminos de conocer coacutemo variacutea la concentracioacuten de faacutermaco
adsorbida en funcioacuten del tiempo para una proporcioacuten faacutermacoadsorbente dada La
cineacutetica de adsorcioacuten permite conocer el tiempo en que se realiza el proceso de
adsorcioacuten y ha de practicarse antes de la determinacioacuten de una isoterma de
adsorcioacuten Puesto que se trabaja con disolucioacuten se debe en cuenta los factores
que influyen en el proceso ya que el tiempo necesario para alcanzar el equilibrio
estaacute en funcioacuten de las caracteriacutesticas del adsorbente y del adsorbato de la
quiacutemica de la disolucioacuten de la temperatura y del pH La data de la cineacutetica de
adsorcioacuten de los faacutermacos en los nanotransportadores se ajustoacute a los modelos
42
cineacuteticos de pseudo-primer orden pseudo-segundo orden y cineacuteticas que
involucran quimisorcioacuten [103-106] para ambos nanotransportadores en presencia
de los faacutermacos PRX y SIL
De forma general se puede decir que el modelo de pseudo-primer orden o modelo
de Lagergren se basa en la suposicioacuten de que cada moleacutecula de adsorbato se
adsorbe en un sitio del adsorbente lo cual en teacuterminos de cineacutetica de reaccioacuten se
expresa como
(1)
y la forma integrada de esta ecuacioacuten queda definida como
(2)
donde la qe y qt (mgfarmgads) son la cantidad maacutexima de faacutermaco adsorbida una
vez alcanzado el equilibrio (trarr) y la cantidad de faacutermaco adsorbida al tiempo t
respectivamente y k1 (h-1) es la constante cineacutetica de pseudo-primer orden
Para el caso del modelo de pseudo-segundo orden o modelo de Ho desarrollado
por Ho y McKay [107] supone que el adsorbato se adsorbe en dos sitios activos
del adsorbente En este caso la ecuacioacuten de la cineacutetica de adsorcioacuten se expresa
como
(3)
y la forma integrada de esta ecuacioacuten queda definida como
(4)
43
donde k2 (gadsmgfarmmiddoth) es la constante cineacutetica de adsorcioacuten de pseudo-segundo
orden Es importante mencionar que ambos modelos cineacuteticos se basan en la
homogeneidad de la superficie del adsorbente y donde soacutelo se considera la
cantidad de sitios involucrados en el proceso Esto se puede interpretar en
teacuterminos cineacuteticos en que la energiacutea de activacioacuten asociada a la adsorcioacuten del
faacutermaco en la superficie es constante y uacutenica en todos los sitios del adsorbente
No obstante cuando la superficie es heterogeacutenea en los sitios de adsorcioacuten se
observa que los modelos propuestos pueden perder validez En estos casos se
prefiere emplear el modelo de Elovich de aplicacioacuten general en procesos de
quimisorcioacuten el cual supone que los sitios activos del adsorbente son
heterogeacuteneos y por ello exhiben diferentes energiacuteas de activacioacuten basaacutendose en
un mecanismo de reaccioacuten de segundo orden para un proceso de reaccioacuten
heterogeacutenea Este modelo ha mostrado resultados satisfactorios en la
identificacioacuten del mecanismo controlante en procesos de adsorcioacuten de un soluto
en fase liacutequida a partir de un soacutelido adsorbente [106 108] y queda descrito
matemaacuteticamente como
(5)
y la forma integrada de esta ecuacioacuten queda definida como
(5)
donde α (mgfarmgadsmiddoth) es la constante de velocidad inicial de adsorcioacuten y β estaacute
relacionado con la superficie cubierta y la energiacutea de activacioacuten por
quimiadsorcioacuten (mgfarmgads) denominada constante de velocidad de desorcioacuten
Finalmente debe considerarse tambieacuten alguna hipoacutetesis sobre el mecanismo de
difusioacuten de los faacutermacos al interior de la estructura de los nanotransportadores Un
modelo aceptado en la literatura es el de difusioacuten intraparticular en el interior de
44
los poros de la partiacutecula de adsorbente el que se basa en el transporte de soluto a
traveacutes de la estructura interna de los poros de adsorbente y la difusioacuten
propiamente dicha en el soacutelido lo que conlleva a asumir que el adsorbente posee
una estructura porosa homogeacutenea Weber y Morris (1963) concluyeron que en un
proceso controlado por la adsorcioacuten en los poros la velocidad inicial es
directamente proporcional a la concentracioacuten del soluto La difusioacuten intraparticular
se caracteriza por la dependencia entre la adsorcioacuten especiacutefica y la raiacutez cuadrada
del tiempo siendo la pendiente la velocidad de difusioacuten intraparticular
Con base en lo anterior la ecuacioacuten que define la difusioacuten intraparticular viene
dada por
(5)
Donde ki (mgfarmgadsmiddoth 12) es la constante de velocidad de difusioacuten intraparticular y
Ci entrega informacioacuten sobre el grosor de la capa de adsorbato [105] Esta
ecuacioacuten ha sido utilizada por diferentes investigadores para determinar si la
difusioacuten intraparticular es la etapa controlante de la dinaacutemica de adsorcioacuten de
especies ioacutenicas [109 110]
522 Adsorcioacuten de PRX
Las cineacuteticas de adsorcioacuten de ambos nanotransportadores para PRX se muestran
en la Figura 22 Para ellos se realizaron ajustes no lineales de la data
experimental y los valores obtenidos los cuales se reportan en la Tabla 5 Los
faacutermacos son moleacuteculas capaces de establecer interacciones supramoleculares
con nanomateriales las que dependeraacuten de los grupos funcionales que posean
del solvente en el cual se encuentran disueltos y el pH del medio Las
interacciones supramoleculares maacutes frecuentes son las electrostaacuteticas enlaces de
hidroacutegeno van der Waals e hidrofoacutebicas [111 112]
45
En el caso de lo nanotransportadores empleados en este estudio se observa que
ambos materiales adsorben PRX y los datos experimentales se ajustan a una
cineacutetica de pseudo-primer orden Se ha elegido este modelo pues las funciones
estadiacutesticas de coeficiente de correlacioacuten (R2) y el test de chi-cuadrado (χ2) el cual
es una prueba de hipoacutetesis que compara la distribucioacuten observada de los datos
con una distribucioacuten esperada de los datos Ambos caacutelculos se realizaron
mediante empleando el software Origin Pro 80 mediante la funcioacuten de anaacutelisis no
lineal donde se ajustaron los tres modelos estudiados
Figura 22 Cineacutetica y ajustes de modelos cineacuteticos de adsorcioacuten para PRX en los
nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Figura 23 Esquema propuesto para la adsorcioacuten de PRX en los sistemas
sintetizados (A) Fe3O4-NT y (B) Fe3O4-NT-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Sistema aislado Sistema en disolucioacuten
Sistema aislado Sistema en disolucioacuten
46
Tabla 5 Modelos cineacuteticos para la adsorcioacuten de PRX en los adsorbentes NT-
Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
qe exp (mgPRXgads) 391 487
Pseudo primer-orden (Modelo de Lagergren)
qe (mgPRXgads) 413 488
k1 (h-1) 0038 0079
R2 09964 09911
χ2 0817 287
Pseudo segundo-orden (Modelo de Ho)
qe (mgPRXgads) 539 566
k2 (gAdsmgPRXmiddoth) 649x10-4 168x10-3
R2 09921 09935
χ2 179 210
Quimisoricioacuten (Modelo de Elovich)
α (mgPRXgadsmiddoth) 595 1629
β (mgPRXg) 0100 0097
R2 09501 09613
χ2 1030 1085
Cabe mencionar que de acuerdo a los reportes Rozou y col [96] el faacutermaco PRX
al pH de adsorcioacuten se encuentra en su forma zwitterioacutenica El Fe3O4 es un material
inorgaacutenico que muestra un pI de 68 [113] A las condiciones de adsorcioacuten
estudiadas el pH del agua fue de 60 luego la superficie del NT-Fe3O4 se
encuentra cargada de forma positiva esperaacutendose que la interaccioacuten del faacutermaco
con el adsorbente sea mediada por interacciones electroestaacuteticas tal como se
muestra en el esquema de la Figura 23
Con la incorporacioacuten del PAMAM a la fase inorgaacutenica se observa un incremento
de un 25 en la capacidad de adsorcioacuten de PRX Esto se puede interpretar en
47
teacuterminos moleculares haciendo la aproximacioacuten de los moles disponibles de
PAMAM en funcioacuten de la cantidad adsorbida en comparacioacuten a NT-Fe3O4 sin
modificar Desde la Tabla 2 se sabe que hay una cantidad de 243 micromol de
PAMAM por gramo de adsorbente debido a que el incremento en la adsorcioacuten
fueron 96 mg de PRX (o 290 micromol de PRX) se puede asumir una estequiometriacutea
PRXPAMAM = 119 De acuerdo a reportes previos publicados por nuestro grupo
de investigacioacuten se sabe que PRX a pH 70 se adsorbe efectivamente en la
estructura PAMAM alcanzando una estequiometriacutea PRXPAMAM = 23 [59] En
este caso pH 60 no hay cambios significativos en la estructura del faacutermaco ni
en la del dendriacutemero por lo que deberiacutea haberse esperado un incremento
significativo de la adsorcioacuten de PRX en relacioacuten al nanotransportador NT-Fe3O4
Sin embargo este efecto no fue observado en el nanotubo hiacutebrido funcionalizado
con PAMAM Con estos resultados se puede asumir que la afinidad del PRX
mucho mayor por la adsorcioacuten en el material inorgaacutenico que por la adsorcioacuten en
los bolsillos de la cavidades internas del PAMAM
En relacioacuten a los resultados cineacuteticos se observa un aumento en la pseudo-
constante cineacutetica de adsorcioacuten siendo k1(NT-Fe3O4) lt k1(NT-Fe3O4-PAMAM) Para poder
interpretar el fenoacutemeno en forma mecaniacutestica la data experimental se ha ajustado
al modelo de difusioacuten intrapartiacutecula de Weber-Morris el que se muestra en la
Figura 24 En esta figura se puede observar tres segmentos lineales lo cual indica
que el proceso de adsorcioacuten de PRX en los nanotubos procede en tres etapas
para ambos sistemas Una situacioacuten similar ha sido observada en el caso de la
cineacutetica de adsorcioacuten de cefalosporina en micropartiacuteculas polimeacutericas por Cigu y
colaboradores quienes han descritos las diferentes etapas de la siguiente
forma[105]
a) Adsorcioacuten del adsorbato en la superficie del adsorbente
b) Difusioacuten intrapartiacutecula desde la zona externa a la superficie del adsorbente
c) Equilibrio de adsorcioacuten donde quedan muy pocos sitios disponibles para la
adsorcioacuten
48
Figura 24 Graacutefico de adsorcioacuten de PRX en los nanotransportadores sintetizados
considerando un modelo de difusioacuten intrapartiacutecula en tres etapas Fuente
Elaboracioacuten propia
Ambos sistemas muestran el mismo perfil de difusioacuten intrapartiacutecula y los valores
de las constantes de velocidad para las etapas (a) y (b) presentan valores
relativamente bajos aunque difieren levemente tal como se resume en la Tabla 6
En el caso de NT-Fe3O4 se observa que la etapa limitante corresponde a la
adsorcioacuten de PRX en la superficie del nanomaterial a diferencia de NT-Fe3O4-
PAMAM donde se observa que la etapa limitante es la difusioacuten intrapartiacutecula Esta
diferencia se puede explicar debido a que PAMAM posee grupos ndashNH2
superficiales que al pH de adsorcioacuten estaacuten protonados (ver Figura 23) lo que
incrementa la carga eleacutectrica superficial del nanotransportador este hecho podriacutea
provocar un aumento en la velocidad inicial de adsorcioacuten de PRX si los efectos
electroestaacuteticos gobiernan la velocidad de reaccioacuten en esta etapa considerando
que el PRX presenta una estructura dipolar a pH 60 Sin embargo en la etapa
subsiguiente caracterizada por la adsorcioacuten gradual de PRX las moleacuteculas de
PAMAM unidas covalentes a la superficie de NT-Fe3O4 dificultan el proceso de
difusioacuten intrapartiacutecula provocando una caiacuteda en la constante k(b)
49
Tabla 6 Modelo de difusioacuten intra-partiacutecula para la adsorcioacuten de PRX en los
adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM considerando dos etapas
determinantes en la adsorcioacuten del faacutermaco y una tercera de equilibrio Fuente
Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
Modelo de difusioacuten intrapartiacutecula (Modelo de Weber-Morris)
k(a) (mgPRXgadsh12) 311 766
R(a)2 09879 09903
k(b) (mgPRXgadsh12) 683 409
R(b)2 09872 09944
523 Adsorcioacuten de SIL
En la Figura 25 se muestran las graacuteficas cineacuteticas para la adsorcioacuten de SIL en los
dos nanotransportadores sintetizados Las consideraciones de ajuste de los
modelos cineacuteticos se hicieron de la misma forma que para los estudios realizados
con PRX y los valores obtenidos se resumen en la Tabla 7
Figura 25 Cineacutetica y ajustes de modelos cineacuteticos de adsorcioacuten para SIL en los
nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
50
El comportamiento de los sistemas frente a la adsorcioacuten de SIL muestra la misma
tendencia que la observada en el caso de PRX Ambos nanomateriales adsorben
SIL y la capacidad maacutexima se ve incrementada por la presencia de PAMAM Sin
embargo en este caso ambos sistemas nanotransportadores presentan una gran
afinidad por el faacutermaco obtenieacutendose cargas maacuteximas superiores a 650 mg de
SIL por gramo de nanomaterial valores muy superiores a los obtenidos en el caso
de PRX
El faacutermaco SIL se encuentra como moleacutecula neutra al pH de adsorcioacuten (pKa1 70
pKa2 877 pKa3 957 pKa4 1166) Para la adsorcioacuten en NT-Fe3O4 se espera
que las fuerzas que estaacuten predominando en la adsorcioacuten del faacutermaco sean del tipo
Van der Waals y enlace de hidroacutegeno entre los grupos funcionales de SIL y los
grupos hidroxilos de la NT-Fe3O4 Por otro lado las contribuciones hidrofoacutebicas
tambieacuten deberiacutean jugar un rol importante en la adsorcioacuten del faacutermaco en estos
nanomateriales especialmente en el sistema hiacutebrido NT-Fe3O4-PAMAM En el
caso del PAMAM estudios recientes realizados en nuestro grupo de investigacioacuten
han mostrado la gran afinidad que presenta el dendriacutemero por SIL y
experimentos NOESY han demostrado la adsorcioacuten de las moleacuteculas de SIL en las
cavidades internas del PAMAM
Asiacute para el material NT-Fe3O4-PAMAM se observa un incremento significativo de
la adsorcioacuten en relacioacuten al material inorgaacutenico En este caso el faacutermaco SIL
interacciona no solo con NT-Fe3O4 sino que tambieacuten con el dendriacutemero presente
Si se hace el caacutelculo entre la cantidad adsorbida de SIL en presencia de PAMAM
(1504 mg o 3117 micromol por gramo de adsorbente respectivamente) se obtiene
una relacioacuten molar de SILPAMAM = 128 Considerando esta evidencia puede
suponerse que el faacutermaco en el adsorbente NT-Fe3O4-PAMAM no soacutelo se adsorbe
en la superficie del oacutexido inorgaacutenico sino que tambieacuten se estaacute adsorbiendo en las
cavidades del PAMAM con estequiometriacuteas similares a las observadas para otros
faacutermacos insolubles previamente estudiados por nuestro grupo [51 59]
51
Tabla 7 Modelos cineacuteticos para la adsorcioacuten de SIL en los adsorbentes NT-Fe3O4
y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
qe exp (mgSILgads) 6750 8254
Pseudo primer-orden (Modelo de Lagergren)
qe (mgSILgads) 6853 8837
k1 (h-1) 0052 0062
R2 09975 09956
χ2 1656 4415
Pseudo segundo-orden (Modelo de Ho)
qe (mgSILgads) 8706 10233
k2 (gAdsmgSILmiddoth) 673x10-5 535x10-5
R2 09936 09954
χ2 4209 4576
Quimisorcioacuten (Modelo de Elovich)
α (mgSILgadsmiddoth) 1319 1956
β (mgSILg) 569x10-3 548x10-3
R2 09695 09510
χ2 18184 45945
En relacioacuten a los modelos de adsorcioacuten se observa que ambos sistemas se
ajustan mejor a cineacuteticas de pseudo-primer orden con respecto a la adsorcioacuten de
SIL con coeficientes de correlacioacuten y test de chi-cuadrado confiables para el
modelo Las constantes pseudo primer-orden son similares para ambos sistemas
k1(NT-Fe3O4) ~ k1(NT-Fe3O4-PAMAM) y del mismo orden de magnitud que las
determinadas en el caso de la adsorcioacuten de PRX En la Figura 25 se observa que
el maacuteximo de adsorcioacuten de SIL se alcanza a tiempos superiores a 50 horas para
ambos adsorbentes
52
Para entender de manera maacutes acabada la forma en que operan los fenoacutemenos
cineacuteticos de adsorcioacuten se ha realizado el ajuste de Weber-Morris para el modelo
de difusioacuten de intrapartiacutecula el que se muestra en la Figura 26 el cual nuevamente
revela un proceso de adsorcioacuten en tres etapas y los valores de las constantes de
velocidad para las etapas (a) y (b) presentan valores relativamente altos como se
resume en la Tabla 8
Figura 26 Graacutefico de adsorcioacuten de SIL en los nanotransportadores sintetizados
considerando un modelo de difusioacuten intrapartiacutecula en tres etapas Fuente
Elaboracioacuten propia
Considerando que a pH 60 el NT- Fe3O4 se encuentra en su forma protonada SIL
para adsorberse en la superficie del material deberaacute desplazar ese equilibrio para
ocupar un sitio de la superficie tal como se muestra en el siguiente esquema
Fe-OH + H2O [Fe-O-H-OH2]+
[Fe-O-H-OH2]+ + SIL [Fe-O-H-O-SIL] + H2O
Este equilibrio es el que determina la cineacutetica del proceso de adsorcioacuten en el caso
del adsorbente NT-Fe3O4 En el caso del nanotransportador hiacutebrido tambieacuten se
53
observa que la etapa de adsorcioacuten es la limitante de la velocidad del proceso
Comparando ambos sistemas se detecta que k(a)(NT-Fe3O4) ~ k(a)(NT-Fe3O4-PAMAM)
Esta diferencia se puede atribuir a la presencia del dendriacutemero PAMAM en el caso
del nanotransportador hiacutebrido En teacuterminos de naturaleza superficial se espera
que la asociacioacuten SIL-PAMAM incremente la velocidad del proceso con respecto al
nanotransportador inorgaacutenico
Tabla 8 Modelo de difusioacuten intra-partiacutecula para la adsorcioacuten de SIL en los
adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM considerando dos etapas
determinantes en la adsorcioacuten del faacutermaco y una tercera de equilibrio Fuente
Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
Modelo de difusioacuten intrapartiacutecula (Modelo de Weber-Morris)
k(a) (mgSILgadsh12) 577 885
R(a)2 09881 09935
k(b) (mgSILgadsh12) 1059 1135
R(b)2 09803 09828
54
6 CONCLUSIONES Y PERSPECTIVAS
Se logroacute sintetizar los nanotubos de magnetita NT-Fe3O4 obtenidos por la
reduccioacuten de los nanotubos de hematita α-Fe2O3 sintetizados a partir de
tratamiento hidrotermal Se verificoacute la estructura de la magnetita su forma tubular
y propiedades magneacuteticas a traveacutes de las teacutecnicas de caracterizacioacuten difraccioacuten de
rayos X microscopiacutea electroacutenica de transmisioacuten y medidas de susceptibilidad
magneacutetica respectivamente
El nanotubo inorgaacutenico obtenido sirvioacute de soporte para la conjugacioacuten de
dendriacutemero de poli-(amidoamina) de tercera generacioacuten el cual se logroacute inmovilizar
en la superficie de NT-Fe3O4 con un contenido del 16 en masa respecto del
material hiacutebrido El proceso de inmovilizacioacuten no perturboacute las propiedades del
soporte inorgaacutenico en relacioacuten a las propiedades magneacuteticas cristalinas o de
tamantildeo y forma
Los materiales obtenidos fueron capaces de actuar como adsorbentes de los
faacutermacos piroxicam y silibinina siendo eacuteste uacuteltimo quien mostroacute incrementar la
capacidad de adsorcioacuten en presencia de PAMAM Para ambos sistemas y
faacutermacos se determinaron las curvas cineacuteticas de adsorcioacuten donde se logroacute
determinar que independiente del faacutermaco ambos nanotransportadores muestran
ajustarse a cineacuteticas de pseudo-primer orden Finalmente la presencia de PAMAM
no soacutelo potencia la capacidad de adsorcioacuten en los faacutermacos testeados sino que
tambieacuten acelera la etapa de adsorcioacuten superficial con respecto a la determinada
para el adsorbente NT-Fe3O4 por medio del modelo de difusioacuten de Weber-Morris
Para el faacutermaco piroxicam se observoacute que la adsorcioacuten fue mediada
principalmente por interacciones del tipo electroestaacuteticas entre la forma
zwitterioacutenica de piroxicam y la superficie de los nanotransportadores La etapa
limitante de la cineacutetica adsorcioacuten para el caso de NT-Fe3O4 fue la adsorcioacuten
55
superficial y en el caso de NT-Fe3O4-PAMAM fue la etapa de difusioacuten
intrapartiacutecula
Finalmente para el faacutermaco silibinina se observoacute que la adsorcioacuten fue mediada
por las fuerzas de tipo Van der Waals y enlace de hidroacutegeno entre los grupos
funcionales de SIL y los grupos hidroxilos de NT-Fe3O4 Por otro lado las
contribuciones hidrofoacutebicas tambieacuten juegan un rol importante en la adsorcioacuten del
faacutermaco en estos nanomateriales especialmente en el sistema hiacutebrido NT-Fe3O4-
PAMAM Por uacuteltimo se determinoacute que la capacidad de adsorcioacuten se vio
directamente mejorada por la asociacioacuten PAMAM-SIL la que alcanzoacute una relacioacuten
molar SILPAMAM = 12 En ambos casos se observoacute que la etapa limitante de la
cineacutetica de adsorcioacuten fue la adsorcioacuten superficial de SIL en los adsorbentes
56
REFERENCIAS
[1] AZ Wilczewska K Niemirowicz KH Markiewicz H Car Pharmacological
Reports 64 (2012) 1020-1037
[2] S Parveen R Misra SK Sahoo Nanomedicine Nanotechnology Biology
and Medicine 8 (2012) 147-166
[3] V Grazu M Moros C Saacutenchez-Espinel MdlF Jesus V Grazu Frontiers
of Nanoscience Elsevier 2012 pp 337-440
[4] F Danhier O Feron V Preacuteat Journal of Controlled Release 148 (2010)
135-146
[5] A Wicki D Witzigmann V Balasubramanian J Huwyler Journal of
Controlled Release 200 (2015) 138-157
[6] JH Lee Y Yeo Chemical Engineering Science 125 (2015) 75-84
[7] S Manchun CR Dass P Sriamornsak Life Sciences 90 (2012
) 381-387
[8] JHE Arts M Hadi AM Keene R Kreiling D Lyon M Maier K Michel
T Petry UG Sauer D Warheit K Wiench R Landsiedel Regulatory Toxicology
and Pharmacology 70 (2014) 492-506
[9] KA Pramod CP Sunny Nanobiomaterials Handbook CRC Press 2011
pp 1-24
[10] A Khorsand S Jamehbozorgi R Ghiasi M Rezvani Physica E Low-
dimensional Systems and Nanostructures 72 (2015) 120-127
[11] V Loacutepez-Daacutevila AM Seifalian M Loizidou Current Opinion in
Pharmacology 12 (2012 ) 414-419
[12] P-C Lee C-L Peng M-J Shieh Journal of Controlled Release 225
(2016) 140-151
[13] CC Torres CH Campos C Diaacutez VA Jimeacutenez F Vidal L Guzmaacuten JB
Alderete Materials Science and Engineering C 65 (2016) 164-171
[14] CH Campos CF Diacuteaz JL Guzmaacuten JB Alderete CC Torres VA
Jimeacutenez Macromolecular Chemistry and Physics 217 (2016) 1712-1722
[15] D Chang Y Gao L Wang G Liu Y Chen T Wang W Tao L Mei L
57
Huang X Zeng Journal of Colloid and Interface Science 463 (2016) 279-287
[16] J Zaloga M Poumlttler G Leitinger RP Friedrich G Almer S Lyer E
Baum R Tietze R Heimke-Brinck H Mangge F Dorje G Lee C Alexiou
European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics 101 (2016) 152-162
[17] RS Dhanikula P Hildgen Bioconjugate Chemistry 17 (2006) 29-41
[18] A Kesavan P Ilaiyaraja W Sofi Beaula V Veena Kumari J Sugin Lal C
Arunkumar G Anjana S Srinivas A Ramesh SK Rayala D Ponraju G
Venkatraman European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics 96
(2015) 255-263
[19] S Biswas P Kumari PM Lakhani B Ghosh European Journal of
Pharmaceutical Sciences 83 (2016) 184-202
[20] ML Tebaldi RM Belardi SR Montoro Design and Applications of
Nanostructured Polymer Blends and Nanocomposite Systems William Andrew
Publishing Boston 2016 pp 171-186
[21] D Bansal A Gulbake J Tiwari SK Jain International Journal of
Biological Macromolecules 82 (2016) 687-695
[22] AS Timin EV Balantseva SY Khashirova EV Rumyantsev TY
Osadchaya Colloids and Surfaces A Physicochemical and Engineering Aspects
477 (2015) 26-34
[23] J Gautier E Allard-Vannier E Munnier M Souceacute I Chourpa Journal of
Controlled Release 169 (2013) 48-61
[24] SL Leung Z Zha C Cohn Z Dai X Wu Colloids and Surfaces B
Biointerfaces 121 (2014) 141-149
[25] Y Liu Y Ng MR Toh GNC Chiu Journal of Controlled Release 220
Part A (2015) 438-446
[26] G Xu L Li Z Shen Z Tao Y Zhang H Tian X Wei G Shen G Han
Journal of Alloys and Compounds 629 (2015) 36-42
[27] MF Horst V Lassalle ML Ferreira Frontiers of Environmental Science amp
Engineering 9 (2015) 746-769
[28] TJ Bastow A Trinchi MR Hill R Harris TH Muster Journal of
Magnetism and Magnetic Materials 321 (2009) 2677-2681
58
[29] S Bagheri D Ramimoghadam A TermehYousefi SB Abd Hamid
International Journal of Hydrogen Energy 40 (2015) 16178-16183
[30] G Kandasamy D Maity International Journal of Pharmaceutics 496 (2015)
191-218
[31] DS Keerthana K Namratha K Byrappa HS Yathirajan Journal of
Magnetism and Magnetic Materials 378 (2015) 551-557
[32] M Darroudi M Hakimi E Goodarzi R Kazemi Oskuee Ceramics
International 40 (2014) 14641-14645
[33] G Sharma P Jeevanandam RSC Advances 3 (2013) 189-200
[34] C-J Jia L-D Sun F Luo X-D Han LJ Heyderman Z-G Yan C-H
Yan K Zheng Z Zhang M Takano N Hayashi M Eltschka M Klaumlui U
Ruumldiger T Kasama L Cervera-Gontard RE Dunin-Borkowski G Tzvetkov J
Raabe Journal of the American Chemical Society 130 (2008) 16968-16977
[35] N Mizutani T Iwasaki S Watano T Yanagida T Kawai Current Applied
Physics 10 (2010) 801-806
[36] C-J Jia L-D Sun Z-G Yan L-P You F Luo X-D Han Y-C Pang Z
Zhang C-H Yan Angewandte Chemie 117 (2005) 4402-4407
[37] Z-G Yue W Wei Z-X You Q-Z Yang H Yue Z-G Su G-H Ma
Advanced Functional Materials 21 (2011) 3446-3453
[38] SJ Son X Bai SB Lee Drug Discovery Today 12 (2007) 650-656
[39] SJ Son J Reichel B He M Schuchman SB Lee Journal of the
American Chemical Society 127 (2005) 7316-7317
[40] GT Hermanson Bioconjugate Techniques (Third edition) Academic Press
Boston 2013 pp 535-548
[41] S Mallakpour M Madani Progress in Organic Coatings 86 (2015) 194-207
[42] P Yu J He L Yang M Pu X Guo Journal of Catalysis 260 (2008) 81-85
[43] X Zheng T Wang H Jiang Y Li T Jiang J Zhang S Wang Asian
Journal of Pharmaceutical Sciences 8 (2013) 278-286
[44] L Tan J Liu W Zhou J Wei Z Peng Materials Science and Engineering
C 45 (2014) 524-529
[45] ER Gillies JMJ Freacutechet Journal of the American Chemical Society 124
59
(2002) 14137-14146
[46] S Khoee K Hemati Polymer 54 (2013) 5574-5585
[47] U Gupta O Perumal SGKTL Deng Natural and Synthetic Biomedical
Polymers Elsevier Oxford 2014 pp 243-257
[48] U Boas PMH Heegaard Chemical Society Reviews 33 (2004) 43-63
[49] U Gupta HB Agashe A Asthana NK Jain Biomacromolecules 7 (2006)
649-658
[50] A Shakhbazau I Isayenka N Kartel N Goncharova I Seviaryn S
Kosmacheva M Potapnev D Shcharbin M Bryszewska International Journal of
Pharmaceutics 383 (2010) 228-235
[51] PA Barra L Barraza VA Jimeacutenez JA Gaviacuten JB Alderete
Macromolecular Chemistry and Physics 215 (2014) 372-383
[52] PM Patel R Patel D Wadia RM Patel Asian Journal of Pharmaceutical
Sciences 10 (2015) 306-313
[53] L Mei Z Zhang L Zhao L Huang X-L Yang J Tang S-S Feng
Advanced Drug Delivery Reviews 65 (2013) 880-890
[54] Sn Svenson DA Tomalia Advanced Drug Delivery Reviews 57 (2005)
2106-2129
[55] L Porcar Y Liu R Verduzco K Hong PD Butler LJ Magid GS Smith
W-R Chen The Journal of Physical Chemistry B 112 (2008) 14772-14778
[56] E Markatou V Gionis GD Chryssikos S Hatziantoniou A
Georgopoulos C Demetzos International Journal of Pharmaceutics 339 (2007)
231-236
[57] K Borowska S Wołowieca A Rubaj K Głowniakc E Sieniawska S
Radej International Journal of Pharmaceutics 426 (2012) 280-283
[58] S Kavyani S Amjad-Iranagh H Modarress The Journal of Physical
Chemistry B 118 (2014) 3257-3266
[59] PA Barra L Barraza VA Jimeacutenez JA Gaviacuten JB Alderete Structural
Chemistry 25 (2014) 1443-1455
[60] C Kojima K Kono K Maruyama T Takagishi Bioconjugate Chemistry 11
(2000) 910-917
60
[61] AK Patri JF Kukowska-Latallo JR Baker Jr Advanced Drug Delivery
Reviews 57 (2005) 2203-2214
[62] D Luong P Kesharwani R Deshmukh MCI Mohd Amin U Gupta K
Greish AK Iyer Acta Biomaterialia 43 (2016) 14-29
[63] X Xu J Li S Han C Tao L Fang Y Sun J Zhu Z Liang F Li
European Journal of Pharmaceutical Sciences 88 (2016) 178-190
[64] P-C Lin S Lin PC Wang R Sridhar Biotechnology Advances 32 (2014)
711-726
[65] C Baudot CM Tan JC Kong Infrared Physics amp Technology 53 (2010)
434-438
[66] JB Hall MA Dobrovolskaia AK Patri SE McNeil Nanomedicine 2
(2007) 709-803
[67] DB Williams CB Carter Transmission Electron Microscopy A Textbook
for Materials Science Springer US Boston MA 2009 pp 3-22
[68] H Wang PK Chu S Bose Characterization of Biomaterials Academic
Press Oxford 2013 pp 105-174
[69] M Rudolph J Erler UA Peuker Colloids and Surfaces A
Physicochemical and Engineering Aspects 397 (2012) 16-23
[70] T Zhao W Luo Y Deng Y Luo P Xu Y Liu L Wang Y Ren W Jiang
Nano Energy 26 (2016) 16-25
[71] F Rouquerol J Rouqueron K Sing Adsorption by Powders and Porous
Solids Academic Press 1999
[72] M Naderi Progress in Filtration and Separation Academic Press Oxford
2015 pp 585-608
[73] J Rouquerol F Rouquerol P Llewellyn G Maurin KSW Sing
Adsorption by powders and porous solids principles methodology and
applications Academic press 2014
[74] CP Poole FJ Owens Introduccioacuten a la nanotecnologiacutea Editorial Reverte
2007
[75] JL Kirschvink DS Jones BJ MacFadden Magnetite Biomineralization
and Magnetoreception in Organisms A New Biomagnetism Springer US 2013
61
[76] TM El-Alaily MK El-Nimr SA Saafan MM Kamel TM Meaz ST
Assar Journal of Magnetism and Magnetic Materials 386 (2015) 25-30
[77] DJ Dunlop Ouml Oumlzdemir Treatise on Geophysics (Second Edition)
Elsevier Oxford 2015 pp 255-308
[78] A Savić D Čokeša S Lazarević B Jokić D Janaćković R Petrović LS
Živković Powder Technology 301 (2016) 511-519
[79] S Rajput CU Pittman Jr D Mohan Journal of Colloid and Interface
Science 468 (2016) 334-346
[80] M Kumari CU Pittman Jr D Mohan Journal of Colloid and Interface
Science 442 (2015) 120-132
[81] Y Mansourpanah Z Jafari Reactive and Functional Polymers 93 (2015)
178-189
[82] S Sundar R Mariappan S Piraman Powder Technology 266 (2014) 321-
328
[83] P Roonasi A Holmgren Applied Surface Science 255 (2009) 5891-5895
[84] J Safari Z Zarnegar Journal of Molecular Structure 1072 (2014) 53-60
[85] KL Pickering S Raa Khimi S Ilanko Composites Part A Applied Science
and Manufacturing 68 (2015) 377-386
[86] AK Ladavos AP Katsoulidis A Iosifidis KS Triantafyllidis TJ
Pinnavaia PJ Pomonis Microporous and Mesoporous Materials 151 (2012) 126-
133
[87] VMdS Rocha MdG Pereira LR Teles MOdG Souza Materials
Science and Engineering B 185 (2014) 13-20
[88] JZ Marinho RHO Montes AP de Moura E Longo JA Varela RAA
Munoz RC Lima Materials Research Bulletin 49 (2014) 572-576
[89] PM Huang Y Li ME Sumner Handbook of Soil Sciences Properties and
Processes Second Edition Taylor amp Francis 2011
[90] C Klein CS Hurlbut Manual de mineralogiacutea Reverte 1996
[91] Y-F Lin J-L Chen C-Y Xu T-W Chung Chemical Engineering Journal
250 (2014) 409-415
[92] AK Gupta M Gupta Biomaterials 26 (2005) 3995-4021
62
[93] C Sun JSH Lee M Zhang Advanced Drug Delivery Reviews 60 (2008)
1252-1265
[94] N Rai M Sarkar S Raha Pharmacological Reports 67 (2015) 1215-1223
[95] Z Lavrič J Pirnat J Lužnik U Puc Z Trontelj S Srčič Journal of
Pharmaceutical Sciences 104 (2015) 1909-1918
[96] S Rozou A Voulgari E Antoniadou-Vyza European Journal of
Pharmaceutical Sciences 21 (2004) 661-669
[97] H-S Gwak J-S Choi H-K Choi International Journal of Pharmaceutics
297 (2005) 156-161
[98] RP Aquino G Auriemma M dacuteAmore AM DacuteUrsi T Mencherini P Del
Gaudio Carbohydrate Polymers 89 (2012) 740-748
[99] IE Shohin JI Kulinich GV Ramenskaya B Abrahamsson S Kopp P
Langguth JE Polli VP Shah DW Groot DM Barends JB Dressman
Journal of Pharmaceutical Sciences 103 (2014) 367-377
[100] R Silva H Ferreira AC Carvalho AC Gomes A Cavaco-Paulo Colloids
and Surfaces B Biointerfaces 92 (2012) 277-285
[101] M Meloun D Burkoˇnovaacute T Syrovyacute A Vraacutena Analytica Chimica Acta 486
(2003) 125-141
[102] D Zheng Y Wang D Zhang Z Liu C Duan L Jia F Wang Y Liu G
Liu L Hao Q Zhang Cancer Letters 307 (2011) 158-164
[103] Q Wang R Liu X Shen L Zou D Wu Journal of Nanoscience and
Nanotechnology 14 (2014) 2871-2877
[104] N Caliskan AR Kul S Alkan EG Sogut I Alacabey Journal of
Hazardous Materials 193 (2011) 27-36
[105] TA Cigu S Vasiliu S Racovita C Lionte V Sunel M Popa C Cheptea
European Polymer Journal 82 (2016) 132-152
[106] M Oumlzacar İA Şengil Process Biochemistry 40 (2005) 565-572
[107] YS Ho G McKay Process Biochemistry 34 (1999) 451-465
[108] AB Peacuterez-Mariacuten VM Zapata JF Ortuntildeo M Aguilar J Saacuteez M Lloreacutens
Journal of Hazardous Materials 139 (2007) 122-131
[109] BF Urbano I Villenas BL Rivas CH Campos Chemical Engineering
63
Journal 268 (2015) 362-370
[110] J Peacuterez L Toledo CH Campos BL Rivas J Yantildeez BF Urbano
Chemical Engineering Journal 287 (2016) 744-754
[111] JW Steed DR Turner K Wallace Core Concepts in Supramolecular
Chemistry and Nanochemistry Wiley 2007
[112] A Buczkowski D Waliszewski P Urbaniak B Palecz International
Journal of Pharmaceutics 505 (2016) 1-13
[113] M Kosmulski Advances in Colloid and Interface Science
iv
Por uacuteltimo agradecer a mi Familia a mi Madre Lucia quien en un comienzo le
costoacute darme el apoyo pero vio mis ganas de seguir estudiando aquel suentildeo
personal muchas gracias por TODO faltariacutean hojas por seguir agradecieacutendote
quienes maacutes componen esta Familia son mi Hermana Soledad y mis Hermanos
Hugo y Luis con sus respectivas parejas Eduardo Cecilia y Margarita sin olvidar
mis dos grandes alegriacuteas mis sobrinas Cecilia y Catalina donde todos me
preguntaban iquestcoacutemo vas iquestte queda poco da la peleaiexcliexcl etc
Dentro de este periodo de estudios han pasado muchas cosas en la Familia
como una de ellas fue la peacuterdida de mi abuelita Luisa quien jamaacutes se entero de
este proceso de estudios pero siempre pendiente de ti hasta los uacuteltimos minutos
venia a la universidad y cuidaba de ti cuanto maacutes pude de eso no me arrepiento
Ademaacutes ha habido decaiacutedas de Salud (hospitalizaciones) pero aquello ha hecho
que la familia se una auacuten maacutes y apoyaacutendonos como cada uno pudiese maacutes auacuten
cuando existe un dolor de ya casi 11 antildeos una perdida fiacutesica desde ahiacute que
valoramos y nos queremos cada diacutea maacutes como Familia no hay diacutea o instancia que
me acuerde de ti Janito mi Hermano mi Protector a quien le dije que lo sentiacutea
como un Padre se que nos acompantildeas y estas bien sin dolor como alguna vez
sontildeeacute pedaleando en tu bicicleta Recuerdo que habiacuteas dicho sobre miacute de lo
importante que yo estudiaraacute acaacute estamos terminando una etapa maacutes gracias
porque desde pequentildea me ensentildeaste matemaacuteticas y en cuanto maacutes pudiste
Infinitas Gracias a cada uno de los que mencione y a quienes por alguna razoacuten se
me haya olvidadohellipGracias por el apoyo brindado animo paciencia confianza
sinceridad carintildeo consejos alegriacuteas etc de haber sido participe de esta tesis
colaborando emocionalmente y en el desarrollo de eacutesta
v
RESUMEN
Los nanotubos de magnetita Fe3O4 tienen la capacidad de ser materiales
ferrimagneacuteticos o superparamagneacuteticos Esta propiedad ha sido de especial
intereacutes en los uacuteltimos antildeos para aplicaciones en diferentes campos de la
nanociencia pero en particular en la preparacioacuten de materiales para la adsorcioacuten
transporte y liberacioacuten controlada de faacutermacos Por otro lado los dendriacutemeros en
particular los derivados de poli-(amidoamina) (PAMAM) son macromoleacuteculas
altamente ramificadas monodispersas los que han sido ampliamente estudiados
como sistemas nanotransportadores de faacutermacos Una de las principales
desventajas de ambos materiales es la limitada capacidad de carga que muestran
frente a algunos faacutermacos de intereacutes en el tratamiento de enfermedades croacutenicas
Ademaacutes del limitado control que se tiene en los procesos de liberacioacuten cuando
estos sistemas se usan como nanotransportadores de faacutermacos
Dada las caracteriacutesticas de ambos sistemas esta tesis contemploacute el estudio de un
sistema hiacutebrido NT-Fe3O4 acoplado a dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten
para la encapsulacioacuten de dos faacutermacos piroxicam (PRX) y silibinina (SIL) La
preparacioacuten del nanomaterial hiacutebrido se llevoacute a cabo a partir de siacutentesis
hidrotermal de los oacutexidos de hierro la que permitioacute obtener los nanotubos de
Fe3O4 a partir de la reduccioacuten teacutermica de los nanotubos de Fe2O3 en presencia de
flujo de H2 Finalmente el acople del dendriacutemero PAMAM a la superficie del
nanotubo se realizoacute mediante una inmovilizacioacuten covalente mediada por un
agente de acople El nanomaterial hiacutebrido fue caracterizado por termogravimetriacutea
difraccioacuten de rayos X microscopiacutea electroacutenica de barrido microscopiacutea electroacutenica
de transmisioacuten susceptibilidad magneacutetica e isoterma de adsorcioacuten-desorcioacuten de
N2 a -196degC ademaacutes de espectroscopia FT-IR con lo que se demostroacute la efectiva
inmovilizacioacuten de PAMAM a un contenido de 16 en masa El material hiacutebrido
(Fe3O4-PAMAM) mantiene la forma nanotubular y las propiedades magneacuteticas del
soporte inorgaacutenico de partida En los experimentos de adsorcioacuten se empleoacute NT-
Fe3O4 como adsorbente control Para ambos adsorbentes Fe3O4-PAMAM y NT-
vi
Fe3O4 se determinaron las cineacuteticas de adsorcioacuten para dos faacutermacos modelos
piroxicam (PRX) y silibinina (SIL) Para ambos materiales la adsorcioacuten de los
faacutermacos mostraron ajustarse a cineacuteticas de pseudo-primer orden y la cantidad
maacutexima de adsorcioacuten de faacutermaco se vio mejorada junto con un aumento en la
velocidad de adsorcioacuten por la presencia de PAMAM en la superficie del material
hiacutebrido
vii
ABSTRACT
Magnetite nanotubes Fe3O4 have the capacity to be ferrimagnetic or
superparamagnetic materials This property has been of special interest in last
years for applications in different fields of nanoscience but in particular in the
preparation of materials for the adsorption transport and controlled release of
drugs On the other hand dendrimers in particular the derivatives of poly-
(amidoamine) (PAMAM) are macromolecules highly branched and monodisperse
which have been widely studied as drug nanocarriers systems One of the main
disadvantages of both materials is their limited load capacity showed against some
drugs of interest in the treatment of chronic diseases In addition these systems
present an uncontrolled drug release in the liberation processes when they are
used as drug nanocarriers
Considering the characteristics of both systems this thesis contemplated the study
of a hybrid system NT-Fe3O4 coupled with PAMAM dendrimer of the third
generation for the encapsulation of two drugs piroxicam (PRX) and silybin (SIL)
The preparation of the hybrid nanomaterial was carried out from hydrothermal
synthesis of iron oxides which allowed obtaining NT-Fe3O4 from the thermal
reduction of the nanotubes of Fe2O3 in the presence of H2 flow Finally the
coupling of the PAMAM dendrimer to the surface of the nanotube was performed
by covalent immobilization mediated by a coupling agent The hybrid nanomaterial
was characterized by thermogravimetry X-ray diffraction scanning electron
microscopy transmission electron microscopy magnetic susceptibility
measurements and N2 adsorption-desorption isotherm at -196degC in addition FT-
IR spectroscopy analysis demonstrated the effective immobilization of PAMAM to a
content of 16 by mass The hybrid material (NTFe3O4-PAMAM) maintains the
nanotubular form and the magnetic properties of the starting inorganic support In
the adsorption experiments NT-Fe3O4 was used as the control adsorbent For both
adsorbents NT-Fe3O4-PAMAM and NT-Fe3O4 adsorption kinetic were determined
for two drug models piroxicam (PRX) and silybin (SIL) For both materials the
viii
adsorption of the drugs was adjusted to pseudo-first-order kinetics and the
maximum amount of drug adsorption was improved along with an increase in
adsorption rate by the presence of PAMAM on the surface of the hybrid material
ix
TABLA DE CONTENIDOS
Paacutegina
PROBERVIO ii
AGRADECIMIENTOS iii
RESUMEN v
ABSTRACT vii
IacuteNDICE DE FIGURAS xi
IacuteNDICE DE TABLAS xiii
1 INTRODUCCIOacuteN 1
11 Nanomateriales magneacuteticos 3
12 Dendriacutemeros 8
13 Nanomateriales hiacutebridos oacutexido inorgaacutenicoPAMAM 12
2 HIPOacuteTESIS 14
3 OBJETIVOS 14
31 OBJETIVO GENERALE 14
32 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS 14
4 PARTE EXPERIMENTAL 15
41 Siacutentesis de los nanotransportadores 15
411 Siacutentesis de nanotubos de magnetita (Fe3O4) 15
412 Funcionalizacioacuten de NT-Fe3O4 con el agente de acople
3-glicidoxipropil-trimetoxisilano
15
413 Acoplamiento de NT-Fe3O4-GPTMS con dendriacutemero
PAMAM
16
42 Caracterizacioacuten de los sistemas 17
421 Espectroscopia de Infrarrojo con Transformada de Fourier
(FT-IR)
17
422 Difraccioacuten de Rayos X (DRX) 18
423 Microscopiacutea Electroacutenica de Transmisioacuten (TEM) 20
424 Microscopia Electroacutenica de Barrido (SEM) 21
425 Anaacutelisis Termogravimeacutetrico (TGA) 22
426 Isotermas de Adsorcioacuten-Desorcioacuten de N2 a -196degC 23
x
427 Magnetizacioacuten del material 24
428 Adsorcioacuten de Faacutermacos en Nanotubo Fe3O4 y en
nanotransportador hiacutebrido Fe3O4-PAMAM
26
5 DISCUSOacuteN Y ANAacuteLISIS DE RESULTADOS 28
51 Caracterizacioacuten de los nanomateriales 28
511 Espectroscopia de infrarrojo con transformada de Fourier 28
512 Anaacutelisis Termogravimeacutetrico 29
513 Isotermas de Adsorcioacuten-Desorcioacuten de N2 a -196degC 31
514 Difraccioacuten de Rayos X 33
515 Microscopiacutea Electroacutenica de Barrido y Transmisioacuten 34
516 Propiedades magneacuteticas 37
52 Estudios de la adsorcioacuten de Faacutermacos en Nanotubo Fe3O4
y en nanotransportador hiacutebrido Fe3O4-PAMAM
40
521 Faacutermacos de intereacutes 40
522 Adsorcioacuten de PRX 44
523 Adsorcioacuten de SIL 49
6 CONCLUSIONES Y PERSPECTIVAS 54
REFERENCIAS 56
xi
IacuteNDICE DE FIGURAS
Paacutegina
Figura 1 Algunos tipos de nanomateriales utilizados en el
transporte de faacutermacos y para diagnoacutestico e imagen [17]
2
Figura 2 Esquemas de asociacioacuten componente orgaacutenico en
soportes soacutelidos (a) Adsorcioacuten (b) Adsorcioacuten por
formacioacuten de pares ioacutenicos y (c) Anclaje por enlace
covalente
6
Figura 3 Esquema de anclaje del AAC en el soporte [42] 7
Figura 4 Esquema general de la estructura de un dendriacutemero 9
Figura 5 Dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten (G3) 10
Figura 6 Sistema de reaccioacuten para realizar las modificaciones
superficiales de NT-Fe3O4
16
Figura 7 Esquema del equipamiento de un FT-IR 18
Figura 8 Difraccioacuten de Rayos X producida por los diferentes planos
de un cristal
19
Figura 9 Esquema de un microscopio electroacutenico de transmisioacuten 21
Figura 10 Esquema de un microscopio electroacutenico de barrido 22
Figura 11 Representacioacuten esquemaacutetica de un soacutelido poroso [71] 23
Figura 12 Representacioacuten de curva de magnetizacioacuten para un
material ferromagneacutetico [74]
25
Figura 13 Esquema del sistema de adsorcioacuten de faacutermacos en los
nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM
27
Figura 14 Espectro FT-IR de (a) NT-Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-PAMAM 28
Figura 15 Termogramas de los materiales realizados en atmoacutesfera
de O2 (a) NT- Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-GPTMS y (c) NT-
Fe3O4-PAMAM
30
Figura 16 Isoterma de adsorcioacutendesorcioacuten de N2 a -196degC para (a)
NT-Fe3O4 y (b) NT-Fe3O4-PAMAM
32
Figura 17 Difractograma de rayos X para (a) NT α-Fe2O3 (b) NT- 34
xii
Fe3O4 y (c) NT-Fe3O4-PAMAM
Figura 18 Imaacutegenes de SEM de los materiales (a) NT-Fe3O4 (b)
NT-Fe3O4-PAMAM
35
Figura 19 Micrografiacuteas de TEM de NT-Fe3O4 (a b) NT-Fe3O4-
PAMAM (e f) y las curvas de distribucioacuten del largo (c g) y
diaacutemetro externo (d h) para ambos NT-Fe3O4 y NT-
Fe3O4-PAMAM respectivamente
36
Figura 20 Curva de magnetizacioacuten obtenida para NT-Fe3O4 (a b) y
NT-Fe3O4-PAMAM (c d) utilizando un magnetoacutemetro de
muestra vibrante (VSM) a 17degC
39
Figura 21 Estructuras de los faacutermacos de intereacutes (a) Piroxicam y
(b) Silibinina
40
Figura 22 Cineacutetica y ajustes de modelos cineacuteticos de adsorcioacuten
para PRX en los nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-
Fe3O4-PAMAM
45
Figura 23 Esquema propuesto para la adsorcioacuten de PRX en los
sistemas sintetizados (A) Fe3O4-NT y (B) Fe3O4-NT-
PAMAM
45
Figura 24 Graacutefico de adsorcioacuten de PRX en los nanotransportadores
sintetizados considerando un modelo de difusioacuten
intrapartiacutecula en tres etapas
48
Figura 25 Cineacutetica y ajustes de modelos cineacuteticos de adsorcioacuten
para SIL en los nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-
Fe3O4-PAMAM
49
Figura 26 Graacutefico de adsorcioacuten de SIL en los nanotransportadores
sintetizados considerando un modelo de difusioacuten
intrapartiacutecula en tres etapas
52
xiii
IacuteNDICE DE TABLAS
Paacutegina
Tabla 1 Impacto en la masa molecular y en el tamantildeo de los
dendriacutemeros PAMAM seguacuten crece la generacioacuten [48]
11
Tabla 2 Porcentaje de peacuterdida de masa y material acoplado
GPTMS y PAMAM (G3) al NT-Fe3O4
31
Tabla 3 Superficie especiacutefica tamantildeo promedio de poro y volumen
de poro determinadas por las de BET y BJH [73 86] para
los materiales en base a NT-Fe3O4 sintetizados
33
Tabla 4 Resumen de paraacutemetros magneacuteticos para los materiales
preparados a 17degC
37
Tabla 5 Modelos cineacuteticos para la adsorcioacuten de PRX en los
adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM
46
Tabla 6 Modelo de difusioacuten intra-partiacutecula para la adsorcioacuten de
PRX en los adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM
considerando dos etapas determinantes en la adsorcioacuten
del faacutermaco y una tercera de equilibrio
49
Tabla 7 Modelos cineacuteticos para la adsorcioacuten de SIL en los
adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM
51
Tabla 8 Modelo de difusioacuten intra-partiacutecula para la adsorcioacuten de SIL
en los adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM
considerando dos etapas determinantes en la adsorcioacuten
del faacutermaco y una tercera de equilibrio
53
1
1 INTRODUCCIOacuteN
En la actualidad existe una amplia gama de faacutermacos disponibles para el
tratamiento de diferentes tipos de enfermedades En el tratamiento de un proceso
fisiopatoloacutegico se espera que la administracioacuten de los medicamentos se realice de
forma tal que alcance su lugar de accioacuten con una determinada concentracioacuten No
obstante algunos medicamentos muestran una escasa solubilidad en el plasma
sanguiacuteneo asiacute como tambieacuten en el medio inter-intracelular Por lo general solo el
1 de la dosis administrada llega al sitio diana mientras que el resto del faacutermaco
se distribuye a traveacutes del resto de ceacutelulas y tejidos Esta desventaja impone la
administracioacuten de altas dosis de faacutermacos para lograr un aumento de su
concentracioacuten local lo que provoca numerosos efectos toxicoloacutegicos e
inmunoloacutegicos indeseables [1-3]
Esta limitante estaacute siendo superada gracias al desarrollo de una variedad de
transportadores de faacutermacos los que actuacutean por asociacioacuten fiacutesica yo quiacutemica
entre la sustancia activa y el transportador Entre las muacuteltiples ventajas que
pueden aportar los transportadores de faacutermacos se destaca el control de las
concentraciones plasmaacuteticas y de la distribucioacuten tisular gracias a que protege la
sustancia activa contra la inactivacioacuten (quiacutemica enzimaacutetica o inmunoloacutegica) desde
el lugar de administracioacuten hasta el sitio de accioacuten [2 4-7] Los sistemas
transportadores han sido clasificados de acuerdo a su naturaleza quiacutemica o a su
tamantildeo pero en las uacuteltimas deacutecadas son aquellos denominados
nanotransportadores los que han mostrado los resultados maacutes promisorios en el
desarrollo de sistemas vectorizados de transporte y liberacioacuten de faacutermacos para el
tratamiento especiacutefico de enfermedades
Los nanotransportadores son sistemas que se caracterizan por ser de tamantildeo
nanomeacutetrico donde sus medidas pueden fluctuar entre 1 y 100 nm en una o maacutes
de sus dimensiones [8 9] (ver Figura 1) La adsorcioacuten del faacutermaco ocurre
generalmente al interior de cavidades del nanotransportador las cuaacuteles permiten
2
alojar las moleacuteculas de faacutermaco en un fenoacutemeno que se describe como
encapsulacioacuten [10 11] Dentro de los nanotransportadores de faacutermacos que
cumplen con estos requisitos se encuentran aqueacutellos que se basan en sistemas
inorgaacutenicos orgaacutenicos y aqueacutellos denominados hiacutebridos que son una mezcla de
ambos
De la familia de transportadores basados en nanomateriales (NM) inorgaacutenicos se
pueden mencionar algunos como nanotubos de carbono (CNTs) [12] nanotubos
de oacutexidos inorgaacutenicos como TiO2 [13] y Al2O3 [14] nanopartiacuteculas de oacutexidos
inorgaacutenicos como SiO2 [15] y Fe3O4 [16] entre otros La principal caracteriacutestica de
estos sistemas es su nula solubilidad en el plasma sanguiacuteneo La habilidad de
adsorber faacutermacos de estos materiales viene dada principalmente porque
disponen de un aacuterea superficial y porosidad que permiten el alojamiento del
faacutermaco al interior de los poros lo que ralentiza su liberacioacuten una vez internalizado
en el hueacutesped
Figura 1 Algunos tipos de nanomateriales utilizados en el transporte de faacutermacos
y para diagnoacutestico e imagen [17]
Los NM orgaacutenicos tambieacuten se han considerado una buena alternativa para su uso
como sistemas nanotransportadores de faacutermacos de los que se pueden mencionar
a los dendriacutemeros [18] micelas [19] poliacutemeros [20] y liposomas [21] entre otros A
diferencia de los materiales inorgaacutenicos los nanomateriales orgaacutenicos pueden
Poliacutemero lineal Quantum Dots Nanopartiacutecula
Micela polimeacuterica Liposoma Dendriacutemero
3
actuar de forma soluble o insoluble en el plasma sanguiacuteneo El principio de
adsorcioacuten se basa en la diferencia de afinidad del faacutermaco frente al medio
dispersante De forma general faacutermacos que son poco solubles en agua se
adsorben de forma efectiva en sistemas que posean cavidades hidroacutefobas
Los sistemas nanotransportadores hiacutebridos nacen de la necesidad de combinar
propiedades de los sistemas inorgaacutenicos yo orgaacutenicos con el fin de producir un
NM que muestre una alta sinergia entre ambos componentes en el proceso de
adsorcioacuten y liberacioacuten de faacutermacos [1314 22] Dependiendo de la naturaleza del
sistema hiacutebrido se pueden clasificar en hiacutebridos inorgaacutenicoinorgaacutenico [23]
hiacutebridos inorgaacutenicoorgaacutenico [24] e hiacutebridos orgaacutenicoorgaacutenico [25]
11 Nanomateriales magneacuteticos
Dentro de los NM inorgaacutenicos maacutes interesantes se encuentran las
nanoestructuras de oacutexidos hierro El oacutexido de hierro existe en la naturaleza en tres
fases magnetita (Fe3O4) maghemita (γ-Fe2O3) y hematita (α-Fe2O3) [26] La
magnetita presenta las propiedades maacutes interesantes entre todos los demaacutes
oacutexidos de hierro debido a la presencia de cationes de hierro en dos estados de
valencia (Fe2+ y Fe3+) en su estructura cubica centrada en la cara de tipo espinela
(AB2O4) inversa En ella el oxiacutegeno forma un empaquetado cuacutebico compacto
donde la mitad de los cationes Fe3+ ocupan sitios tetraeacutedricos (A) mientras que la
otra mitad de Fe3+ y los cationes Fe2+ ocupan los sitios octaeacutedricos (B) [27] lo cual
le confiere susceptibilidad magneacutetica
El nuacutemero de cationes Fe3+ en cada sitio de la red cristalina (tetraeacutedrico y
octaeacutedrico) es el mismo pero con direcciones opuestas del espiacuten magneacutetico por
lo tanto los momentos magneacuteticos de los cationes Fe3+ se anulan entre siacute como
resultado los cationes Fe2+ son los responsables del momento magneacutetico neto en
la magnetita Por lo cual la magnetita posee un comportamiento ferrimagneacutetico es
decir los espines magneacuteticos son antiparalelos y sus magnitudes son desiguales
4
El comportamiento de este material magneacutetico puede cambiar draacutesticamente
dependiendo del tamantildeo A medida que el tamantildeo de la estructura disminuye los
multidominios magneacuteticos cambian hasta obtener una estructura conformada por
un solo dominio magneacutetico [27-29] dando como resultado una nueva propiedad
magneacutetica denominada superpara-magnetismo Esta propiedad se define como la
capacidad de ciertos NM magneacuteticos que poseen alta susceptibilidad y saturacioacuten
de magnetizacioacuten bajo la influencia de un campo magneacutetico las que pierden
completamente una vez que se elimina el campo magneacutetico lo que resulta una
remanencia magneacutetica y coercitividad de cero [30] Debido a su baja toxicidad y
alta biocompatibilidad ademaacutes de la alta estabilidad mecaacutenica teacutermica y quiacutemica
la magnetita ha atraiacutedo mucho la atencioacuten para aplicaciones biomeacutedicas tales
como resonancia magneacutetica hipertermia magneacutetica terapia del caacutencer liberacioacuten
controlada de faacutermacos ingenieriacutea de tejidos entre otras [29-32]
Muchos esfuerzos tambieacuten se han llevado a cabo en la siacutentesis y propiedades de
las nanoestructuras de oacutexido de hierro con morfologiacuteas bien definidas como
nanocristales poliedros cubos varillas tubos entre otros [26] Varios meacutetodos
sinteacuteticos han sido reportados para la preparacioacuten de nanopartiacuteculas de oacutexido de
hierro que incluyen co-precipitacioacuten irradiacioacuten de ultrasonido siacutentesis
solvotermal siacutentesis hidrotermal microemulsioacuten siacutentesis viacutea microondas y la
descomposicioacuten teacutermica [33] La siacutentesis hidrotermal es una ruta de precipitacioacuten
en fase acuosa que se lleva a cabo en reactores que soportan altas presiones y
temperaturas la que se emplea ampliamente para sintetizar nanoestructuras
funcionales con formas especiacuteficas [26 27] ya que es un proceso simple y de alto
rendimiento con el cual se obtienen nano-arquitecturas de tamantildeo y morfologiacutea
reproducible [31]
Jia y colaboradores han reportado un proceso sencillo para producir nanoanillos
de Fe3O4 en el cual se utiliza la ruta hidrotermal con la participacioacuten de los
aniones dobles SO42- y H2PO4
- como controladores de la morfologiacutea para producir
Fe2O3 como base estructural el cual es sometido a un tratamiento de reduccioacuten en
5
atmoacutesfera de H2 para producir el material en base a magnetita [34] Este meacutetodo
abre la posibilidad de crear una gama de estructuras tridimensionales variando las
relaciones de iones SO42-H2PO4
- durante el tratamiento de siacutentesis hidrotermal
[34] Se ha demostrado que los iones SO42- tienen el efecto de aumentar el
tamantildeo de partiacutecula debido a que aumenta la superficie de las nanoestruturas
Fe2O3 formadas [35] La presencia de iones H2PO4- es el factor crucial que induce
la formacioacuten de una estructura tubular producto de la adsorcioacuten selectiva de iones
fosfato en la superficie de las partiacuteculas de Fe2O3 y su capacidad de coordinar con
los iones feacuterricos [36] Estas estructuras tubulares o nanotubos magneacuteticos (NT-
Fe3O4) no soacutelo conservan el fondo y la forma de una nanovarilla tambieacuten
proporcionan cavidad interna que lo proyectan como un material que permite la
encapsulacioacuten y liberacioacuten controlada de faacutermacos oligoacutemeros supramoleacuteculas
yo macromoleacuteculas entre otras especies [37] las cuales se pueden transportar
de forma segura en el sistema in vivo evitando la degradacioacuten hidroliacutetica o la
precipitacioacuten de faacutermacos hidroacutefobos durante la entrega en el sitio especiacutefico
La principal ventaja de los NT-Fe3O4 como transportadores de faacutermacos es que
pueden poseer la propiedad del para- o superpara-magnetismo para realizar un
seguimiento de la administracioacuten de faacutermacos El traslado de los NTs puede ser
controlado por un campo magneacutetico externo dirigieacutendolo de forma especiacutefica a los
sitios fisioloacutegicos de accioacuten [38] La combinacioacuten de las propiedades magneacuteticas
con una estructura tubular hace de los NT-Fe3O4 un candidato ideal como
nanotransportador empleado en aplicaciones biomeacutedicas La principal limitante
para el empleo de este tipo de sistemas es el tipo de moleacuteculas que pueden ser
adsorbidas ya que en general se ha observado que moleacuteculas de pequentildeo
tamantildeo no son adsorbidas en forma eficiente [34 39]
Una forma de poder superar la baja capacidad de adsorcioacuten de faacutermacos por parte
de los NT-Fe3O4 es generando sistemas hiacutebridos que sean capaces de incorporar
una segunda unidad que incrementen su capacidad de adsorcioacuten Esto se puede
conseguir recubriendo al NT-Fe3O4 con un segundo componente generalmente de
6
naturaleza orgaacutenica obtenido de una fuente natural o sinteacutetica proveyendo
nanoestructuras hibridas con propiedades mejoradas frente a sus componentes
puros La asociacioacuten del componente orgaacutenico con el NM inorgaacutenico puede
realizarse empleando 3 rutas tal como se muestra en la Figura 2
(a) (b) (c)
Figura 2 Esquemas de asociacioacuten componente orgaacutenico en soportes soacutelidos (a)
Adsorcioacuten (b) Adsorcioacuten por formacioacuten de pares ioacutenicos y (c) Anclaje por enlace
covalente
La asociacioacuten por formacioacuten de enlaces covalentes ha sido la teacutecnica maacutes
prometedora y puede llevarse a cabo gracias al uso de moleacuteculas intermediarias
denominadas agentes de acople los cuales son capaces de modificar la superficie
de un soacutelido inorgaacutenico y a su vez unirse covalentemente al estabilizante a traveacutes
de una funcioacuten orgaacutenica reactiva Algunos agentes de acople (AAC) se pueden
clasificar en cuatro grupos aacutecidos carboxiacutelicos poliacutemeros silanos y moleacuteculas
organofosforadas Los AAC del tipo silano son los maacutes utilizadas en los NM
inorgaacutenicos la formula general de este tipo AAC muestra dos clases de
funcionalidades (R1-(CH2)n-Si-(R2)3) Los grupos R1 representan al grupo orgaacutenico
funcional como NH2 SH epoxi metacrilato etc y los grupos R2 representan a un
grupo funcional hidrolizable tal como OCH3 OCH2CH3 o Cl [40 41]
7
Debido a que la superficie de NM inorgaacutenicos de tipo oacutexido poseen grupos
hidroxilos (-OH) eacutestos se utilizan como sitios de reaccioacuten para el proceso de
anclaje El proceso de acoplamiento se logra a traveacutes de la reaccioacuten quiacutemica
entre los grupos trialcoacutexido del AAC y los grupos hidroxilos superficiales del NM
inorgaacutenico [41] tal como se muestra en el esquema de la Figura 3
Figura 3 Esquema de anclaje del AAC en el soporte [42]
Dependiendo de la naturaleza de la moleacutecula orgaacutenica a anclar hay dos formas de
incorporarla en la superficie del soporte anclaje de AAC en la superficie del NM y
posterior reaccioacuten con la moleacutecula de intereacutes o reaccioacuten previa entre moleacutecula y
AAC para realizar el posterior anclaje en la superficie del NM
En este contexto se ha propuesto que la utilizacioacuten de sistemas
nanotransportadores hiacutebridos podriacutean mejoran las variadas limitaciones que
presentan la mayoriacutea de los sistemas nanotransportadores basados en materiales
inorgaacutenicos con baja capacidad de adsorcioacuten Algunos sistemas hiacutebridos
8
propuestos para la adsorcioacuten de faacutermacos han sido nanopartiacuteculas de siacutelice
funcionalizadas con poliacutemeros que contienen guanidina donde se ha estudiado el
comportamiento de carga y liberacioacuten de doxorrubicina y sulfasalazina [22]
nanopartiacuteculas de ZnO-poli(N-isopropilacrilamida) en las cuales se ha estudiado la
liberacioacuten del faacutermaco doxorrubicina en ceacutelulas tumorales [43] nanotubos de
carbono-dendriacutemero los cuales han permitido el aumento significativo de la
solubilidad del faacutermaco carvedilol [44] nanotubos de TiO2 y Al2O3 acoplados a
dendriacutemeros PAMAM cuyo objetivo es combinar las propiedades de adsorcioacuten y
liberacioacuten de metotrexato silibinina y curcumina [13 14]
12 Dendriacutemeros
En el uacuteltimo tiempo ha habido un creciente intereacutes en el uso de macromoleacuteculas
sinteacuteticas en base a poliacutemeros de masa molar controlada y estructura quiacutemica
definida como vectores en la administracioacuten controlada de faacutermacos y otras
aplicaciones terapeacuteuticas o de diagnoacutestico donde se destacan los dendriacutemeros
[45] Los dendriacutemeros son una clase de macromoleacuteculas polimeacutericas de forma
globular altamente ramificadas y monodispersas que constan de un nuacutecleo
central a partir del cual se originan una serie de ramificaciones La palabra
dendriacutemero deriva del teacutermino griego dendron que significa aacuterbol y meros es
decir parte La estructura de un dendriacutemero incluye tres partes un nuacutecleo central
unidades ramificadas y grupos superficiales Las unidades ramificadas estaacuten
dispuestas en capas denominadas generaciones (G) y la zona de la cual emergen
estas ramificaciones se conoce como nodo [23] tal como se muestra en la Figura
4 El tamantildeo de los dendriacutemeros variacutea entre 10-130 Aring de diaacutemetro dependiendo
de la generacioacuten del dendriacutemero [45-47] A pesar de su gran tamantildeo molecular
muestran una muy baja polidispersidad en comparacioacuten con los poliacutemeros
sinteacuteticos tradicionales [48]
La principal ventaja de los dendriacutemeros es que de acuerdo a su estructura
quiacutemica poseen cavidades hidrofoacutebicas caraacutecter que se acentuacutea a medida que
9
crece la generacioacuten del dendriacutemero Esta propiedad favorece la adsorcioacuten de
faacutermacos poco solubles en su interior destacaacutendolos como agentes de transporte
para faacutermacos poco solubles [49-52]
Figura 4 Esquema general de la estructura de un dendriacutemero
Fuente Elaboracioacuten propia
Por otra parte estos nanotransportadores poseen en su superficie un nuacutemero
definido de grupos funcionales (amino carboxilo hidroxilo etc) los que le
confieren una gran versatilidad ya que no soacutelo poseen capacidad para la
adsorcioacuten de faacutermacos en la cavidad interna de la macromoleacutecula sino que al
mismo tiempo los grupos funcionales superficiales permiten realizar
modificaciones brindaacutendoles una alta capacidad de vectorizacioacuten [17 53]
Los dendriacutemeros poliamidoaminas (PAMAM) fueron la primera familia de
dendriacutemeros sintetizados y caracterizados [54] siendo uno materiales de mayor
intereacutes en estudios de nanotransportadores en relacioacuten a su biocompatibilidad Los
dendriacutemeros PAMAM estaacuten constituidos por un nuacutecleo de 12-etilendiamina y
ramificaciones de poliamidoamina [48] En solucioacuten acuosa estos poliacutemeros se
comportan como polielectrolitos ya que las aminas terciarias presente en la
cavidad interna (pKa 30 ndash 60) y las aminas primarias superficiales del dendriacutemero
Nuacutecleo
Ramas
Punto divergente
Grupos funcionales
superficiales
10
(pKa 94 ndash 97) pueden ser protonadas a diferentes pH [13 51] lo cual conlleva a
un cambio en la conformacioacuten tamantildeo y carga del dendriacutemero Los dendriacutemeros
PAMAM estaacuten disponibles comercialmente hasta la deacutecima generacioacuten (G10) Los
de baja generacioacuten (G1-G3) son poco sensibles a los cambios frente a variaciones
de pH poseen conformaciones abiertas [55] y cavidades internas que permiten la
encapsulacioacuten de faacutermacos hidroacutefobos mientras que los grupos superficiales
estaacuten disponibles para interacciones electrostaacuteticas o conjugacioacuten covalente En la
Figura 5 se observa un dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten (G3)
Figura 5 Dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten (G3) Fuente Elaboracioacuten
propia
En la Tabla 1 se puede observar algunas propiedades de los PAMAM A medida
que aumenta la generacioacuten del dendriacutemero hay un aumento progresivo de su
11
tamantildeo (aprox 10 nm en cada generacioacuten) y como consecuencia se observa un
incremento exponencial en el nuacutemero de grupos aminos superficiales
Los dendriacutemeros PAMAM han demostrado ser efectivos como
nanotransportadores de faacutermacos pues poseen baja citotoxicidad son
biodegradables y no inmunogeacutenicos por lo menos hasta la generacioacuten 5 [56 57]
Tabla 1 Impacto en la masa molecular y en el tamantildeo de los dendriacutemeros
PAMAM seguacuten crece la generacioacuten [48]
Dendriacutemeros
PAMAM
generacioacuten
Masa molecular
(kDa)
Diaacutemetro en
nanoacutemetros (nm)
Nuacutemero de
grupos en
superficie
0 0517 15 4
1 1430 22 8
2 3256 29 16
3 6909 36 32
4 14215 45 64
5 28826 54 128
6 58048 67 256
7 116493 81 512
8 233383 97 1024
9 467162 114 2048
10 934720 135 4096
Algunos ejemplos reportados en bibliografiacutea han demostrado el aumento de la
solubilidad de algunos faacutermacos poco solubles en medio acuoso como nifedipina
adsorbida en PAMAM-G3 y PAMAM-G4 [58] aacutecido mefenaacutemico adsorbida en
PAMAM-G2 y PAMAM-G3 [51] piroxicam en PAMAM-G3 [59] metotrexato y
adriamicina en complejos PAMAM-G3-pegilado y PAMAM-G4-pegilado [60] entre
otros
12
La principal aplicacioacuten de los PAMAM como nanotransportadores ha sido en la
adsorcioacuten y liberacioacuten de faacutermacos antineoplaacutesicos [61] Lamentablemente los
sistemas PAMAM no muestran especificidad como para considerarlos potenciales
candidatos para terapias dirigidas en el tratamiento de enfermedades sin ser
previamente vectorizados Es por esto que la investigacioacuten que se ha desarrollado
en los uacuteltimos 10 antildeos ha estado focalizada en la siacutentesis de nanotransportadores
PAMAM modificados con algunas moleacuteculas capaces de conferirle especificidad
en orden a aumentar la liberacioacuten de los faacutermacos adsorbidos en la zona donde se
encuentran los receptores farmacoloacutegicos para asiacute disminuir al miacutenimo su
concentracioacuten en otras zonas del organismo [62 63] Ademaacutes variados estudios
han mostrado que los dendriacutemeros PAMAM poseen una limitada capacidad de
adsorcioacuten de faacutermacos soacutelo de unos cuantos miligramos de faacutermaco por gramo de
dendriacutemero Esto unido a la raacutepida liberacioacuten de las moleacuteculas de faacutermacos bajo
condiciones fisioloacutegicas impone el desarrollo de nuevas estrategias para el disentildeo
de nanotransportadores de faacutermacos en base a dendriacutemeros PAMAM
13 Nanomateriales hiacutebridos oacutexido inorgaacutenicoPAMAM
Dada la capacidad de adsorber faacutermacos del sistema PAMAM y su habilidad de
poder sufrir modificaciones en sus grupos aminos superficiales es que se ha
considerado como un componente que mejorariacutea la capacidad de adsorcioacuten de
faacutermacos poco solubles en sistemas inorgaacutenicos De acuerdo a la experiencia del
grupo de investigacioacuten se sabe que la preparacioacuten de nanotransportadores
hiacutebridos en base a nanotubos de TiO2 y Al2O3 acoplados con dendriacutemeros
PAMAM G3 han demostrado un incremento en la capacidad de adsorcioacuten de
faacutermacos poco solubles como metotrexato silibinina y curcumina [13 14]
En base a las evidencias previas reportadas en relacioacuten al empleo de materiales
hiacutebridos en base a nanotubos de oacutexidos inorgaacutenicos acoplados a dendriacutemeros
PAMAM y las caracteriacutesticas de NM del tipo NT-Fe3O4 es que se ha propuesto la
siacutentesis caracterizacioacuten y evaluacioacuten de la capacidad de adsorcioacuten de faacutermacos
13
de materiales en base a NT-Fe3O4 acoplados a PAMAM G3 los que podriacutean
constituir sistemas con una capacidad de adsorcioacuten superior respecto del NT-
Fe3O4 ademaacutes de exhibir propiedades para- o superpara-magneacuteticas que le
confeririacutean la capacidad de ser magneto-dirigido a los sitios de accioacuten Se espera
realizar la inmovilizacioacuten por medio de la unioacuten covalente entre el NT-Fe3O4 y
PAMAM mediada por un agente de acople de tipo 3-glicidoxipropil-trimetoxisilano
(GPTMS) Los estudios de adsorcioacuten se hicieron con dos faacutermacos poco solubles
como modelos silibinina (SIL) y piroxicam (PRX) empleando como adsorbentes
NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM G3
14
2 HIPOacuteTESIS
La inmovilizacioacuten covalente del dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten en un
NT magneacutetico en base a Fe3O4 permitiraacute adsorber efectivamente faacutermacos que
poseen baja solubilidad en agua
3 OBJETIVOS
31 OBJETIVO GENERAL
Sintetizar un nanotransportador hiacutebrido Fe3O4-PAMAM (G3) con la capacidad de
adsorber faacutermacos con baja solubilidad en agua
32 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
Sintetizar y caracterizar una nanoestructura magneacutetica basada en nanotubos
de Fe3O4 obtenidos por una reduccioacuten de nanotubos Fe2O3
Funcionalizar la nanoestructura magneacutetica con agente de acople por medio de
enlaces covalentes
Obtener un nanomaterial hiacutebrido basado en la inmovilizacioacuten covalente del
dendriacutemero PAMAM en la nanoestructura magneacutetica funcionalizada
Estudiar la adsorcioacuten de los faacutermacos piroxicam y silibinina en el nanomaterial
hiacutebrido
15
4 PARTE EXPERIMENTAL
41 Siacutentesis de los nanotransportadores
411 Siacutentesis de nanotubos de magnetita (Fe3O4)
Para la obtencioacuten de estos nanotubos magneacuteticos primero se realizoacute la siacutentesis de
nanotubos de hematita (α-Fe2O3) como precursor de forma los que fueron
obtenidos por tratamiento hidrotermal de una mezcla de disoluciones de
FeCl36H2O (JTBakerreg) NH4H2PO4 (Sigma-Aldrichreg) y Na2SO4 (Merckreg) de
acuerdo al trabajo reportado por Jia y colaboradores [34] Las relaciones molares
empleadas de la sal precursora y los agentes directores de estructura fueron
FeCl3NH4H2PO4Na2SO4 36121 las que se prepararon en agua desionizada y se
llevaron a un autoclave de 100 mL de capacidad La mezcla se calentoacute a 220degC
durante 48h El precipitado obtenido se separoacute por centrifugacioacuten y se lavoacute tres
veces con agua desionizada y etanol absoluto (Merckreg) respectivamente Despueacutes
el soacutelido se secoacute en una estufa a vaciacuteo por 12h a 80degC para obtener los nanotubos
de Fe2O3 Finalmente los NT-Fe3O4 fueron obtenidos por reduccioacuten de los NT-
Fe2O3 a 360degC bajo flujo continuo de H2 5vv en Ar durante 5h en una rampa de
calentamiento de 1degCmin El rendimiento de la siacutentesis fue de un 91
412 Funcionalizacioacuten de NT-Fe3O4 con el agente de acople
3-glicidoxipropil-trimetoxisilano
Los NT-Fe3O4 se dispersaron en tolueno (Merckreg) seco el cual fue previamente
desgasificado con N2 por 1h en un reactor de vidrio provisto de agitacioacuten mecaacutenica
y atmoacutesfera controlada (ver Figura 6) Al tolueno se agregoacute 1 g de NT- Fe3O4
formando una dispersioacuten negra la que se calentoacute hasta alcanzar la temperatura de
ebullicioacuten Una vez alcanzada la temperatura deseada se inyectoacute el agente de
acople 3-glicidoxipropil-trimetoxisilano (GPTMS 98 Aldrichreg) en relacioacuten 1 mL
GPTMS por 1 g de soporte [13 14] La reaccioacuten se mantuvo a reflujo por 24h Una
16
vez obtenido NT-Fe3O4-GPTMS se lavoacute con acetona (Merckreg) para eliminar el
exceso de GPTMS y se secoacute en estufa a vaciacuteo por 12h a 40degC El rendimiento de
la reaccioacuten acople se determinoacute por medio de anaacutelisis termogravimeacutetrico el cual se
adjunta en la seccioacuten 512
Figura 6 Sistema de reaccioacuten para realizar las modificaciones superficiales de NT-
Fe3O4 Fuente Elaboracioacuten propia
413 Acoplamiento de NT-Fe3O4-GPTMS con dendriacutemero PAMAM
En un reactor de vidrio provisto de agitacioacuten mecaacutenica (Figura 6) se agregaron
050 g de NT-Fe3O4-GPTMS con 25 mL de dimetilsulfoacutexido (DMSO Merckreg) seco
generaacutendose una dispersioacuten negra que se agitoacute durante 1h en N2 a 40degC
Posteriormente se disolvioacute 863 mg de dendriacutemero PAMAM G3 (20 mm en
metanol Sigma-Aldrichreg) seco en 5 mL de DMSO seco y se agregoacute al sistema de
reaccioacuten el cual se mantuvo en agitacioacuten mecaacutenica y a 40degC por un periodo de
48h El material obtenido se lavoacute exhaustivamente con metanol (Merckreg) para
eliminar los restos de DMSO y PAMAM adsorbidos Por uacuteltimo el soacutelido NT-Fe3O4-
PAMAM se secoacute al vaciacuteo a 40degC por un periodo de 24h El rendimiento de la
reaccioacuten conjugacioacuten se determinoacute por medio de anaacutelisis termogravimeacutetrico el cual
se adjunta en la seccioacuten 512
17
42 Caracterizacioacuten de los sistemas
421 Espectroscopia de Infrarrojo con Transformada de Fourier (FT-IR)
Un espectro IR se obtiene al pasar radiacioacuten IR a traveacutes de una muestra y
determinar que fraccioacuten de esta radiacioacuten incidente ha sido absorbida La energiacutea
particular a la que aparece cada banda en el espectro guarda relacioacuten con la
frecuencia de vibracioacuten de una parte de la moleacutecula Los espectros en la regioacuten
infrarroja estaacuten asociados a las transiciones entre niveles de energiacutea vibracional
estos niveles corresponden a vibraciones tensioacuten-contraccioacuten (stretching) y
flexiones (bending) de los enlaces y otros movimientos complejos de las moleacuteculas
[64] La regioacuten IR del espectro electromagneacutetico se encuentra entre 14290-10 cm-1
El intervalo que abarca la espectroscopia infrarroja puede dividirse en tres
regiones IR cercano (NIR) 14290-4000 cm-1 IR medio 4000-400 cm-1 IR lejano
400-10 cm-1 siendo en el IR medio donde se dan la mayoriacutea de las aplicaciones
analiacuteticas tradicionales
En los experimentos comunes de FT-IR un haz de luz infrarroja atraviesa la
muestra y se registra la cantidad de energiacutea absorbida a cada longitud de onda
Esto puede lograrse barriendo el espectro con un haz de luz monocromaacutetico el
cual cambia su longitud de onda a traveacutes del tiempo o usando una transformada de
Fourier para medir todas las longitudes de onda a la vez como se muestra en la
Figura 7 A partir de esto se obtiene un espectro de transmitancia o absorbancia
el cual permite una interpretacioacuten de la naturaleza de los enlaces quiacutemicos
presentes La teacutecnica de FTIR se ha utilizado para estudiar materiales de tamantildeo
nanoescala como moleacuteculas funcionales injertadas covalentemente en nanotubos
de carbono [65] y nanotubos de TiO2 acoplados a dendriacutemero PAMAM [13]
18
Figura 7 Esquema del equipamiento de un FT-IR Fuente Elaboracioacuten propia
Equipamiento
Los materiales puros e hiacutebridos se analizaron en el equipo Nicolet marca Nexus
FT-IR en la zona del IR medio usando como blanco pastilla KBr Para ello se
homogeneizoacute 1 mg de muestra en 100 mg KBr seguido por la obtencioacuten de la
pastilla en prensa hidraacuteulica por uacuteltimo se colocoacute en el portamuestra la pastilla y se
midioacute el espectro a temperatura ambiente barriendo nuacutemeros de onda en el
intervalo medio (4000-400 cm-1) y con un nuacutemero de acumulaciones de 64 scan
422 Difraccioacuten de Rayos X (DRX)
Los rayos X son una forma de radiacioacuten electromagneacutetica que tiene elevada
energiacutea y corta longitud de onda del orden de los espacios interatoacutemicos de los
soacutelidos Cuando un haz de rayos X atraviesa un soacutelido la radiacioacuten se dispersa al
interaccionar con los electrones de los aacutetomos En este caso cada capa de aacutetomos
reflejara parte del haz de rayos X los haces reflejados en las capas sucesivas de
aacutetomos del soacutelido pueden presentar ondas que en una determinada direccioacuten
concuerdan en fase con las ondas reflejadas por otras capas es decir se produce
una interferencia constructiva a este fenoacutemeno se le llama difraccioacuten de rayos X
19
La difraccioacuten de rayos X se puede describir simplemente como la reflexioacuten de un
haz de rayos X incide sobre los planos cristalinos de una muestra soacutelida
empleando la ley de Bragg tal como se muestra en la Figura 8 [64]
Figura 8 Difraccioacuten de Rayos X producida por los diferentes planos de un cristal
Fuente Elaboracioacuten propia
La teacutecnica de difraccioacuten maacutes comuacuten utiliza una muestra pulverizada o policristalina
consistente en muchas partiacuteculas diminutas y orientadas al azar que se exponen a
una radiacioacuten de rayos X monocromaacutetica Como cada partiacutecula de polvo es un
cristal teniendo una gran cantidad de ellos orientados libremente se asegura que
algunas partiacuteculas esteacuten orientadas adecuadamente para que sus planos
cristalograacuteficos cumplan las condiciones para la difraccioacuten y de esta forma obtener
perfiles de difraccioacuten tiacutepicos de cada material
Equipamiento
En este estudio se utilizoacute el difractoacutemetro Rigaku modelo Geigerflex II empleando
el meacutetodo de polvo y usando como estaacutendar interno silicio (cuarzo) La muestra
previamente pulverizada se coloca en un porta objeto para ser irradiado con la
liacutenea κα1 del anticaacutetodo de Fe (λ 19360 Aring) a 35kV y 15mA usando un filtro de
manganeso para eliminar la liacutenea de κβ
20
423 Microscopiacutea Electroacutenica de Transmisioacuten (TEM)
La teacutecnica maacutes utilizada para la caracterizacioacuten de nanomateriales es la
microscopia electroacutenica de transmisioacuten (TEM) la que ofrece imaacutegenes directas de
los nanomateriales con una resolucioacuten espacial hasta el nivel de las dimensiones
atoacutemicas 10-9 m [66] El fundamento del TEM se basa en un haz de electrones que
manejados a traveacutes de lentes electromagneacuteticas se proyecta sobre una muestra
muy delgada situada en una columna de alto vaciacuteo Electrones que atraviesan la
muestran son recogidos y focalizados por la lente objetivo generando una imagen
intermedia ampliada La imagen es ampliada auacuten maacutes gracias a las lentes
proyectoras las cuales controlan la ampliacioacuten de la imagen en la pantalla
fluorescente como se muestra de forma esquemaacutetica en la Figura 9 [67] El TEM
mejora los anaacutelisis morfoloacutegicos y estructurales de nanomateriales ademaacutes
proporciona una mejor resolucioacuten espacial y la capacidad para mediciones
analiacuteticas adicionales [66]
Equipamiento
Las muestras analizadas fueron previamente tratadas tomando una pequentildea
porcioacuten del soacutelido el que se molioacute y disgregoacute en un mortero de aacutegata hasta obtener
un polvo fino Eacuteste se dispersoacute en una mezcla de etanolagua (50 vv) y se
sembroacute en una gradilla de cobre recubierta por una capa de carboacuten y colodioacuten Las
muestras fueron analizadas en un microscopio TEM modelo JEOL JEM -1200EX
II con una resolucioacuten de 5Aring a 120Kv las imaacutegenes obtenidas fueron trabajadas en
el software ImageJ donde se determinaron los diaacutemetros promedio y el largo
promedio de las partiacuteculas empleando la data estadiacutestica entregada directamente
por el software
21
Figura 9 Esquema de un microscopio electroacutenico de transmisioacuten Fuente
Elaboracioacuten propia
424 Microscopia Electroacutenica de Barrido (SEM)
La microscopia electroacutenica de barrido (SEM) es una teacutecnica que permite la
observacioacuten y caracterizacioacuten superficial de materiales inorgaacutenicos y orgaacutenicos
entregando informacioacuten morfoloacutegica del material analizado ademaacutes del
procesamiento y anaacutelisis de imaacutegenes obtenidas Las principales utilidades del
SEM son su alta resolucioacuten la gran profundidad de campo que resuelve una
imagen tridimensional de la muestra y la relativa sencillez de preparacioacuten de las
muestras [66 68] La imagen entregada por el SEM se genera por la interaccioacuten de
un haz de electrones que barre un aacuterea determinada sobre la superficie de la
muestra tal como se muestra la Figura 10 La teacutecnica consiste en hacer incidir en
la muestra un haz de electrones Este bombardeo de electrones provoca la
aparicioacuten de diferentes sentildeales que captadas con detectores adecuados
proporcionan informacioacuten acerca de la naturaleza de la muestra
22
Figura 10 Esquema de un microscopio electroacutenico de barrido Fuente Elaboracioacuten
propia
Equipamiento
Las materiales se analizaron tomando 10 mg de muestra deposinatnadolos en un
porta objeto de aluminio y posteriormente fue analizado en microscopio SEM
modelo JEOL JSM-6380LV
425 Anaacutelisis Termogravimeacutetrico (TGA)
El anaacutelisis termogravimeacutetrico (TGA) es una teacutecnica que consiste en la medida
continua en funcioacuten de la temperatura de la ganancia o peacuterdida de la masa de un
compuesto en una atmoacutesfera determinada [69] Este anaacutelisis suministra
informacioacuten acerca de la estabilidad teacutermica y la composicioacuten porcentual de la
muestra original La instrumentacioacuten utilizada en termogravimetriacutea se denomina
termobalanza y consta baacutesicamente de cinco elementos balanza de precisioacuten
horno calefactor controlado por un programador sensor de temperatura (termopar)
sistema de admisioacuten de gases y sistema de adquisicioacuten de datos Las condiciones
requeridas para la balanza son anaacutelogas a cualquier balanza analiacutetica exactitud
sensibilidad y reproducibilidad
23
Equipamiento
Las muestras fueron llevadas a un analizador teacutermico modelo TGASDTA 851e
Los perfiles de descomposicioacuten teacutermica se barrieron entre 25-1000degC a una
velocidad de calentamiento de 5degC min-1 en un flujo de 20 mLmin-1 de N2 u O2
empleando un crisol de Al2O3
426 Isotermas de Adsorcioacuten-Desorcioacuten de N2 a -196degC
La caracterizacioacuten superficial de materiales porosos como oacutexidos metaacutelicos
zeolitas o poliacutemeros orgaacutenicos mediante isotermas de adsorcioacuten-desorcioacuten permite
determinar paraacutemetros tales como el aacuterea superficial el volumen y la distribucioacuten
del tamantildeo de poros [13 70] Cualquier material soacutelido que contiene cavidades
canales o intersticios puede ser considerado como poroso (Figura 11) Los poros
se pueden clasificar en cerrados y abiertos Los cerrados son aquellos que influyen
en propiedades macroscoacutepicas como densidad o resistencia mecaacutenica pero no
son accesibles a procesos de adsorcioacuten Los abiertos a su vez se pueden
clasificar seguacuten su forma o manera de conexioacuten con el exterior La rugosidad de la
superficie externa de la muestra se distingue de la porosidad en que su
profundidad es menor que su anchura
Figura 11 Representacioacuten esquemaacutetica de un soacutelido poroso [71]
24
La estructura porosa se analiza mediante isotermas de adsorcioacuten de gases Esta
consiste en la adsorcioacuten fiacutesica de un gas (adsorbato) sobre un soacutelido (adsorbente)
a una temperatura dada para distintas presiones relativas de gas
Los adsorbatos maacutes utilizados son el N2 CO2 CO NO benceno y algunos
hidrocarburos alifaacuteticos de cadena corta La adsorcioacuten de N2 a -196degC (77 K) es la
maacutes utilizada debido a que cubre todo el rango de porosidad e interacciona
deacutebilmente con la mayoriacutea de los soacutelidos Ademaacutes la misma isoterma puede ser
utilizada para el anaacutelisis del tamantildeo de poro y para superficie especifica empleando
una variedad de modelos El modelo maacutes usado es el de Brunauer-Emett-Teller
(BET) el cual se basa en dos hipoacutetesis principales a) la superficie del adsorbente
se supone uniforme y no porosa b) las moleacuteculas del gas se adsorben sobre la
superficie en capas sucesivas completas o no en equilibrio dinaacutemico entre siacute y
con las moleacuteculas del gas [72 73]
Equipamiento
Los valores de superficie especiacutefica se obtuvieron a partir de las isotermas de
adsorcioacuten de nitroacutegeno a -196degC realizados en un equipo automaacutetico Micromeritics
modelo ASAP 2010 en el rango de presioacuten relativa de 005-03 Se utilizoacute el meacutetodo
BET para calcular las superficies especiacuteficas utilizando la parte lineal del graacutefico de
acuerdo con las recomendaciones de la IUPAC El volumen de poro y las
distribuciones de tamantildeo de poro fueron calculados a partir de las ramas de
desorcioacuten de las isotermas utilizando el meacutetodo de Barret-Joyner-Halenda (BHJ)
427 Magnetizacioacuten del material
Cuando un material se expone a un campo magneacutetico el giro de sus electrones
producen un momento magneacutetico paralelo al campo al que estaacute expuesto esto es
en el material se ha inducido una magnetizacioacuten (M) que es proporcional al campo
magneacutetico externo (H)
25
En la Figura 12 se observa la curva de magnetizacioacuten de un material
ferromagneacutetico que corresponde a un graacutefico de la magnetizacioacuten (M) frente a un
campo aplicado (H) Inicialmente a medida que aumenta la intensidad del campo
aplicado H M tambieacuten aumenta hasta alcanzar el punto de saturacioacuten Ms
Entonces cuando la intensidad del campo H comienza a disminuir por debajo del
punto de saturacioacuten M no lo hace en la misma proporcioacuten que antes sino que a
valores correspondientes a la curva superior Esto comportamiento se conoce
como histeacuteresis y se produce porque los dominios magneacuteticos que se alinean con
un incremento del campo no vuelven a su orientacioacuten original si el campo es
menor Cuando el campo aplicado H regresa al valor cero el material aun
presenta magnetizacioacuten denominada magnetizacioacuten remanente Mr Para eliminar
la magnetizacioacuten remanente se debe aplicar un campo Hc en sentido contrario al
campo inicialmente aplicado conocido como campo coercitivo Si se continuacutea
aumentando el campo se produce otra saturacioacuten en direccioacuten contraria Si desde
esa posicioacuten se disminuye el campo aplicado se vuelve a repetir el mismo
comportamiento dando lugar auacuten ciclo de histeacuteresis [74]
Figura 12 Representacioacuten de curva de magnetizacioacuten para un material
ferromagneacutetico [74]
26
Los paraacutemetros Ms Mr y Hc obtenidos a partir de la curva de magnetizacioacuten
corresponden a propiedades intriacutensecas de un material aunque los uacuteltimos dos
paraacutemetros mencionados no solo depende del tipo del material sino ademaacutes del
tamantildeo y forma del material temperatura y defecto del material [75]
Con la finalidad de comparar el comportamiento magneacutetico de diferentes materiales
frente a un campo aplicado eacutestos se pueden clasificar en diamagneacutetico
paramagneacutetico ferromagneacutetico (Figura 12) ferrimagneacutetico superparamagneacutetico
antiferromagneacutetico El instrumento maacutes utilizado en los anaacutelisis de materiales
magneacuteticos es el magnetoacutemetro de muestra vibrante (VSM) disentildeado para la
medicioacuten de la magnetizacioacuten y del cual se obtiene el ciclo de histeacuteresis [76 77]
Equipamiento
Para las curvas de magnetizacioacuten se pesaron 10 mg de las muestras las que se
depositaron en caacutepsula de policarbonato Dicha caacutepsula fue llevada al portamuestra
del magnetoacutemetro de muestra vibrante (VSM) modelo MLVSM9 MagLab 9T Oxford
Instrument Todas las mediciones se realizaron a 17degC
428 Adsorcioacuten de Faacutermacos en Nanotubo Fe3O4 y en nanotransportador
hiacutebrido Fe3O4-PAMAM
Los ensayos se disentildearon para seguir la adsorcioacuten del faacutermaco en funcioacuten del
tiempo Para ello en un vaso de precipitado colocado sobre una placa agitadora
con control de temperatura se contactan 200 mL de una disolucioacuten acuosa de SIL
(005 mgmL) con 10 mg del nanotransportador dispersos en 2 mL de agua
desionizada y colocados en el interior de bolsa de diaacutelisis (Thermo Scientific
SnakeSkin Dialysis Tubing 10K MWCO 22mm) tal como se muestra
esquemaacuteticamente en la Figura 13 La cineacutetica de la adsorcioacuten se siguioacute por medio
de espectroscopia de UV-visible tomando aliacutecuotas de 10 mL y monitoreadas a
una longitud de onda de maacutexima absorcioacuten (λmaacutex) del faacutermaco (288 nm) cada una
hora empleando un espectrofotoacutemetro UV-VIS (UV2310IISpectrophotometer) hasta
27
que no se detecta variacioacuten en las lecturas absorbancia en funcioacuten
Figura 13 Esquema del sistema de adsorcioacuten de faacutermacos en los
nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
El mismo procedimiento fue empleado para evaluar la capacidad de encapsulacioacuten
de piroxicam (PRX) donde se empleoacute una concentracioacuten inicial de 001 mgmL y
las medidas de absorbancia se siguieron a λmaacutex = 350 nm Todas las medidas de
absorbancia se realizaron por triplicado y la cuantificacioacuten se realizoacute empleando las
respectivas curvas de calibracioacuten de cada faacutermaco Para ambos sistemas NT-
Fe3O4 y Fe3O4-PAMAM las medidas de encapsulacioacuten se realizaron por duplicado
28
5 DISCUSIOacuteN Y ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
51 Caracterizacioacuten de los nanomateriales
511 Espectroscopia de infrarrojo con transformada de Fourier
La caracterizacioacuten espectroscoacutepica por FT-IR entrega informacioacuten sobre los
grupos superficiales existente en una muestra En la Figura 14 se observa el
espectro de NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM En el caso de NT-Fe3O4 se observa
una banda a 574 cm-1 que corresponde al stretching del enlace de Fe-O de la
magnetita seguido por la banda ubicada entre 945-980 cm-1 asociada al bending
del enlace FendashOndashH atribuido a los grupos hidroxilos adsorbidos en la superficie de
NT-Fe3O4 El bending a 1628 cm-1 se asigna a la vibracioacuten de las moleacuteculas de
H2O fisisorbidas sobre la superficie de la magnetita [78] por uacuteltimo entre 3090-
3430 cm-1 se observa una banda ancha correspondiente al stretching de los
grupos FendashOH superficiales [79 80]
Figura 14 Espectro FT-IR de (a) NT-Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-PAMAM Fuente
Elaboracioacuten propia
29
El NT-Fe3O4-PAMAM tiene un espectro similar al NT-Fe3O4 pero se pueden
identificar la banda asociada al bending N-H de las aminas primarias del PAMAM
a 1541 cm-1 mientras que a 1638 cm-1 se observa una banda atribuida al grupo
carbonilo (C=O) de las amidas que componen ramas de crecimiento internas del
dendriacutemero Las bandas entre 2849-2912 cm-1 corresponden a los stretching de
los grupos metileno (-CH2-) presentes en el agente de acople GPTMS y en la
cadena alifaacutetica del dendriacutemero PAMAM [13 81] Por uacuteltimo la banda de vibracioacuten
atribuida de los grupos ndashNH2 terminales se solapa con la sentildeal de los grupos ndashOH
de la superficie del NT-Fe3O4 Con lo anterior se verifica la presencia del
dendriacutemero PAMAM y la superficie del NT-Fe3O4 utilizando como agente de
acople GPTMS
512 Anaacutelisis Termogravimeacutetrico
Por medio del estudio de TGA se ha podido determinar la cantidad de PAMAM
conjugada en el soacutelido NT-Fe3O4 En la Figura 15 se muestran las curvas de
peacuterdida de masa porcentual en funcioacuten de la temperatura para los tres sistemas
preparados En el caso de NT-Fe3O4 se observa una curva continua hasta
alrededor de los 200degC donde comienza la peacuterdida de materia que corresponde a
desorcioacuten de agua fuertemente fisisorbida en el material En una segunda etapa a
500degC se detecta la peacuterdida en masa atribuida a la oxidacioacuten de las especies Fe2+
a Fe3+ con la consecuente peacuterdida de agua [82 83]
2Fe3O4 (s) + 12O2 (g) rarr 3Fe2O3 (s)
Posterior a 650degC se detecta una continua peacuterdida de masa la que se asume
corresponde a la deshidroxilacioacuten de las especies Fe-OH remanentes de la
formacioacuten de Fe2O3 Cuando al material se le inmoviliza el agente de acople
GPTMS se observa un perfil de peacuterdida en masa diferente al material de partida
La temperatura de inicio es de alrededor de 250degC en la cual comienza la
combustioacuten de la materia orgaacutenica atribuida al anclaje del agente de acople en la
30
superficie de NT-Fe3O4 finalizando alrededor de los 430degC En la zona del
termograma que denota la oxidacioacuten de las especies Fe2+ a Fe3+ se observa un
desplazamiento a 550degC atribuido a la estabilizacioacuten superficial que le confieren
los enlaces Fe-O-Si que se han formado durante el proceso de anclaje [84 85]
Figura 15 Termogramas de los materiales realizados en atmoacutesfera de O2 (a) NT-
Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-GPTMS y (c) NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten
propia
La diferencia en las masas remanentes entre ambas curvas ha permitido estimar
la cantidad de GPTMS que se ha inmovilizado en NT-Fe3O4 el cual se resume en
la Tabla 2 Soacutelo se puede determinar un estimado por esta teacutecnica pues se sabe
que las especies Fe-O-Si presente en la muestra se pueden sustituir en la matriz
del NT-Fe3O4 durante el proceso produciendo la mineralizacioacuten del GPTMS
4(Fe-O)3Si(CH2)3-(CH2OCH2)(s) + 25O2(g) rarr 2(Fe-O)3Si-O-Si(O-Fe)3(s) +
20CO2(g) + 16H2O(g)
31
Lo que al mismo tiempo podriacutea provocar el desplazamiento de la oxidacioacuten de las
especies Fe2+ a temperaturas superiores
Tabla 2 Porcentaje de peacuterdida de masa y material acoplado GPTMS y PAMAM
(G3) al NT-Fe3O4 Fuente Elaboracioacuten propia
Por uacuteltimo para el material hiacutebrido NT-Fe3O4-PAMAM muestra un perfil de
peacuterdida de masa continua desde los 75degC en adelante atribuido a la desorcioacuten de
H2O fisisorbida la que se incrementa respecto de los materiales precursores
atribuidos a la alta capacidad de adsorber agua por parte del dendriacutemero
inmovilizado en superficie Por sobre los 250degC comienza una segunda etapa de
peacuterdida en masa la que corresponde a la calcinacioacuten de la materia orgaacutenica
conferida por GPTMS-PAMAM la que ocurre en dos etapas 1) combustioacuten de la
materia orgaacutenica alifaacutetica (250degC) y 2) a la combustioacuten asociada a los enlaces
amidas de la ramas de crecimiento de PAMAM (450degC) la que al mismo tiempo se
acopla con la oxidacioacuten de la especies Fe2+ del material inorgaacutenico Comparando
los resultados obtenidos para NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-GPTMS se puede estimar el
contenido de PAMAM conjugado a la nanoestructura lo cual se resume en la
Tabla 2 Con estos resultados se puede inferir que la reaccioacuten de inmovilizacioacuten ha
afectado el contenido en masa del material el que se puede atribuir a la
conjugacioacuten de PAMAM en los NT-Fe3O4
513 Isotermas de Adsorcioacuten-Desorcioacuten de N2 a -196degC
Las isotermas de adsorcioacutendesorcioacuten de N2 a -196degC de los materiales NT-Fe3O4
y NT-Fe3O4-PAMAM se presentan en la Figura 16 Ambas isotermas son del tipo
IV de acuerdo a la calificacioacuten BDDT tiacutepica de soacutelidos mesoporosos y con ciclo
de histeacuteresis tipo H1 [72 73] caracteriacutesticas de capilares de forma tubular con
Material () (μmolg) (μmolm2)
NT-Fe3O4-GPTMS 39 165 66
NT-Fe3O4-PAMAM 168 243 097
32
abertura en sus extremos En la Tabla 3 se resumen los valores de superficies
especiacuteficas (SBET) distribuciones de tamantildeo promedio de poro de los materiales
(dPoro) y volumen total (VPoro) mostrando que la funcionalizacioacuten con GPTMS
seguido por la inmovilizacioacuten con dendriacutemero PAMAM en la superficie del NT-
Fe3O4 provoca una disminucioacuten de los valores
Figura 16 Isoterma de adsorcioacutendesorcioacuten de N2 a -196degC para (a) NT-Fe3O4 y (b)
NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Lo anterior se debe a que el GPTMS y PAMAM producen el cubrimiento parcial
de la superficie del material tubular NT-Fe3O4 lo que lleva a que los poros se
cierren o tapen estrechando sus cavidades y haciendo que el proceso de
desorcioacuten ocurra a menores presiones relativas Lo descrito con anterioridad
concuerda con el cambio en el ciclo de histeacuteresis gracias a una disminucioacuten del
diaacutemetro promedio de poro o bien un aumento en el grosor de la pared del
material tubular Esto es una evidencia experimental de la modificacioacuten superficial
del nanotubo la que presumiblemente ocurre de forma preferente en la superficie
interna del material
33
Tabla 3 Superficie especiacutefica tamantildeo promedio de poro y volumen de poro
determinadas por las de BET y BJH [73 86] para los materiales en base a NT-
Fe3O4 sintetizados Fuente Elaboracioacuten propia
condiciones normales Presioacuten y temperatura
514 Difraccioacuten de Rayos X
En la Figura 17 se muestran los perfiles de DRX para de NT α-Fe2O3 NT-Fe3O4 y
NT-Fe3O4-PAMAM El primer material corresponde a NT α-Fe2O3 debido a la
siacutentesis previa de nanotubos de hematita precursor de los nanotubos de
magnetita Se observan las difracciones propias de la hematita la cual coincide
con su estructura hexagonal (JCDS 33-0664) [87-89] Ademaacutes en la figura 17 se
observa la desaparicioacuten y aparicioacuten de picos desde el primer al segundo material
en este uacuteltimo aparecen los picos de la magnetita esto indica la reaccioacuten de
reduccioacuten de la hematita a magnetita con el consecuente cambio estructural
Los materiales NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM se detectan las difracciones tiacutepicas
para Fe3O4 con estructura cristalina del tipo magnetita la cual corresponde a una
estructura cuacutebica centrada en la cara de tipo espinela (AB2O4) inversa (JCPDS 19-
0629) [29 79 80] La modificacioacuten superficial con agente de acople seguido por el
acoplamiento con dendriacutemero PAMAM no provoca cambios en la estructura
cristalina del material NT-Fe3O4
Material SBET
(m2g-1)
dPoro
(nm)
VPoro
(cm3g-1)
NT-Fe3O4 59 33 01
NT-Fe3O4-PAMAM 25 19 005
34
Figura 17 Difractograma de rayos X para (a) NT α-Fe2O3 (b) NT-Fe3O4 y (c) NT-
Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
515 Microscopiacutea Electroacutenica de Barrido y Transmisioacuten
La estructura tubular de estos materiales se siguioacute por medio de microscopiacutea
electroacutenica de barrido y transmisioacuten En relacioacuten a la morfologiacutea superficial se
puede observar en la Figura 18 que en ambos materiales muestran la forma tiacutepica
de materiales nanotubulares huecos lo cual ratifica los resultados en la forma de
los ciclos de histeacuteresis observados en la caracterizacioacuten por isotermas de
adsorcioacuten de N2 a -196degC (Figura 16) En relacioacuten a la modificacioacuten superficial del
material NT-Fe3O4 con GPTMS y PAMAM se mantiene la morfologiacutea del material
inorgaacutenico en acuerdo con la caracterizacioacuten por DRX
35
Figura 18 Imaacutegenes de SEM de los materiales (a) NT-Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-
PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Para poder determinar de forma directa los tamantildeos partiacutecula longitud y diaacutemetro
de NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM se ha realizado la caracterizacioacuten por TEM y
sus respectivas micrografiacuteas se muestran en la Figura 19 Al igual que en el caso
de SEM se observan nanoestructuras que muestran una morfologiacutea definida de
tipo tubular con una cavidad regular abierta en sus extremos
A traveacutes del conteo de los nanotubos y la medicioacuten directa de sus tamantildeos se han
determinado las curvas de distribucioacuten para el largo y diaacutemetro externo de los
nanotubos tal como se muestra en la Figura 19 Los valores promedio del largo
fueron del orden de 280 y 286 nm y los diaacutemetros externos fueron 151 y 159 nm
para NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM respectivamente Al comparar las imaacutegenes y
sus correspondientes dimensiones obtenidas se puede observar que la
morfologiacutea del material no se ve afectada al modificar la superficie del NT-Fe3O4
durante el proceso de conjugacioacuten con el dendriacutemero PAMAM
(b) (a)
36
Figura 19 Micrografiacuteas de TEM de NT-Fe3O4 (a b) NT-Fe3O4-PAMAM (e f) y las
curvas de distribucioacuten del largo (c g) y diaacutemetro externo (d h) para ambos NT-
Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM respectivamente Fuente Elaboracioacuten propia
(a) (b)
(h) (g)
(f) (e)
(d) (c)
37
516 Propiedades magneacuteticas
Las propiedades magneacuteticas de NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM fueron estudiadas
por medio de un anaacutelisis VSM y las curvas de magnetizacioacuten se muestran en la
Figura 20 dando como resultado para ambos materiales la propiedad
ferrimagneacutetica Aquello se debe a que la foacutermula de la magnetita Fe3O4 puede
escribirse en la forma Fe3+[Fe2+Fe3+]O4 seguacuten la foacutermula general AB2O4 de tipo
espinela inversa Donde la mitad de los cationes Fe3+ ocupan sitios tetraeacutedricos
mientras que la otra mitad de Fe3+ y los cationes Fe2+ ocupan los sitios
octaeacutedricos Los cationes de Fe3+ se distribuyen por tanto en dos posiciones
diferentes en la estructura pero con direcciones opuestas de espiacuten magneacutetico por
lo tanto los momentos magneacuteticos de los cationes Fe3+ se anulan entre siacute
mientras que los momentos magneacuteticos de los cationes Fe2+ que posee espiacuten de
menor magnitud comparado con Fe3+ son los responsables del momento
magneacutetico neto en la magnetita [27 77 90] De la graacutefica de la Figura 20 se
observa que el ciclo de magnetizacioacuten muestra un ciclo de histeacuteresis de similares
caracteriacutesticas Este resultado permite suponer que la modificacioacuten con el agente
de acople GPTMS y posterior anclaje de PAMAM no perturboacute las propiedades
magneacuteticas del soporte durante la siacutentesis De la Figura 20 se pueden extraer el
valor de la magnetizacioacuten remanente (Mr) y coercitividad (Hc) en ausencia del
campo aplicado y el valor de magnetizacioacuten de saturacioacuten (Ms) los cuales se
resumen en la Tabla 4
Tabla 4 Resumen de paraacutemetros magneacuteticos para los materiales preparados a
17degC Fuente Elaboracioacuten propia
Material Ms
(emug)
Mr
(emug)
Hc
(Oe)
Fe3O4 bulk 92 - lt 100
NT-Fe3O4 67 16 249
NT-Fe3O4-PAMAM 58 10 240
38
Los valores de Ms que se encuentran en los materiales nanoestructurados son
generalmente maacutes pequentildeos que la magnetita bulk lo cual puede ser atribuido al
aumento de efectos superficiales y a la presencia de dendriacutemero PAMAM A su
vez se han reportado valores experimentales para Ms en nanopartiacuteculas de
magnetita que abarcan entre 30-50 emug inferior al valor del mineral magnetita
90 emug [39 91-93] Por el contrario los valores de Hc encontrados para ambas
nanoestructuras son mayores al ser comparado con la magnetita bulk debido a la
disminucioacuten del tamantildeo de partiacutecula
39
Figura 20 Curva de magnetizacioacuten obtenida para NT-Fe3O4 (a b) y NT-Fe3O4-
PAMAM (c d) utilizando un magnetoacutemetro de muestra vibrante (VSM) a 17degC
Fuente Elaboracioacuten propia
(a) (b)
(c) (d)
40
52 Estudios de la adsorcioacuten de Faacutermacos en Nanotubo Fe3O4 y en
nanotransportador hiacutebrido Fe3O4-PAMAM
521 Faacutermacos de intereacutes
Luego de la caracterizacioacuten de los materiales puro e hiacutebrido se procedioacute a realizar
en cada uno de ellos la adsorcioacuten de faacutermacos Esto con la finalidad de determinar
el tiempo y capacidad maacutexima de adsorcioacuten mediante estudios de cineacutetica de
adsorcioacuten
En esta investigacioacuten se ha decidioacute emplear dos clases de faacutermacos poco solubles
para estudiar la capacidad de adsorcioacuten de los nanotransportadores sintetizados
El piroxicam (PRX M 331348 gmol) es una clase de faacutermaco antiinflamatorio no
esteroidal perteneciente al grupo oxicam [94 95] como se observa en la Figura
21 (a) posee un grupo enoacutelico (pKa 18) y un grupo piridiacutenico (pKa 63) [96 97]
presenta propiedades analgeacutesicas antipireacuteticas a su vez alivia dolores para la
artritis reumatoide la artrosis y los siacutentomas de la dismenorrea [59]
(a) (b)
Figura 21 Estructuras de los faacutermacos de intereacutes (a) Piroxicam y (b) Silibinina
Fuente Elaboracioacuten propia
41
No obstante PRX provoca efectos secundarios principalmente uacutelceras gaacutestricas
ademaacutes es praacutecticamente insoluble en agua [98 99] Para reducir estos efectos
existen investigaciones que tienen relacioacuten con el transporte y liberacioacuten de
faacutermacos que pueden cargar eficazmente el faacutermaco para apuntar hacia el sitio de
accioacuten aumentando la eficacia terapeacuteutica y reducir al miacutenimo los efectos
secundarios donde sistemas de microesferas de albuacutemina de suero bovino han
sido utilizadas para la liberacioacuten piroxicam [100]
El otro faacutermaco de intereacutes estudiado es la silibinina (SIL M 48244 gmol) que es
un flavonoide polifenoacutelico natural que se aiacutesla de la planta de cardo de leche
Silybum marianum Posee cinco grupos hidroxilos un grupo carbonilo y tres
grupos fenilos tal como se muestra en la Figura 21 (b) Esta moleacutecula tiene varios
grupos ionizables con sus respectivos pKa1 70 pKa2 877 pKa3 957 pKa4
1166 [101] y ha sido ampliamente utilizada por sus efectos hepatoprotectores
Sin embargo la eficacia de silibinina como faacutermaco estaacute muy limitada debido a su
escasa solubilidad en agua y una baja biodisponibilidad despueacutes de su
administracioacuten oral A fin de superar los defectos de la silibinina libre muchos
enfoques se han adoptado como son los sistemas de entrega liposomal de
transporte lipiacutedicos nanoestructurados de complejo silibinina-fosfoliacutepido y
nanosuspensiones [102]
Es importante notar que los estudios de la cineacutetica de adsorcioacuten son
determinantes en teacuterminos de conocer coacutemo variacutea la concentracioacuten de faacutermaco
adsorbida en funcioacuten del tiempo para una proporcioacuten faacutermacoadsorbente dada La
cineacutetica de adsorcioacuten permite conocer el tiempo en que se realiza el proceso de
adsorcioacuten y ha de practicarse antes de la determinacioacuten de una isoterma de
adsorcioacuten Puesto que se trabaja con disolucioacuten se debe en cuenta los factores
que influyen en el proceso ya que el tiempo necesario para alcanzar el equilibrio
estaacute en funcioacuten de las caracteriacutesticas del adsorbente y del adsorbato de la
quiacutemica de la disolucioacuten de la temperatura y del pH La data de la cineacutetica de
adsorcioacuten de los faacutermacos en los nanotransportadores se ajustoacute a los modelos
42
cineacuteticos de pseudo-primer orden pseudo-segundo orden y cineacuteticas que
involucran quimisorcioacuten [103-106] para ambos nanotransportadores en presencia
de los faacutermacos PRX y SIL
De forma general se puede decir que el modelo de pseudo-primer orden o modelo
de Lagergren se basa en la suposicioacuten de que cada moleacutecula de adsorbato se
adsorbe en un sitio del adsorbente lo cual en teacuterminos de cineacutetica de reaccioacuten se
expresa como
(1)
y la forma integrada de esta ecuacioacuten queda definida como
(2)
donde la qe y qt (mgfarmgads) son la cantidad maacutexima de faacutermaco adsorbida una
vez alcanzado el equilibrio (trarr) y la cantidad de faacutermaco adsorbida al tiempo t
respectivamente y k1 (h-1) es la constante cineacutetica de pseudo-primer orden
Para el caso del modelo de pseudo-segundo orden o modelo de Ho desarrollado
por Ho y McKay [107] supone que el adsorbato se adsorbe en dos sitios activos
del adsorbente En este caso la ecuacioacuten de la cineacutetica de adsorcioacuten se expresa
como
(3)
y la forma integrada de esta ecuacioacuten queda definida como
(4)
43
donde k2 (gadsmgfarmmiddoth) es la constante cineacutetica de adsorcioacuten de pseudo-segundo
orden Es importante mencionar que ambos modelos cineacuteticos se basan en la
homogeneidad de la superficie del adsorbente y donde soacutelo se considera la
cantidad de sitios involucrados en el proceso Esto se puede interpretar en
teacuterminos cineacuteticos en que la energiacutea de activacioacuten asociada a la adsorcioacuten del
faacutermaco en la superficie es constante y uacutenica en todos los sitios del adsorbente
No obstante cuando la superficie es heterogeacutenea en los sitios de adsorcioacuten se
observa que los modelos propuestos pueden perder validez En estos casos se
prefiere emplear el modelo de Elovich de aplicacioacuten general en procesos de
quimisorcioacuten el cual supone que los sitios activos del adsorbente son
heterogeacuteneos y por ello exhiben diferentes energiacuteas de activacioacuten basaacutendose en
un mecanismo de reaccioacuten de segundo orden para un proceso de reaccioacuten
heterogeacutenea Este modelo ha mostrado resultados satisfactorios en la
identificacioacuten del mecanismo controlante en procesos de adsorcioacuten de un soluto
en fase liacutequida a partir de un soacutelido adsorbente [106 108] y queda descrito
matemaacuteticamente como
(5)
y la forma integrada de esta ecuacioacuten queda definida como
(5)
donde α (mgfarmgadsmiddoth) es la constante de velocidad inicial de adsorcioacuten y β estaacute
relacionado con la superficie cubierta y la energiacutea de activacioacuten por
quimiadsorcioacuten (mgfarmgads) denominada constante de velocidad de desorcioacuten
Finalmente debe considerarse tambieacuten alguna hipoacutetesis sobre el mecanismo de
difusioacuten de los faacutermacos al interior de la estructura de los nanotransportadores Un
modelo aceptado en la literatura es el de difusioacuten intraparticular en el interior de
44
los poros de la partiacutecula de adsorbente el que se basa en el transporte de soluto a
traveacutes de la estructura interna de los poros de adsorbente y la difusioacuten
propiamente dicha en el soacutelido lo que conlleva a asumir que el adsorbente posee
una estructura porosa homogeacutenea Weber y Morris (1963) concluyeron que en un
proceso controlado por la adsorcioacuten en los poros la velocidad inicial es
directamente proporcional a la concentracioacuten del soluto La difusioacuten intraparticular
se caracteriza por la dependencia entre la adsorcioacuten especiacutefica y la raiacutez cuadrada
del tiempo siendo la pendiente la velocidad de difusioacuten intraparticular
Con base en lo anterior la ecuacioacuten que define la difusioacuten intraparticular viene
dada por
(5)
Donde ki (mgfarmgadsmiddoth 12) es la constante de velocidad de difusioacuten intraparticular y
Ci entrega informacioacuten sobre el grosor de la capa de adsorbato [105] Esta
ecuacioacuten ha sido utilizada por diferentes investigadores para determinar si la
difusioacuten intraparticular es la etapa controlante de la dinaacutemica de adsorcioacuten de
especies ioacutenicas [109 110]
522 Adsorcioacuten de PRX
Las cineacuteticas de adsorcioacuten de ambos nanotransportadores para PRX se muestran
en la Figura 22 Para ellos se realizaron ajustes no lineales de la data
experimental y los valores obtenidos los cuales se reportan en la Tabla 5 Los
faacutermacos son moleacuteculas capaces de establecer interacciones supramoleculares
con nanomateriales las que dependeraacuten de los grupos funcionales que posean
del solvente en el cual se encuentran disueltos y el pH del medio Las
interacciones supramoleculares maacutes frecuentes son las electrostaacuteticas enlaces de
hidroacutegeno van der Waals e hidrofoacutebicas [111 112]
45
En el caso de lo nanotransportadores empleados en este estudio se observa que
ambos materiales adsorben PRX y los datos experimentales se ajustan a una
cineacutetica de pseudo-primer orden Se ha elegido este modelo pues las funciones
estadiacutesticas de coeficiente de correlacioacuten (R2) y el test de chi-cuadrado (χ2) el cual
es una prueba de hipoacutetesis que compara la distribucioacuten observada de los datos
con una distribucioacuten esperada de los datos Ambos caacutelculos se realizaron
mediante empleando el software Origin Pro 80 mediante la funcioacuten de anaacutelisis no
lineal donde se ajustaron los tres modelos estudiados
Figura 22 Cineacutetica y ajustes de modelos cineacuteticos de adsorcioacuten para PRX en los
nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Figura 23 Esquema propuesto para la adsorcioacuten de PRX en los sistemas
sintetizados (A) Fe3O4-NT y (B) Fe3O4-NT-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Sistema aislado Sistema en disolucioacuten
Sistema aislado Sistema en disolucioacuten
46
Tabla 5 Modelos cineacuteticos para la adsorcioacuten de PRX en los adsorbentes NT-
Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
qe exp (mgPRXgads) 391 487
Pseudo primer-orden (Modelo de Lagergren)
qe (mgPRXgads) 413 488
k1 (h-1) 0038 0079
R2 09964 09911
χ2 0817 287
Pseudo segundo-orden (Modelo de Ho)
qe (mgPRXgads) 539 566
k2 (gAdsmgPRXmiddoth) 649x10-4 168x10-3
R2 09921 09935
χ2 179 210
Quimisoricioacuten (Modelo de Elovich)
α (mgPRXgadsmiddoth) 595 1629
β (mgPRXg) 0100 0097
R2 09501 09613
χ2 1030 1085
Cabe mencionar que de acuerdo a los reportes Rozou y col [96] el faacutermaco PRX
al pH de adsorcioacuten se encuentra en su forma zwitterioacutenica El Fe3O4 es un material
inorgaacutenico que muestra un pI de 68 [113] A las condiciones de adsorcioacuten
estudiadas el pH del agua fue de 60 luego la superficie del NT-Fe3O4 se
encuentra cargada de forma positiva esperaacutendose que la interaccioacuten del faacutermaco
con el adsorbente sea mediada por interacciones electroestaacuteticas tal como se
muestra en el esquema de la Figura 23
Con la incorporacioacuten del PAMAM a la fase inorgaacutenica se observa un incremento
de un 25 en la capacidad de adsorcioacuten de PRX Esto se puede interpretar en
47
teacuterminos moleculares haciendo la aproximacioacuten de los moles disponibles de
PAMAM en funcioacuten de la cantidad adsorbida en comparacioacuten a NT-Fe3O4 sin
modificar Desde la Tabla 2 se sabe que hay una cantidad de 243 micromol de
PAMAM por gramo de adsorbente debido a que el incremento en la adsorcioacuten
fueron 96 mg de PRX (o 290 micromol de PRX) se puede asumir una estequiometriacutea
PRXPAMAM = 119 De acuerdo a reportes previos publicados por nuestro grupo
de investigacioacuten se sabe que PRX a pH 70 se adsorbe efectivamente en la
estructura PAMAM alcanzando una estequiometriacutea PRXPAMAM = 23 [59] En
este caso pH 60 no hay cambios significativos en la estructura del faacutermaco ni
en la del dendriacutemero por lo que deberiacutea haberse esperado un incremento
significativo de la adsorcioacuten de PRX en relacioacuten al nanotransportador NT-Fe3O4
Sin embargo este efecto no fue observado en el nanotubo hiacutebrido funcionalizado
con PAMAM Con estos resultados se puede asumir que la afinidad del PRX
mucho mayor por la adsorcioacuten en el material inorgaacutenico que por la adsorcioacuten en
los bolsillos de la cavidades internas del PAMAM
En relacioacuten a los resultados cineacuteticos se observa un aumento en la pseudo-
constante cineacutetica de adsorcioacuten siendo k1(NT-Fe3O4) lt k1(NT-Fe3O4-PAMAM) Para poder
interpretar el fenoacutemeno en forma mecaniacutestica la data experimental se ha ajustado
al modelo de difusioacuten intrapartiacutecula de Weber-Morris el que se muestra en la
Figura 24 En esta figura se puede observar tres segmentos lineales lo cual indica
que el proceso de adsorcioacuten de PRX en los nanotubos procede en tres etapas
para ambos sistemas Una situacioacuten similar ha sido observada en el caso de la
cineacutetica de adsorcioacuten de cefalosporina en micropartiacuteculas polimeacutericas por Cigu y
colaboradores quienes han descritos las diferentes etapas de la siguiente
forma[105]
a) Adsorcioacuten del adsorbato en la superficie del adsorbente
b) Difusioacuten intrapartiacutecula desde la zona externa a la superficie del adsorbente
c) Equilibrio de adsorcioacuten donde quedan muy pocos sitios disponibles para la
adsorcioacuten
48
Figura 24 Graacutefico de adsorcioacuten de PRX en los nanotransportadores sintetizados
considerando un modelo de difusioacuten intrapartiacutecula en tres etapas Fuente
Elaboracioacuten propia
Ambos sistemas muestran el mismo perfil de difusioacuten intrapartiacutecula y los valores
de las constantes de velocidad para las etapas (a) y (b) presentan valores
relativamente bajos aunque difieren levemente tal como se resume en la Tabla 6
En el caso de NT-Fe3O4 se observa que la etapa limitante corresponde a la
adsorcioacuten de PRX en la superficie del nanomaterial a diferencia de NT-Fe3O4-
PAMAM donde se observa que la etapa limitante es la difusioacuten intrapartiacutecula Esta
diferencia se puede explicar debido a que PAMAM posee grupos ndashNH2
superficiales que al pH de adsorcioacuten estaacuten protonados (ver Figura 23) lo que
incrementa la carga eleacutectrica superficial del nanotransportador este hecho podriacutea
provocar un aumento en la velocidad inicial de adsorcioacuten de PRX si los efectos
electroestaacuteticos gobiernan la velocidad de reaccioacuten en esta etapa considerando
que el PRX presenta una estructura dipolar a pH 60 Sin embargo en la etapa
subsiguiente caracterizada por la adsorcioacuten gradual de PRX las moleacuteculas de
PAMAM unidas covalentes a la superficie de NT-Fe3O4 dificultan el proceso de
difusioacuten intrapartiacutecula provocando una caiacuteda en la constante k(b)
49
Tabla 6 Modelo de difusioacuten intra-partiacutecula para la adsorcioacuten de PRX en los
adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM considerando dos etapas
determinantes en la adsorcioacuten del faacutermaco y una tercera de equilibrio Fuente
Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
Modelo de difusioacuten intrapartiacutecula (Modelo de Weber-Morris)
k(a) (mgPRXgadsh12) 311 766
R(a)2 09879 09903
k(b) (mgPRXgadsh12) 683 409
R(b)2 09872 09944
523 Adsorcioacuten de SIL
En la Figura 25 se muestran las graacuteficas cineacuteticas para la adsorcioacuten de SIL en los
dos nanotransportadores sintetizados Las consideraciones de ajuste de los
modelos cineacuteticos se hicieron de la misma forma que para los estudios realizados
con PRX y los valores obtenidos se resumen en la Tabla 7
Figura 25 Cineacutetica y ajustes de modelos cineacuteticos de adsorcioacuten para SIL en los
nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
50
El comportamiento de los sistemas frente a la adsorcioacuten de SIL muestra la misma
tendencia que la observada en el caso de PRX Ambos nanomateriales adsorben
SIL y la capacidad maacutexima se ve incrementada por la presencia de PAMAM Sin
embargo en este caso ambos sistemas nanotransportadores presentan una gran
afinidad por el faacutermaco obtenieacutendose cargas maacuteximas superiores a 650 mg de
SIL por gramo de nanomaterial valores muy superiores a los obtenidos en el caso
de PRX
El faacutermaco SIL se encuentra como moleacutecula neutra al pH de adsorcioacuten (pKa1 70
pKa2 877 pKa3 957 pKa4 1166) Para la adsorcioacuten en NT-Fe3O4 se espera
que las fuerzas que estaacuten predominando en la adsorcioacuten del faacutermaco sean del tipo
Van der Waals y enlace de hidroacutegeno entre los grupos funcionales de SIL y los
grupos hidroxilos de la NT-Fe3O4 Por otro lado las contribuciones hidrofoacutebicas
tambieacuten deberiacutean jugar un rol importante en la adsorcioacuten del faacutermaco en estos
nanomateriales especialmente en el sistema hiacutebrido NT-Fe3O4-PAMAM En el
caso del PAMAM estudios recientes realizados en nuestro grupo de investigacioacuten
han mostrado la gran afinidad que presenta el dendriacutemero por SIL y
experimentos NOESY han demostrado la adsorcioacuten de las moleacuteculas de SIL en las
cavidades internas del PAMAM
Asiacute para el material NT-Fe3O4-PAMAM se observa un incremento significativo de
la adsorcioacuten en relacioacuten al material inorgaacutenico En este caso el faacutermaco SIL
interacciona no solo con NT-Fe3O4 sino que tambieacuten con el dendriacutemero presente
Si se hace el caacutelculo entre la cantidad adsorbida de SIL en presencia de PAMAM
(1504 mg o 3117 micromol por gramo de adsorbente respectivamente) se obtiene
una relacioacuten molar de SILPAMAM = 128 Considerando esta evidencia puede
suponerse que el faacutermaco en el adsorbente NT-Fe3O4-PAMAM no soacutelo se adsorbe
en la superficie del oacutexido inorgaacutenico sino que tambieacuten se estaacute adsorbiendo en las
cavidades del PAMAM con estequiometriacuteas similares a las observadas para otros
faacutermacos insolubles previamente estudiados por nuestro grupo [51 59]
51
Tabla 7 Modelos cineacuteticos para la adsorcioacuten de SIL en los adsorbentes NT-Fe3O4
y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
qe exp (mgSILgads) 6750 8254
Pseudo primer-orden (Modelo de Lagergren)
qe (mgSILgads) 6853 8837
k1 (h-1) 0052 0062
R2 09975 09956
χ2 1656 4415
Pseudo segundo-orden (Modelo de Ho)
qe (mgSILgads) 8706 10233
k2 (gAdsmgSILmiddoth) 673x10-5 535x10-5
R2 09936 09954
χ2 4209 4576
Quimisorcioacuten (Modelo de Elovich)
α (mgSILgadsmiddoth) 1319 1956
β (mgSILg) 569x10-3 548x10-3
R2 09695 09510
χ2 18184 45945
En relacioacuten a los modelos de adsorcioacuten se observa que ambos sistemas se
ajustan mejor a cineacuteticas de pseudo-primer orden con respecto a la adsorcioacuten de
SIL con coeficientes de correlacioacuten y test de chi-cuadrado confiables para el
modelo Las constantes pseudo primer-orden son similares para ambos sistemas
k1(NT-Fe3O4) ~ k1(NT-Fe3O4-PAMAM) y del mismo orden de magnitud que las
determinadas en el caso de la adsorcioacuten de PRX En la Figura 25 se observa que
el maacuteximo de adsorcioacuten de SIL se alcanza a tiempos superiores a 50 horas para
ambos adsorbentes
52
Para entender de manera maacutes acabada la forma en que operan los fenoacutemenos
cineacuteticos de adsorcioacuten se ha realizado el ajuste de Weber-Morris para el modelo
de difusioacuten de intrapartiacutecula el que se muestra en la Figura 26 el cual nuevamente
revela un proceso de adsorcioacuten en tres etapas y los valores de las constantes de
velocidad para las etapas (a) y (b) presentan valores relativamente altos como se
resume en la Tabla 8
Figura 26 Graacutefico de adsorcioacuten de SIL en los nanotransportadores sintetizados
considerando un modelo de difusioacuten intrapartiacutecula en tres etapas Fuente
Elaboracioacuten propia
Considerando que a pH 60 el NT- Fe3O4 se encuentra en su forma protonada SIL
para adsorberse en la superficie del material deberaacute desplazar ese equilibrio para
ocupar un sitio de la superficie tal como se muestra en el siguiente esquema
Fe-OH + H2O [Fe-O-H-OH2]+
[Fe-O-H-OH2]+ + SIL [Fe-O-H-O-SIL] + H2O
Este equilibrio es el que determina la cineacutetica del proceso de adsorcioacuten en el caso
del adsorbente NT-Fe3O4 En el caso del nanotransportador hiacutebrido tambieacuten se
53
observa que la etapa de adsorcioacuten es la limitante de la velocidad del proceso
Comparando ambos sistemas se detecta que k(a)(NT-Fe3O4) ~ k(a)(NT-Fe3O4-PAMAM)
Esta diferencia se puede atribuir a la presencia del dendriacutemero PAMAM en el caso
del nanotransportador hiacutebrido En teacuterminos de naturaleza superficial se espera
que la asociacioacuten SIL-PAMAM incremente la velocidad del proceso con respecto al
nanotransportador inorgaacutenico
Tabla 8 Modelo de difusioacuten intra-partiacutecula para la adsorcioacuten de SIL en los
adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM considerando dos etapas
determinantes en la adsorcioacuten del faacutermaco y una tercera de equilibrio Fuente
Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
Modelo de difusioacuten intrapartiacutecula (Modelo de Weber-Morris)
k(a) (mgSILgadsh12) 577 885
R(a)2 09881 09935
k(b) (mgSILgadsh12) 1059 1135
R(b)2 09803 09828
54
6 CONCLUSIONES Y PERSPECTIVAS
Se logroacute sintetizar los nanotubos de magnetita NT-Fe3O4 obtenidos por la
reduccioacuten de los nanotubos de hematita α-Fe2O3 sintetizados a partir de
tratamiento hidrotermal Se verificoacute la estructura de la magnetita su forma tubular
y propiedades magneacuteticas a traveacutes de las teacutecnicas de caracterizacioacuten difraccioacuten de
rayos X microscopiacutea electroacutenica de transmisioacuten y medidas de susceptibilidad
magneacutetica respectivamente
El nanotubo inorgaacutenico obtenido sirvioacute de soporte para la conjugacioacuten de
dendriacutemero de poli-(amidoamina) de tercera generacioacuten el cual se logroacute inmovilizar
en la superficie de NT-Fe3O4 con un contenido del 16 en masa respecto del
material hiacutebrido El proceso de inmovilizacioacuten no perturboacute las propiedades del
soporte inorgaacutenico en relacioacuten a las propiedades magneacuteticas cristalinas o de
tamantildeo y forma
Los materiales obtenidos fueron capaces de actuar como adsorbentes de los
faacutermacos piroxicam y silibinina siendo eacuteste uacuteltimo quien mostroacute incrementar la
capacidad de adsorcioacuten en presencia de PAMAM Para ambos sistemas y
faacutermacos se determinaron las curvas cineacuteticas de adsorcioacuten donde se logroacute
determinar que independiente del faacutermaco ambos nanotransportadores muestran
ajustarse a cineacuteticas de pseudo-primer orden Finalmente la presencia de PAMAM
no soacutelo potencia la capacidad de adsorcioacuten en los faacutermacos testeados sino que
tambieacuten acelera la etapa de adsorcioacuten superficial con respecto a la determinada
para el adsorbente NT-Fe3O4 por medio del modelo de difusioacuten de Weber-Morris
Para el faacutermaco piroxicam se observoacute que la adsorcioacuten fue mediada
principalmente por interacciones del tipo electroestaacuteticas entre la forma
zwitterioacutenica de piroxicam y la superficie de los nanotransportadores La etapa
limitante de la cineacutetica adsorcioacuten para el caso de NT-Fe3O4 fue la adsorcioacuten
55
superficial y en el caso de NT-Fe3O4-PAMAM fue la etapa de difusioacuten
intrapartiacutecula
Finalmente para el faacutermaco silibinina se observoacute que la adsorcioacuten fue mediada
por las fuerzas de tipo Van der Waals y enlace de hidroacutegeno entre los grupos
funcionales de SIL y los grupos hidroxilos de NT-Fe3O4 Por otro lado las
contribuciones hidrofoacutebicas tambieacuten juegan un rol importante en la adsorcioacuten del
faacutermaco en estos nanomateriales especialmente en el sistema hiacutebrido NT-Fe3O4-
PAMAM Por uacuteltimo se determinoacute que la capacidad de adsorcioacuten se vio
directamente mejorada por la asociacioacuten PAMAM-SIL la que alcanzoacute una relacioacuten
molar SILPAMAM = 12 En ambos casos se observoacute que la etapa limitante de la
cineacutetica de adsorcioacuten fue la adsorcioacuten superficial de SIL en los adsorbentes
56
REFERENCIAS
[1] AZ Wilczewska K Niemirowicz KH Markiewicz H Car Pharmacological
Reports 64 (2012) 1020-1037
[2] S Parveen R Misra SK Sahoo Nanomedicine Nanotechnology Biology
and Medicine 8 (2012) 147-166
[3] V Grazu M Moros C Saacutenchez-Espinel MdlF Jesus V Grazu Frontiers
of Nanoscience Elsevier 2012 pp 337-440
[4] F Danhier O Feron V Preacuteat Journal of Controlled Release 148 (2010)
135-146
[5] A Wicki D Witzigmann V Balasubramanian J Huwyler Journal of
Controlled Release 200 (2015) 138-157
[6] JH Lee Y Yeo Chemical Engineering Science 125 (2015) 75-84
[7] S Manchun CR Dass P Sriamornsak Life Sciences 90 (2012
) 381-387
[8] JHE Arts M Hadi AM Keene R Kreiling D Lyon M Maier K Michel
T Petry UG Sauer D Warheit K Wiench R Landsiedel Regulatory Toxicology
and Pharmacology 70 (2014) 492-506
[9] KA Pramod CP Sunny Nanobiomaterials Handbook CRC Press 2011
pp 1-24
[10] A Khorsand S Jamehbozorgi R Ghiasi M Rezvani Physica E Low-
dimensional Systems and Nanostructures 72 (2015) 120-127
[11] V Loacutepez-Daacutevila AM Seifalian M Loizidou Current Opinion in
Pharmacology 12 (2012 ) 414-419
[12] P-C Lee C-L Peng M-J Shieh Journal of Controlled Release 225
(2016) 140-151
[13] CC Torres CH Campos C Diaacutez VA Jimeacutenez F Vidal L Guzmaacuten JB
Alderete Materials Science and Engineering C 65 (2016) 164-171
[14] CH Campos CF Diacuteaz JL Guzmaacuten JB Alderete CC Torres VA
Jimeacutenez Macromolecular Chemistry and Physics 217 (2016) 1712-1722
[15] D Chang Y Gao L Wang G Liu Y Chen T Wang W Tao L Mei L
57
Huang X Zeng Journal of Colloid and Interface Science 463 (2016) 279-287
[16] J Zaloga M Poumlttler G Leitinger RP Friedrich G Almer S Lyer E
Baum R Tietze R Heimke-Brinck H Mangge F Dorje G Lee C Alexiou
European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics 101 (2016) 152-162
[17] RS Dhanikula P Hildgen Bioconjugate Chemistry 17 (2006) 29-41
[18] A Kesavan P Ilaiyaraja W Sofi Beaula V Veena Kumari J Sugin Lal C
Arunkumar G Anjana S Srinivas A Ramesh SK Rayala D Ponraju G
Venkatraman European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics 96
(2015) 255-263
[19] S Biswas P Kumari PM Lakhani B Ghosh European Journal of
Pharmaceutical Sciences 83 (2016) 184-202
[20] ML Tebaldi RM Belardi SR Montoro Design and Applications of
Nanostructured Polymer Blends and Nanocomposite Systems William Andrew
Publishing Boston 2016 pp 171-186
[21] D Bansal A Gulbake J Tiwari SK Jain International Journal of
Biological Macromolecules 82 (2016) 687-695
[22] AS Timin EV Balantseva SY Khashirova EV Rumyantsev TY
Osadchaya Colloids and Surfaces A Physicochemical and Engineering Aspects
477 (2015) 26-34
[23] J Gautier E Allard-Vannier E Munnier M Souceacute I Chourpa Journal of
Controlled Release 169 (2013) 48-61
[24] SL Leung Z Zha C Cohn Z Dai X Wu Colloids and Surfaces B
Biointerfaces 121 (2014) 141-149
[25] Y Liu Y Ng MR Toh GNC Chiu Journal of Controlled Release 220
Part A (2015) 438-446
[26] G Xu L Li Z Shen Z Tao Y Zhang H Tian X Wei G Shen G Han
Journal of Alloys and Compounds 629 (2015) 36-42
[27] MF Horst V Lassalle ML Ferreira Frontiers of Environmental Science amp
Engineering 9 (2015) 746-769
[28] TJ Bastow A Trinchi MR Hill R Harris TH Muster Journal of
Magnetism and Magnetic Materials 321 (2009) 2677-2681
58
[29] S Bagheri D Ramimoghadam A TermehYousefi SB Abd Hamid
International Journal of Hydrogen Energy 40 (2015) 16178-16183
[30] G Kandasamy D Maity International Journal of Pharmaceutics 496 (2015)
191-218
[31] DS Keerthana K Namratha K Byrappa HS Yathirajan Journal of
Magnetism and Magnetic Materials 378 (2015) 551-557
[32] M Darroudi M Hakimi E Goodarzi R Kazemi Oskuee Ceramics
International 40 (2014) 14641-14645
[33] G Sharma P Jeevanandam RSC Advances 3 (2013) 189-200
[34] C-J Jia L-D Sun F Luo X-D Han LJ Heyderman Z-G Yan C-H
Yan K Zheng Z Zhang M Takano N Hayashi M Eltschka M Klaumlui U
Ruumldiger T Kasama L Cervera-Gontard RE Dunin-Borkowski G Tzvetkov J
Raabe Journal of the American Chemical Society 130 (2008) 16968-16977
[35] N Mizutani T Iwasaki S Watano T Yanagida T Kawai Current Applied
Physics 10 (2010) 801-806
[36] C-J Jia L-D Sun Z-G Yan L-P You F Luo X-D Han Y-C Pang Z
Zhang C-H Yan Angewandte Chemie 117 (2005) 4402-4407
[37] Z-G Yue W Wei Z-X You Q-Z Yang H Yue Z-G Su G-H Ma
Advanced Functional Materials 21 (2011) 3446-3453
[38] SJ Son X Bai SB Lee Drug Discovery Today 12 (2007) 650-656
[39] SJ Son J Reichel B He M Schuchman SB Lee Journal of the
American Chemical Society 127 (2005) 7316-7317
[40] GT Hermanson Bioconjugate Techniques (Third edition) Academic Press
Boston 2013 pp 535-548
[41] S Mallakpour M Madani Progress in Organic Coatings 86 (2015) 194-207
[42] P Yu J He L Yang M Pu X Guo Journal of Catalysis 260 (2008) 81-85
[43] X Zheng T Wang H Jiang Y Li T Jiang J Zhang S Wang Asian
Journal of Pharmaceutical Sciences 8 (2013) 278-286
[44] L Tan J Liu W Zhou J Wei Z Peng Materials Science and Engineering
C 45 (2014) 524-529
[45] ER Gillies JMJ Freacutechet Journal of the American Chemical Society 124
59
(2002) 14137-14146
[46] S Khoee K Hemati Polymer 54 (2013) 5574-5585
[47] U Gupta O Perumal SGKTL Deng Natural and Synthetic Biomedical
Polymers Elsevier Oxford 2014 pp 243-257
[48] U Boas PMH Heegaard Chemical Society Reviews 33 (2004) 43-63
[49] U Gupta HB Agashe A Asthana NK Jain Biomacromolecules 7 (2006)
649-658
[50] A Shakhbazau I Isayenka N Kartel N Goncharova I Seviaryn S
Kosmacheva M Potapnev D Shcharbin M Bryszewska International Journal of
Pharmaceutics 383 (2010) 228-235
[51] PA Barra L Barraza VA Jimeacutenez JA Gaviacuten JB Alderete
Macromolecular Chemistry and Physics 215 (2014) 372-383
[52] PM Patel R Patel D Wadia RM Patel Asian Journal of Pharmaceutical
Sciences 10 (2015) 306-313
[53] L Mei Z Zhang L Zhao L Huang X-L Yang J Tang S-S Feng
Advanced Drug Delivery Reviews 65 (2013) 880-890
[54] Sn Svenson DA Tomalia Advanced Drug Delivery Reviews 57 (2005)
2106-2129
[55] L Porcar Y Liu R Verduzco K Hong PD Butler LJ Magid GS Smith
W-R Chen The Journal of Physical Chemistry B 112 (2008) 14772-14778
[56] E Markatou V Gionis GD Chryssikos S Hatziantoniou A
Georgopoulos C Demetzos International Journal of Pharmaceutics 339 (2007)
231-236
[57] K Borowska S Wołowieca A Rubaj K Głowniakc E Sieniawska S
Radej International Journal of Pharmaceutics 426 (2012) 280-283
[58] S Kavyani S Amjad-Iranagh H Modarress The Journal of Physical
Chemistry B 118 (2014) 3257-3266
[59] PA Barra L Barraza VA Jimeacutenez JA Gaviacuten JB Alderete Structural
Chemistry 25 (2014) 1443-1455
[60] C Kojima K Kono K Maruyama T Takagishi Bioconjugate Chemistry 11
(2000) 910-917
60
[61] AK Patri JF Kukowska-Latallo JR Baker Jr Advanced Drug Delivery
Reviews 57 (2005) 2203-2214
[62] D Luong P Kesharwani R Deshmukh MCI Mohd Amin U Gupta K
Greish AK Iyer Acta Biomaterialia 43 (2016) 14-29
[63] X Xu J Li S Han C Tao L Fang Y Sun J Zhu Z Liang F Li
European Journal of Pharmaceutical Sciences 88 (2016) 178-190
[64] P-C Lin S Lin PC Wang R Sridhar Biotechnology Advances 32 (2014)
711-726
[65] C Baudot CM Tan JC Kong Infrared Physics amp Technology 53 (2010)
434-438
[66] JB Hall MA Dobrovolskaia AK Patri SE McNeil Nanomedicine 2
(2007) 709-803
[67] DB Williams CB Carter Transmission Electron Microscopy A Textbook
for Materials Science Springer US Boston MA 2009 pp 3-22
[68] H Wang PK Chu S Bose Characterization of Biomaterials Academic
Press Oxford 2013 pp 105-174
[69] M Rudolph J Erler UA Peuker Colloids and Surfaces A
Physicochemical and Engineering Aspects 397 (2012) 16-23
[70] T Zhao W Luo Y Deng Y Luo P Xu Y Liu L Wang Y Ren W Jiang
Nano Energy 26 (2016) 16-25
[71] F Rouquerol J Rouqueron K Sing Adsorption by Powders and Porous
Solids Academic Press 1999
[72] M Naderi Progress in Filtration and Separation Academic Press Oxford
2015 pp 585-608
[73] J Rouquerol F Rouquerol P Llewellyn G Maurin KSW Sing
Adsorption by powders and porous solids principles methodology and
applications Academic press 2014
[74] CP Poole FJ Owens Introduccioacuten a la nanotecnologiacutea Editorial Reverte
2007
[75] JL Kirschvink DS Jones BJ MacFadden Magnetite Biomineralization
and Magnetoreception in Organisms A New Biomagnetism Springer US 2013
61
[76] TM El-Alaily MK El-Nimr SA Saafan MM Kamel TM Meaz ST
Assar Journal of Magnetism and Magnetic Materials 386 (2015) 25-30
[77] DJ Dunlop Ouml Oumlzdemir Treatise on Geophysics (Second Edition)
Elsevier Oxford 2015 pp 255-308
[78] A Savić D Čokeša S Lazarević B Jokić D Janaćković R Petrović LS
Živković Powder Technology 301 (2016) 511-519
[79] S Rajput CU Pittman Jr D Mohan Journal of Colloid and Interface
Science 468 (2016) 334-346
[80] M Kumari CU Pittman Jr D Mohan Journal of Colloid and Interface
Science 442 (2015) 120-132
[81] Y Mansourpanah Z Jafari Reactive and Functional Polymers 93 (2015)
178-189
[82] S Sundar R Mariappan S Piraman Powder Technology 266 (2014) 321-
328
[83] P Roonasi A Holmgren Applied Surface Science 255 (2009) 5891-5895
[84] J Safari Z Zarnegar Journal of Molecular Structure 1072 (2014) 53-60
[85] KL Pickering S Raa Khimi S Ilanko Composites Part A Applied Science
and Manufacturing 68 (2015) 377-386
[86] AK Ladavos AP Katsoulidis A Iosifidis KS Triantafyllidis TJ
Pinnavaia PJ Pomonis Microporous and Mesoporous Materials 151 (2012) 126-
133
[87] VMdS Rocha MdG Pereira LR Teles MOdG Souza Materials
Science and Engineering B 185 (2014) 13-20
[88] JZ Marinho RHO Montes AP de Moura E Longo JA Varela RAA
Munoz RC Lima Materials Research Bulletin 49 (2014) 572-576
[89] PM Huang Y Li ME Sumner Handbook of Soil Sciences Properties and
Processes Second Edition Taylor amp Francis 2011
[90] C Klein CS Hurlbut Manual de mineralogiacutea Reverte 1996
[91] Y-F Lin J-L Chen C-Y Xu T-W Chung Chemical Engineering Journal
250 (2014) 409-415
[92] AK Gupta M Gupta Biomaterials 26 (2005) 3995-4021
62
[93] C Sun JSH Lee M Zhang Advanced Drug Delivery Reviews 60 (2008)
1252-1265
[94] N Rai M Sarkar S Raha Pharmacological Reports 67 (2015) 1215-1223
[95] Z Lavrič J Pirnat J Lužnik U Puc Z Trontelj S Srčič Journal of
Pharmaceutical Sciences 104 (2015) 1909-1918
[96] S Rozou A Voulgari E Antoniadou-Vyza European Journal of
Pharmaceutical Sciences 21 (2004) 661-669
[97] H-S Gwak J-S Choi H-K Choi International Journal of Pharmaceutics
297 (2005) 156-161
[98] RP Aquino G Auriemma M dacuteAmore AM DacuteUrsi T Mencherini P Del
Gaudio Carbohydrate Polymers 89 (2012) 740-748
[99] IE Shohin JI Kulinich GV Ramenskaya B Abrahamsson S Kopp P
Langguth JE Polli VP Shah DW Groot DM Barends JB Dressman
Journal of Pharmaceutical Sciences 103 (2014) 367-377
[100] R Silva H Ferreira AC Carvalho AC Gomes A Cavaco-Paulo Colloids
and Surfaces B Biointerfaces 92 (2012) 277-285
[101] M Meloun D Burkoˇnovaacute T Syrovyacute A Vraacutena Analytica Chimica Acta 486
(2003) 125-141
[102] D Zheng Y Wang D Zhang Z Liu C Duan L Jia F Wang Y Liu G
Liu L Hao Q Zhang Cancer Letters 307 (2011) 158-164
[103] Q Wang R Liu X Shen L Zou D Wu Journal of Nanoscience and
Nanotechnology 14 (2014) 2871-2877
[104] N Caliskan AR Kul S Alkan EG Sogut I Alacabey Journal of
Hazardous Materials 193 (2011) 27-36
[105] TA Cigu S Vasiliu S Racovita C Lionte V Sunel M Popa C Cheptea
European Polymer Journal 82 (2016) 132-152
[106] M Oumlzacar İA Şengil Process Biochemistry 40 (2005) 565-572
[107] YS Ho G McKay Process Biochemistry 34 (1999) 451-465
[108] AB Peacuterez-Mariacuten VM Zapata JF Ortuntildeo M Aguilar J Saacuteez M Lloreacutens
Journal of Hazardous Materials 139 (2007) 122-131
[109] BF Urbano I Villenas BL Rivas CH Campos Chemical Engineering
63
Journal 268 (2015) 362-370
[110] J Peacuterez L Toledo CH Campos BL Rivas J Yantildeez BF Urbano
Chemical Engineering Journal 287 (2016) 744-754
[111] JW Steed DR Turner K Wallace Core Concepts in Supramolecular
Chemistry and Nanochemistry Wiley 2007
[112] A Buczkowski D Waliszewski P Urbaniak B Palecz International
Journal of Pharmaceutics 505 (2016) 1-13
[113] M Kosmulski Advances in Colloid and Interface Science
v
RESUMEN
Los nanotubos de magnetita Fe3O4 tienen la capacidad de ser materiales
ferrimagneacuteticos o superparamagneacuteticos Esta propiedad ha sido de especial
intereacutes en los uacuteltimos antildeos para aplicaciones en diferentes campos de la
nanociencia pero en particular en la preparacioacuten de materiales para la adsorcioacuten
transporte y liberacioacuten controlada de faacutermacos Por otro lado los dendriacutemeros en
particular los derivados de poli-(amidoamina) (PAMAM) son macromoleacuteculas
altamente ramificadas monodispersas los que han sido ampliamente estudiados
como sistemas nanotransportadores de faacutermacos Una de las principales
desventajas de ambos materiales es la limitada capacidad de carga que muestran
frente a algunos faacutermacos de intereacutes en el tratamiento de enfermedades croacutenicas
Ademaacutes del limitado control que se tiene en los procesos de liberacioacuten cuando
estos sistemas se usan como nanotransportadores de faacutermacos
Dada las caracteriacutesticas de ambos sistemas esta tesis contemploacute el estudio de un
sistema hiacutebrido NT-Fe3O4 acoplado a dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten
para la encapsulacioacuten de dos faacutermacos piroxicam (PRX) y silibinina (SIL) La
preparacioacuten del nanomaterial hiacutebrido se llevoacute a cabo a partir de siacutentesis
hidrotermal de los oacutexidos de hierro la que permitioacute obtener los nanotubos de
Fe3O4 a partir de la reduccioacuten teacutermica de los nanotubos de Fe2O3 en presencia de
flujo de H2 Finalmente el acople del dendriacutemero PAMAM a la superficie del
nanotubo se realizoacute mediante una inmovilizacioacuten covalente mediada por un
agente de acople El nanomaterial hiacutebrido fue caracterizado por termogravimetriacutea
difraccioacuten de rayos X microscopiacutea electroacutenica de barrido microscopiacutea electroacutenica
de transmisioacuten susceptibilidad magneacutetica e isoterma de adsorcioacuten-desorcioacuten de
N2 a -196degC ademaacutes de espectroscopia FT-IR con lo que se demostroacute la efectiva
inmovilizacioacuten de PAMAM a un contenido de 16 en masa El material hiacutebrido
(Fe3O4-PAMAM) mantiene la forma nanotubular y las propiedades magneacuteticas del
soporte inorgaacutenico de partida En los experimentos de adsorcioacuten se empleoacute NT-
Fe3O4 como adsorbente control Para ambos adsorbentes Fe3O4-PAMAM y NT-
vi
Fe3O4 se determinaron las cineacuteticas de adsorcioacuten para dos faacutermacos modelos
piroxicam (PRX) y silibinina (SIL) Para ambos materiales la adsorcioacuten de los
faacutermacos mostraron ajustarse a cineacuteticas de pseudo-primer orden y la cantidad
maacutexima de adsorcioacuten de faacutermaco se vio mejorada junto con un aumento en la
velocidad de adsorcioacuten por la presencia de PAMAM en la superficie del material
hiacutebrido
vii
ABSTRACT
Magnetite nanotubes Fe3O4 have the capacity to be ferrimagnetic or
superparamagnetic materials This property has been of special interest in last
years for applications in different fields of nanoscience but in particular in the
preparation of materials for the adsorption transport and controlled release of
drugs On the other hand dendrimers in particular the derivatives of poly-
(amidoamine) (PAMAM) are macromolecules highly branched and monodisperse
which have been widely studied as drug nanocarriers systems One of the main
disadvantages of both materials is their limited load capacity showed against some
drugs of interest in the treatment of chronic diseases In addition these systems
present an uncontrolled drug release in the liberation processes when they are
used as drug nanocarriers
Considering the characteristics of both systems this thesis contemplated the study
of a hybrid system NT-Fe3O4 coupled with PAMAM dendrimer of the third
generation for the encapsulation of two drugs piroxicam (PRX) and silybin (SIL)
The preparation of the hybrid nanomaterial was carried out from hydrothermal
synthesis of iron oxides which allowed obtaining NT-Fe3O4 from the thermal
reduction of the nanotubes of Fe2O3 in the presence of H2 flow Finally the
coupling of the PAMAM dendrimer to the surface of the nanotube was performed
by covalent immobilization mediated by a coupling agent The hybrid nanomaterial
was characterized by thermogravimetry X-ray diffraction scanning electron
microscopy transmission electron microscopy magnetic susceptibility
measurements and N2 adsorption-desorption isotherm at -196degC in addition FT-
IR spectroscopy analysis demonstrated the effective immobilization of PAMAM to a
content of 16 by mass The hybrid material (NTFe3O4-PAMAM) maintains the
nanotubular form and the magnetic properties of the starting inorganic support In
the adsorption experiments NT-Fe3O4 was used as the control adsorbent For both
adsorbents NT-Fe3O4-PAMAM and NT-Fe3O4 adsorption kinetic were determined
for two drug models piroxicam (PRX) and silybin (SIL) For both materials the
viii
adsorption of the drugs was adjusted to pseudo-first-order kinetics and the
maximum amount of drug adsorption was improved along with an increase in
adsorption rate by the presence of PAMAM on the surface of the hybrid material
ix
TABLA DE CONTENIDOS
Paacutegina
PROBERVIO ii
AGRADECIMIENTOS iii
RESUMEN v
ABSTRACT vii
IacuteNDICE DE FIGURAS xi
IacuteNDICE DE TABLAS xiii
1 INTRODUCCIOacuteN 1
11 Nanomateriales magneacuteticos 3
12 Dendriacutemeros 8
13 Nanomateriales hiacutebridos oacutexido inorgaacutenicoPAMAM 12
2 HIPOacuteTESIS 14
3 OBJETIVOS 14
31 OBJETIVO GENERALE 14
32 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS 14
4 PARTE EXPERIMENTAL 15
41 Siacutentesis de los nanotransportadores 15
411 Siacutentesis de nanotubos de magnetita (Fe3O4) 15
412 Funcionalizacioacuten de NT-Fe3O4 con el agente de acople
3-glicidoxipropil-trimetoxisilano
15
413 Acoplamiento de NT-Fe3O4-GPTMS con dendriacutemero
PAMAM
16
42 Caracterizacioacuten de los sistemas 17
421 Espectroscopia de Infrarrojo con Transformada de Fourier
(FT-IR)
17
422 Difraccioacuten de Rayos X (DRX) 18
423 Microscopiacutea Electroacutenica de Transmisioacuten (TEM) 20
424 Microscopia Electroacutenica de Barrido (SEM) 21
425 Anaacutelisis Termogravimeacutetrico (TGA) 22
426 Isotermas de Adsorcioacuten-Desorcioacuten de N2 a -196degC 23
x
427 Magnetizacioacuten del material 24
428 Adsorcioacuten de Faacutermacos en Nanotubo Fe3O4 y en
nanotransportador hiacutebrido Fe3O4-PAMAM
26
5 DISCUSOacuteN Y ANAacuteLISIS DE RESULTADOS 28
51 Caracterizacioacuten de los nanomateriales 28
511 Espectroscopia de infrarrojo con transformada de Fourier 28
512 Anaacutelisis Termogravimeacutetrico 29
513 Isotermas de Adsorcioacuten-Desorcioacuten de N2 a -196degC 31
514 Difraccioacuten de Rayos X 33
515 Microscopiacutea Electroacutenica de Barrido y Transmisioacuten 34
516 Propiedades magneacuteticas 37
52 Estudios de la adsorcioacuten de Faacutermacos en Nanotubo Fe3O4
y en nanotransportador hiacutebrido Fe3O4-PAMAM
40
521 Faacutermacos de intereacutes 40
522 Adsorcioacuten de PRX 44
523 Adsorcioacuten de SIL 49
6 CONCLUSIONES Y PERSPECTIVAS 54
REFERENCIAS 56
xi
IacuteNDICE DE FIGURAS
Paacutegina
Figura 1 Algunos tipos de nanomateriales utilizados en el
transporte de faacutermacos y para diagnoacutestico e imagen [17]
2
Figura 2 Esquemas de asociacioacuten componente orgaacutenico en
soportes soacutelidos (a) Adsorcioacuten (b) Adsorcioacuten por
formacioacuten de pares ioacutenicos y (c) Anclaje por enlace
covalente
6
Figura 3 Esquema de anclaje del AAC en el soporte [42] 7
Figura 4 Esquema general de la estructura de un dendriacutemero 9
Figura 5 Dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten (G3) 10
Figura 6 Sistema de reaccioacuten para realizar las modificaciones
superficiales de NT-Fe3O4
16
Figura 7 Esquema del equipamiento de un FT-IR 18
Figura 8 Difraccioacuten de Rayos X producida por los diferentes planos
de un cristal
19
Figura 9 Esquema de un microscopio electroacutenico de transmisioacuten 21
Figura 10 Esquema de un microscopio electroacutenico de barrido 22
Figura 11 Representacioacuten esquemaacutetica de un soacutelido poroso [71] 23
Figura 12 Representacioacuten de curva de magnetizacioacuten para un
material ferromagneacutetico [74]
25
Figura 13 Esquema del sistema de adsorcioacuten de faacutermacos en los
nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM
27
Figura 14 Espectro FT-IR de (a) NT-Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-PAMAM 28
Figura 15 Termogramas de los materiales realizados en atmoacutesfera
de O2 (a) NT- Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-GPTMS y (c) NT-
Fe3O4-PAMAM
30
Figura 16 Isoterma de adsorcioacutendesorcioacuten de N2 a -196degC para (a)
NT-Fe3O4 y (b) NT-Fe3O4-PAMAM
32
Figura 17 Difractograma de rayos X para (a) NT α-Fe2O3 (b) NT- 34
xii
Fe3O4 y (c) NT-Fe3O4-PAMAM
Figura 18 Imaacutegenes de SEM de los materiales (a) NT-Fe3O4 (b)
NT-Fe3O4-PAMAM
35
Figura 19 Micrografiacuteas de TEM de NT-Fe3O4 (a b) NT-Fe3O4-
PAMAM (e f) y las curvas de distribucioacuten del largo (c g) y
diaacutemetro externo (d h) para ambos NT-Fe3O4 y NT-
Fe3O4-PAMAM respectivamente
36
Figura 20 Curva de magnetizacioacuten obtenida para NT-Fe3O4 (a b) y
NT-Fe3O4-PAMAM (c d) utilizando un magnetoacutemetro de
muestra vibrante (VSM) a 17degC
39
Figura 21 Estructuras de los faacutermacos de intereacutes (a) Piroxicam y
(b) Silibinina
40
Figura 22 Cineacutetica y ajustes de modelos cineacuteticos de adsorcioacuten
para PRX en los nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-
Fe3O4-PAMAM
45
Figura 23 Esquema propuesto para la adsorcioacuten de PRX en los
sistemas sintetizados (A) Fe3O4-NT y (B) Fe3O4-NT-
PAMAM
45
Figura 24 Graacutefico de adsorcioacuten de PRX en los nanotransportadores
sintetizados considerando un modelo de difusioacuten
intrapartiacutecula en tres etapas
48
Figura 25 Cineacutetica y ajustes de modelos cineacuteticos de adsorcioacuten
para SIL en los nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-
Fe3O4-PAMAM
49
Figura 26 Graacutefico de adsorcioacuten de SIL en los nanotransportadores
sintetizados considerando un modelo de difusioacuten
intrapartiacutecula en tres etapas
52
xiii
IacuteNDICE DE TABLAS
Paacutegina
Tabla 1 Impacto en la masa molecular y en el tamantildeo de los
dendriacutemeros PAMAM seguacuten crece la generacioacuten [48]
11
Tabla 2 Porcentaje de peacuterdida de masa y material acoplado
GPTMS y PAMAM (G3) al NT-Fe3O4
31
Tabla 3 Superficie especiacutefica tamantildeo promedio de poro y volumen
de poro determinadas por las de BET y BJH [73 86] para
los materiales en base a NT-Fe3O4 sintetizados
33
Tabla 4 Resumen de paraacutemetros magneacuteticos para los materiales
preparados a 17degC
37
Tabla 5 Modelos cineacuteticos para la adsorcioacuten de PRX en los
adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM
46
Tabla 6 Modelo de difusioacuten intra-partiacutecula para la adsorcioacuten de
PRX en los adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM
considerando dos etapas determinantes en la adsorcioacuten
del faacutermaco y una tercera de equilibrio
49
Tabla 7 Modelos cineacuteticos para la adsorcioacuten de SIL en los
adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM
51
Tabla 8 Modelo de difusioacuten intra-partiacutecula para la adsorcioacuten de SIL
en los adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM
considerando dos etapas determinantes en la adsorcioacuten
del faacutermaco y una tercera de equilibrio
53
1
1 INTRODUCCIOacuteN
En la actualidad existe una amplia gama de faacutermacos disponibles para el
tratamiento de diferentes tipos de enfermedades En el tratamiento de un proceso
fisiopatoloacutegico se espera que la administracioacuten de los medicamentos se realice de
forma tal que alcance su lugar de accioacuten con una determinada concentracioacuten No
obstante algunos medicamentos muestran una escasa solubilidad en el plasma
sanguiacuteneo asiacute como tambieacuten en el medio inter-intracelular Por lo general solo el
1 de la dosis administrada llega al sitio diana mientras que el resto del faacutermaco
se distribuye a traveacutes del resto de ceacutelulas y tejidos Esta desventaja impone la
administracioacuten de altas dosis de faacutermacos para lograr un aumento de su
concentracioacuten local lo que provoca numerosos efectos toxicoloacutegicos e
inmunoloacutegicos indeseables [1-3]
Esta limitante estaacute siendo superada gracias al desarrollo de una variedad de
transportadores de faacutermacos los que actuacutean por asociacioacuten fiacutesica yo quiacutemica
entre la sustancia activa y el transportador Entre las muacuteltiples ventajas que
pueden aportar los transportadores de faacutermacos se destaca el control de las
concentraciones plasmaacuteticas y de la distribucioacuten tisular gracias a que protege la
sustancia activa contra la inactivacioacuten (quiacutemica enzimaacutetica o inmunoloacutegica) desde
el lugar de administracioacuten hasta el sitio de accioacuten [2 4-7] Los sistemas
transportadores han sido clasificados de acuerdo a su naturaleza quiacutemica o a su
tamantildeo pero en las uacuteltimas deacutecadas son aquellos denominados
nanotransportadores los que han mostrado los resultados maacutes promisorios en el
desarrollo de sistemas vectorizados de transporte y liberacioacuten de faacutermacos para el
tratamiento especiacutefico de enfermedades
Los nanotransportadores son sistemas que se caracterizan por ser de tamantildeo
nanomeacutetrico donde sus medidas pueden fluctuar entre 1 y 100 nm en una o maacutes
de sus dimensiones [8 9] (ver Figura 1) La adsorcioacuten del faacutermaco ocurre
generalmente al interior de cavidades del nanotransportador las cuaacuteles permiten
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alojar las moleacuteculas de faacutermaco en un fenoacutemeno que se describe como
encapsulacioacuten [10 11] Dentro de los nanotransportadores de faacutermacos que
cumplen con estos requisitos se encuentran aqueacutellos que se basan en sistemas
inorgaacutenicos orgaacutenicos y aqueacutellos denominados hiacutebridos que son una mezcla de
ambos
De la familia de transportadores basados en nanomateriales (NM) inorgaacutenicos se
pueden mencionar algunos como nanotubos de carbono (CNTs) [12] nanotubos
de oacutexidos inorgaacutenicos como TiO2 [13] y Al2O3 [14] nanopartiacuteculas de oacutexidos
inorgaacutenicos como SiO2 [15] y Fe3O4 [16] entre otros La principal caracteriacutestica de
estos sistemas es su nula solubilidad en el plasma sanguiacuteneo La habilidad de
adsorber faacutermacos de estos materiales viene dada principalmente porque
disponen de un aacuterea superficial y porosidad que permiten el alojamiento del
faacutermaco al interior de los poros lo que ralentiza su liberacioacuten una vez internalizado
en el hueacutesped
Figura 1 Algunos tipos de nanomateriales utilizados en el transporte de faacutermacos
y para diagnoacutestico e imagen [17]
Los NM orgaacutenicos tambieacuten se han considerado una buena alternativa para su uso
como sistemas nanotransportadores de faacutermacos de los que se pueden mencionar
a los dendriacutemeros [18] micelas [19] poliacutemeros [20] y liposomas [21] entre otros A
diferencia de los materiales inorgaacutenicos los nanomateriales orgaacutenicos pueden
Poliacutemero lineal Quantum Dots Nanopartiacutecula
Micela polimeacuterica Liposoma Dendriacutemero
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actuar de forma soluble o insoluble en el plasma sanguiacuteneo El principio de
adsorcioacuten se basa en la diferencia de afinidad del faacutermaco frente al medio
dispersante De forma general faacutermacos que son poco solubles en agua se
adsorben de forma efectiva en sistemas que posean cavidades hidroacutefobas
Los sistemas nanotransportadores hiacutebridos nacen de la necesidad de combinar
propiedades de los sistemas inorgaacutenicos yo orgaacutenicos con el fin de producir un
NM que muestre una alta sinergia entre ambos componentes en el proceso de
adsorcioacuten y liberacioacuten de faacutermacos [1314 22] Dependiendo de la naturaleza del
sistema hiacutebrido se pueden clasificar en hiacutebridos inorgaacutenicoinorgaacutenico [23]
hiacutebridos inorgaacutenicoorgaacutenico [24] e hiacutebridos orgaacutenicoorgaacutenico [25]
11 Nanomateriales magneacuteticos
Dentro de los NM inorgaacutenicos maacutes interesantes se encuentran las
nanoestructuras de oacutexidos hierro El oacutexido de hierro existe en la naturaleza en tres
fases magnetita (Fe3O4) maghemita (γ-Fe2O3) y hematita (α-Fe2O3) [26] La
magnetita presenta las propiedades maacutes interesantes entre todos los demaacutes
oacutexidos de hierro debido a la presencia de cationes de hierro en dos estados de
valencia (Fe2+ y Fe3+) en su estructura cubica centrada en la cara de tipo espinela
(AB2O4) inversa En ella el oxiacutegeno forma un empaquetado cuacutebico compacto
donde la mitad de los cationes Fe3+ ocupan sitios tetraeacutedricos (A) mientras que la
otra mitad de Fe3+ y los cationes Fe2+ ocupan los sitios octaeacutedricos (B) [27] lo cual
le confiere susceptibilidad magneacutetica
El nuacutemero de cationes Fe3+ en cada sitio de la red cristalina (tetraeacutedrico y
octaeacutedrico) es el mismo pero con direcciones opuestas del espiacuten magneacutetico por
lo tanto los momentos magneacuteticos de los cationes Fe3+ se anulan entre siacute como
resultado los cationes Fe2+ son los responsables del momento magneacutetico neto en
la magnetita Por lo cual la magnetita posee un comportamiento ferrimagneacutetico es
decir los espines magneacuteticos son antiparalelos y sus magnitudes son desiguales
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El comportamiento de este material magneacutetico puede cambiar draacutesticamente
dependiendo del tamantildeo A medida que el tamantildeo de la estructura disminuye los
multidominios magneacuteticos cambian hasta obtener una estructura conformada por
un solo dominio magneacutetico [27-29] dando como resultado una nueva propiedad
magneacutetica denominada superpara-magnetismo Esta propiedad se define como la
capacidad de ciertos NM magneacuteticos que poseen alta susceptibilidad y saturacioacuten
de magnetizacioacuten bajo la influencia de un campo magneacutetico las que pierden
completamente una vez que se elimina el campo magneacutetico lo que resulta una
remanencia magneacutetica y coercitividad de cero [30] Debido a su baja toxicidad y
alta biocompatibilidad ademaacutes de la alta estabilidad mecaacutenica teacutermica y quiacutemica
la magnetita ha atraiacutedo mucho la atencioacuten para aplicaciones biomeacutedicas tales
como resonancia magneacutetica hipertermia magneacutetica terapia del caacutencer liberacioacuten
controlada de faacutermacos ingenieriacutea de tejidos entre otras [29-32]
Muchos esfuerzos tambieacuten se han llevado a cabo en la siacutentesis y propiedades de
las nanoestructuras de oacutexido de hierro con morfologiacuteas bien definidas como
nanocristales poliedros cubos varillas tubos entre otros [26] Varios meacutetodos
sinteacuteticos han sido reportados para la preparacioacuten de nanopartiacuteculas de oacutexido de
hierro que incluyen co-precipitacioacuten irradiacioacuten de ultrasonido siacutentesis
solvotermal siacutentesis hidrotermal microemulsioacuten siacutentesis viacutea microondas y la
descomposicioacuten teacutermica [33] La siacutentesis hidrotermal es una ruta de precipitacioacuten
en fase acuosa que se lleva a cabo en reactores que soportan altas presiones y
temperaturas la que se emplea ampliamente para sintetizar nanoestructuras
funcionales con formas especiacuteficas [26 27] ya que es un proceso simple y de alto
rendimiento con el cual se obtienen nano-arquitecturas de tamantildeo y morfologiacutea
reproducible [31]
Jia y colaboradores han reportado un proceso sencillo para producir nanoanillos
de Fe3O4 en el cual se utiliza la ruta hidrotermal con la participacioacuten de los
aniones dobles SO42- y H2PO4
- como controladores de la morfologiacutea para producir
Fe2O3 como base estructural el cual es sometido a un tratamiento de reduccioacuten en
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atmoacutesfera de H2 para producir el material en base a magnetita [34] Este meacutetodo
abre la posibilidad de crear una gama de estructuras tridimensionales variando las
relaciones de iones SO42-H2PO4
- durante el tratamiento de siacutentesis hidrotermal
[34] Se ha demostrado que los iones SO42- tienen el efecto de aumentar el
tamantildeo de partiacutecula debido a que aumenta la superficie de las nanoestruturas
Fe2O3 formadas [35] La presencia de iones H2PO4- es el factor crucial que induce
la formacioacuten de una estructura tubular producto de la adsorcioacuten selectiva de iones
fosfato en la superficie de las partiacuteculas de Fe2O3 y su capacidad de coordinar con
los iones feacuterricos [36] Estas estructuras tubulares o nanotubos magneacuteticos (NT-
Fe3O4) no soacutelo conservan el fondo y la forma de una nanovarilla tambieacuten
proporcionan cavidad interna que lo proyectan como un material que permite la
encapsulacioacuten y liberacioacuten controlada de faacutermacos oligoacutemeros supramoleacuteculas
yo macromoleacuteculas entre otras especies [37] las cuales se pueden transportar
de forma segura en el sistema in vivo evitando la degradacioacuten hidroliacutetica o la
precipitacioacuten de faacutermacos hidroacutefobos durante la entrega en el sitio especiacutefico
La principal ventaja de los NT-Fe3O4 como transportadores de faacutermacos es que
pueden poseer la propiedad del para- o superpara-magnetismo para realizar un
seguimiento de la administracioacuten de faacutermacos El traslado de los NTs puede ser
controlado por un campo magneacutetico externo dirigieacutendolo de forma especiacutefica a los
sitios fisioloacutegicos de accioacuten [38] La combinacioacuten de las propiedades magneacuteticas
con una estructura tubular hace de los NT-Fe3O4 un candidato ideal como
nanotransportador empleado en aplicaciones biomeacutedicas La principal limitante
para el empleo de este tipo de sistemas es el tipo de moleacuteculas que pueden ser
adsorbidas ya que en general se ha observado que moleacuteculas de pequentildeo
tamantildeo no son adsorbidas en forma eficiente [34 39]
Una forma de poder superar la baja capacidad de adsorcioacuten de faacutermacos por parte
de los NT-Fe3O4 es generando sistemas hiacutebridos que sean capaces de incorporar
una segunda unidad que incrementen su capacidad de adsorcioacuten Esto se puede
conseguir recubriendo al NT-Fe3O4 con un segundo componente generalmente de
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naturaleza orgaacutenica obtenido de una fuente natural o sinteacutetica proveyendo
nanoestructuras hibridas con propiedades mejoradas frente a sus componentes
puros La asociacioacuten del componente orgaacutenico con el NM inorgaacutenico puede
realizarse empleando 3 rutas tal como se muestra en la Figura 2
(a) (b) (c)
Figura 2 Esquemas de asociacioacuten componente orgaacutenico en soportes soacutelidos (a)
Adsorcioacuten (b) Adsorcioacuten por formacioacuten de pares ioacutenicos y (c) Anclaje por enlace
covalente
La asociacioacuten por formacioacuten de enlaces covalentes ha sido la teacutecnica maacutes
prometedora y puede llevarse a cabo gracias al uso de moleacuteculas intermediarias
denominadas agentes de acople los cuales son capaces de modificar la superficie
de un soacutelido inorgaacutenico y a su vez unirse covalentemente al estabilizante a traveacutes
de una funcioacuten orgaacutenica reactiva Algunos agentes de acople (AAC) se pueden
clasificar en cuatro grupos aacutecidos carboxiacutelicos poliacutemeros silanos y moleacuteculas
organofosforadas Los AAC del tipo silano son los maacutes utilizadas en los NM
inorgaacutenicos la formula general de este tipo AAC muestra dos clases de
funcionalidades (R1-(CH2)n-Si-(R2)3) Los grupos R1 representan al grupo orgaacutenico
funcional como NH2 SH epoxi metacrilato etc y los grupos R2 representan a un
grupo funcional hidrolizable tal como OCH3 OCH2CH3 o Cl [40 41]
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Debido a que la superficie de NM inorgaacutenicos de tipo oacutexido poseen grupos
hidroxilos (-OH) eacutestos se utilizan como sitios de reaccioacuten para el proceso de
anclaje El proceso de acoplamiento se logra a traveacutes de la reaccioacuten quiacutemica
entre los grupos trialcoacutexido del AAC y los grupos hidroxilos superficiales del NM
inorgaacutenico [41] tal como se muestra en el esquema de la Figura 3
Figura 3 Esquema de anclaje del AAC en el soporte [42]
Dependiendo de la naturaleza de la moleacutecula orgaacutenica a anclar hay dos formas de
incorporarla en la superficie del soporte anclaje de AAC en la superficie del NM y
posterior reaccioacuten con la moleacutecula de intereacutes o reaccioacuten previa entre moleacutecula y
AAC para realizar el posterior anclaje en la superficie del NM
En este contexto se ha propuesto que la utilizacioacuten de sistemas
nanotransportadores hiacutebridos podriacutean mejoran las variadas limitaciones que
presentan la mayoriacutea de los sistemas nanotransportadores basados en materiales
inorgaacutenicos con baja capacidad de adsorcioacuten Algunos sistemas hiacutebridos
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propuestos para la adsorcioacuten de faacutermacos han sido nanopartiacuteculas de siacutelice
funcionalizadas con poliacutemeros que contienen guanidina donde se ha estudiado el
comportamiento de carga y liberacioacuten de doxorrubicina y sulfasalazina [22]
nanopartiacuteculas de ZnO-poli(N-isopropilacrilamida) en las cuales se ha estudiado la
liberacioacuten del faacutermaco doxorrubicina en ceacutelulas tumorales [43] nanotubos de
carbono-dendriacutemero los cuales han permitido el aumento significativo de la
solubilidad del faacutermaco carvedilol [44] nanotubos de TiO2 y Al2O3 acoplados a
dendriacutemeros PAMAM cuyo objetivo es combinar las propiedades de adsorcioacuten y
liberacioacuten de metotrexato silibinina y curcumina [13 14]
12 Dendriacutemeros
En el uacuteltimo tiempo ha habido un creciente intereacutes en el uso de macromoleacuteculas
sinteacuteticas en base a poliacutemeros de masa molar controlada y estructura quiacutemica
definida como vectores en la administracioacuten controlada de faacutermacos y otras
aplicaciones terapeacuteuticas o de diagnoacutestico donde se destacan los dendriacutemeros
[45] Los dendriacutemeros son una clase de macromoleacuteculas polimeacutericas de forma
globular altamente ramificadas y monodispersas que constan de un nuacutecleo
central a partir del cual se originan una serie de ramificaciones La palabra
dendriacutemero deriva del teacutermino griego dendron que significa aacuterbol y meros es
decir parte La estructura de un dendriacutemero incluye tres partes un nuacutecleo central
unidades ramificadas y grupos superficiales Las unidades ramificadas estaacuten
dispuestas en capas denominadas generaciones (G) y la zona de la cual emergen
estas ramificaciones se conoce como nodo [23] tal como se muestra en la Figura
4 El tamantildeo de los dendriacutemeros variacutea entre 10-130 Aring de diaacutemetro dependiendo
de la generacioacuten del dendriacutemero [45-47] A pesar de su gran tamantildeo molecular
muestran una muy baja polidispersidad en comparacioacuten con los poliacutemeros
sinteacuteticos tradicionales [48]
La principal ventaja de los dendriacutemeros es que de acuerdo a su estructura
quiacutemica poseen cavidades hidrofoacutebicas caraacutecter que se acentuacutea a medida que
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crece la generacioacuten del dendriacutemero Esta propiedad favorece la adsorcioacuten de
faacutermacos poco solubles en su interior destacaacutendolos como agentes de transporte
para faacutermacos poco solubles [49-52]
Figura 4 Esquema general de la estructura de un dendriacutemero
Fuente Elaboracioacuten propia
Por otra parte estos nanotransportadores poseen en su superficie un nuacutemero
definido de grupos funcionales (amino carboxilo hidroxilo etc) los que le
confieren una gran versatilidad ya que no soacutelo poseen capacidad para la
adsorcioacuten de faacutermacos en la cavidad interna de la macromoleacutecula sino que al
mismo tiempo los grupos funcionales superficiales permiten realizar
modificaciones brindaacutendoles una alta capacidad de vectorizacioacuten [17 53]
Los dendriacutemeros poliamidoaminas (PAMAM) fueron la primera familia de
dendriacutemeros sintetizados y caracterizados [54] siendo uno materiales de mayor
intereacutes en estudios de nanotransportadores en relacioacuten a su biocompatibilidad Los
dendriacutemeros PAMAM estaacuten constituidos por un nuacutecleo de 12-etilendiamina y
ramificaciones de poliamidoamina [48] En solucioacuten acuosa estos poliacutemeros se
comportan como polielectrolitos ya que las aminas terciarias presente en la
cavidad interna (pKa 30 ndash 60) y las aminas primarias superficiales del dendriacutemero
Nuacutecleo
Ramas
Punto divergente
Grupos funcionales
superficiales
10
(pKa 94 ndash 97) pueden ser protonadas a diferentes pH [13 51] lo cual conlleva a
un cambio en la conformacioacuten tamantildeo y carga del dendriacutemero Los dendriacutemeros
PAMAM estaacuten disponibles comercialmente hasta la deacutecima generacioacuten (G10) Los
de baja generacioacuten (G1-G3) son poco sensibles a los cambios frente a variaciones
de pH poseen conformaciones abiertas [55] y cavidades internas que permiten la
encapsulacioacuten de faacutermacos hidroacutefobos mientras que los grupos superficiales
estaacuten disponibles para interacciones electrostaacuteticas o conjugacioacuten covalente En la
Figura 5 se observa un dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten (G3)
Figura 5 Dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten (G3) Fuente Elaboracioacuten
propia
En la Tabla 1 se puede observar algunas propiedades de los PAMAM A medida
que aumenta la generacioacuten del dendriacutemero hay un aumento progresivo de su
11
tamantildeo (aprox 10 nm en cada generacioacuten) y como consecuencia se observa un
incremento exponencial en el nuacutemero de grupos aminos superficiales
Los dendriacutemeros PAMAM han demostrado ser efectivos como
nanotransportadores de faacutermacos pues poseen baja citotoxicidad son
biodegradables y no inmunogeacutenicos por lo menos hasta la generacioacuten 5 [56 57]
Tabla 1 Impacto en la masa molecular y en el tamantildeo de los dendriacutemeros
PAMAM seguacuten crece la generacioacuten [48]
Dendriacutemeros
PAMAM
generacioacuten
Masa molecular
(kDa)
Diaacutemetro en
nanoacutemetros (nm)
Nuacutemero de
grupos en
superficie
0 0517 15 4
1 1430 22 8
2 3256 29 16
3 6909 36 32
4 14215 45 64
5 28826 54 128
6 58048 67 256
7 116493 81 512
8 233383 97 1024
9 467162 114 2048
10 934720 135 4096
Algunos ejemplos reportados en bibliografiacutea han demostrado el aumento de la
solubilidad de algunos faacutermacos poco solubles en medio acuoso como nifedipina
adsorbida en PAMAM-G3 y PAMAM-G4 [58] aacutecido mefenaacutemico adsorbida en
PAMAM-G2 y PAMAM-G3 [51] piroxicam en PAMAM-G3 [59] metotrexato y
adriamicina en complejos PAMAM-G3-pegilado y PAMAM-G4-pegilado [60] entre
otros
12
La principal aplicacioacuten de los PAMAM como nanotransportadores ha sido en la
adsorcioacuten y liberacioacuten de faacutermacos antineoplaacutesicos [61] Lamentablemente los
sistemas PAMAM no muestran especificidad como para considerarlos potenciales
candidatos para terapias dirigidas en el tratamiento de enfermedades sin ser
previamente vectorizados Es por esto que la investigacioacuten que se ha desarrollado
en los uacuteltimos 10 antildeos ha estado focalizada en la siacutentesis de nanotransportadores
PAMAM modificados con algunas moleacuteculas capaces de conferirle especificidad
en orden a aumentar la liberacioacuten de los faacutermacos adsorbidos en la zona donde se
encuentran los receptores farmacoloacutegicos para asiacute disminuir al miacutenimo su
concentracioacuten en otras zonas del organismo [62 63] Ademaacutes variados estudios
han mostrado que los dendriacutemeros PAMAM poseen una limitada capacidad de
adsorcioacuten de faacutermacos soacutelo de unos cuantos miligramos de faacutermaco por gramo de
dendriacutemero Esto unido a la raacutepida liberacioacuten de las moleacuteculas de faacutermacos bajo
condiciones fisioloacutegicas impone el desarrollo de nuevas estrategias para el disentildeo
de nanotransportadores de faacutermacos en base a dendriacutemeros PAMAM
13 Nanomateriales hiacutebridos oacutexido inorgaacutenicoPAMAM
Dada la capacidad de adsorber faacutermacos del sistema PAMAM y su habilidad de
poder sufrir modificaciones en sus grupos aminos superficiales es que se ha
considerado como un componente que mejorariacutea la capacidad de adsorcioacuten de
faacutermacos poco solubles en sistemas inorgaacutenicos De acuerdo a la experiencia del
grupo de investigacioacuten se sabe que la preparacioacuten de nanotransportadores
hiacutebridos en base a nanotubos de TiO2 y Al2O3 acoplados con dendriacutemeros
PAMAM G3 han demostrado un incremento en la capacidad de adsorcioacuten de
faacutermacos poco solubles como metotrexato silibinina y curcumina [13 14]
En base a las evidencias previas reportadas en relacioacuten al empleo de materiales
hiacutebridos en base a nanotubos de oacutexidos inorgaacutenicos acoplados a dendriacutemeros
PAMAM y las caracteriacutesticas de NM del tipo NT-Fe3O4 es que se ha propuesto la
siacutentesis caracterizacioacuten y evaluacioacuten de la capacidad de adsorcioacuten de faacutermacos
13
de materiales en base a NT-Fe3O4 acoplados a PAMAM G3 los que podriacutean
constituir sistemas con una capacidad de adsorcioacuten superior respecto del NT-
Fe3O4 ademaacutes de exhibir propiedades para- o superpara-magneacuteticas que le
confeririacutean la capacidad de ser magneto-dirigido a los sitios de accioacuten Se espera
realizar la inmovilizacioacuten por medio de la unioacuten covalente entre el NT-Fe3O4 y
PAMAM mediada por un agente de acople de tipo 3-glicidoxipropil-trimetoxisilano
(GPTMS) Los estudios de adsorcioacuten se hicieron con dos faacutermacos poco solubles
como modelos silibinina (SIL) y piroxicam (PRX) empleando como adsorbentes
NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM G3
14
2 HIPOacuteTESIS
La inmovilizacioacuten covalente del dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten en un
NT magneacutetico en base a Fe3O4 permitiraacute adsorber efectivamente faacutermacos que
poseen baja solubilidad en agua
3 OBJETIVOS
31 OBJETIVO GENERAL
Sintetizar un nanotransportador hiacutebrido Fe3O4-PAMAM (G3) con la capacidad de
adsorber faacutermacos con baja solubilidad en agua
32 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
Sintetizar y caracterizar una nanoestructura magneacutetica basada en nanotubos
de Fe3O4 obtenidos por una reduccioacuten de nanotubos Fe2O3
Funcionalizar la nanoestructura magneacutetica con agente de acople por medio de
enlaces covalentes
Obtener un nanomaterial hiacutebrido basado en la inmovilizacioacuten covalente del
dendriacutemero PAMAM en la nanoestructura magneacutetica funcionalizada
Estudiar la adsorcioacuten de los faacutermacos piroxicam y silibinina en el nanomaterial
hiacutebrido
15
4 PARTE EXPERIMENTAL
41 Siacutentesis de los nanotransportadores
411 Siacutentesis de nanotubos de magnetita (Fe3O4)
Para la obtencioacuten de estos nanotubos magneacuteticos primero se realizoacute la siacutentesis de
nanotubos de hematita (α-Fe2O3) como precursor de forma los que fueron
obtenidos por tratamiento hidrotermal de una mezcla de disoluciones de
FeCl36H2O (JTBakerreg) NH4H2PO4 (Sigma-Aldrichreg) y Na2SO4 (Merckreg) de
acuerdo al trabajo reportado por Jia y colaboradores [34] Las relaciones molares
empleadas de la sal precursora y los agentes directores de estructura fueron
FeCl3NH4H2PO4Na2SO4 36121 las que se prepararon en agua desionizada y se
llevaron a un autoclave de 100 mL de capacidad La mezcla se calentoacute a 220degC
durante 48h El precipitado obtenido se separoacute por centrifugacioacuten y se lavoacute tres
veces con agua desionizada y etanol absoluto (Merckreg) respectivamente Despueacutes
el soacutelido se secoacute en una estufa a vaciacuteo por 12h a 80degC para obtener los nanotubos
de Fe2O3 Finalmente los NT-Fe3O4 fueron obtenidos por reduccioacuten de los NT-
Fe2O3 a 360degC bajo flujo continuo de H2 5vv en Ar durante 5h en una rampa de
calentamiento de 1degCmin El rendimiento de la siacutentesis fue de un 91
412 Funcionalizacioacuten de NT-Fe3O4 con el agente de acople
3-glicidoxipropil-trimetoxisilano
Los NT-Fe3O4 se dispersaron en tolueno (Merckreg) seco el cual fue previamente
desgasificado con N2 por 1h en un reactor de vidrio provisto de agitacioacuten mecaacutenica
y atmoacutesfera controlada (ver Figura 6) Al tolueno se agregoacute 1 g de NT- Fe3O4
formando una dispersioacuten negra la que se calentoacute hasta alcanzar la temperatura de
ebullicioacuten Una vez alcanzada la temperatura deseada se inyectoacute el agente de
acople 3-glicidoxipropil-trimetoxisilano (GPTMS 98 Aldrichreg) en relacioacuten 1 mL
GPTMS por 1 g de soporte [13 14] La reaccioacuten se mantuvo a reflujo por 24h Una
16
vez obtenido NT-Fe3O4-GPTMS se lavoacute con acetona (Merckreg) para eliminar el
exceso de GPTMS y se secoacute en estufa a vaciacuteo por 12h a 40degC El rendimiento de
la reaccioacuten acople se determinoacute por medio de anaacutelisis termogravimeacutetrico el cual se
adjunta en la seccioacuten 512
Figura 6 Sistema de reaccioacuten para realizar las modificaciones superficiales de NT-
Fe3O4 Fuente Elaboracioacuten propia
413 Acoplamiento de NT-Fe3O4-GPTMS con dendriacutemero PAMAM
En un reactor de vidrio provisto de agitacioacuten mecaacutenica (Figura 6) se agregaron
050 g de NT-Fe3O4-GPTMS con 25 mL de dimetilsulfoacutexido (DMSO Merckreg) seco
generaacutendose una dispersioacuten negra que se agitoacute durante 1h en N2 a 40degC
Posteriormente se disolvioacute 863 mg de dendriacutemero PAMAM G3 (20 mm en
metanol Sigma-Aldrichreg) seco en 5 mL de DMSO seco y se agregoacute al sistema de
reaccioacuten el cual se mantuvo en agitacioacuten mecaacutenica y a 40degC por un periodo de
48h El material obtenido se lavoacute exhaustivamente con metanol (Merckreg) para
eliminar los restos de DMSO y PAMAM adsorbidos Por uacuteltimo el soacutelido NT-Fe3O4-
PAMAM se secoacute al vaciacuteo a 40degC por un periodo de 24h El rendimiento de la
reaccioacuten conjugacioacuten se determinoacute por medio de anaacutelisis termogravimeacutetrico el cual
se adjunta en la seccioacuten 512
17
42 Caracterizacioacuten de los sistemas
421 Espectroscopia de Infrarrojo con Transformada de Fourier (FT-IR)
Un espectro IR se obtiene al pasar radiacioacuten IR a traveacutes de una muestra y
determinar que fraccioacuten de esta radiacioacuten incidente ha sido absorbida La energiacutea
particular a la que aparece cada banda en el espectro guarda relacioacuten con la
frecuencia de vibracioacuten de una parte de la moleacutecula Los espectros en la regioacuten
infrarroja estaacuten asociados a las transiciones entre niveles de energiacutea vibracional
estos niveles corresponden a vibraciones tensioacuten-contraccioacuten (stretching) y
flexiones (bending) de los enlaces y otros movimientos complejos de las moleacuteculas
[64] La regioacuten IR del espectro electromagneacutetico se encuentra entre 14290-10 cm-1
El intervalo que abarca la espectroscopia infrarroja puede dividirse en tres
regiones IR cercano (NIR) 14290-4000 cm-1 IR medio 4000-400 cm-1 IR lejano
400-10 cm-1 siendo en el IR medio donde se dan la mayoriacutea de las aplicaciones
analiacuteticas tradicionales
En los experimentos comunes de FT-IR un haz de luz infrarroja atraviesa la
muestra y se registra la cantidad de energiacutea absorbida a cada longitud de onda
Esto puede lograrse barriendo el espectro con un haz de luz monocromaacutetico el
cual cambia su longitud de onda a traveacutes del tiempo o usando una transformada de
Fourier para medir todas las longitudes de onda a la vez como se muestra en la
Figura 7 A partir de esto se obtiene un espectro de transmitancia o absorbancia
el cual permite una interpretacioacuten de la naturaleza de los enlaces quiacutemicos
presentes La teacutecnica de FTIR se ha utilizado para estudiar materiales de tamantildeo
nanoescala como moleacuteculas funcionales injertadas covalentemente en nanotubos
de carbono [65] y nanotubos de TiO2 acoplados a dendriacutemero PAMAM [13]
18
Figura 7 Esquema del equipamiento de un FT-IR Fuente Elaboracioacuten propia
Equipamiento
Los materiales puros e hiacutebridos se analizaron en el equipo Nicolet marca Nexus
FT-IR en la zona del IR medio usando como blanco pastilla KBr Para ello se
homogeneizoacute 1 mg de muestra en 100 mg KBr seguido por la obtencioacuten de la
pastilla en prensa hidraacuteulica por uacuteltimo se colocoacute en el portamuestra la pastilla y se
midioacute el espectro a temperatura ambiente barriendo nuacutemeros de onda en el
intervalo medio (4000-400 cm-1) y con un nuacutemero de acumulaciones de 64 scan
422 Difraccioacuten de Rayos X (DRX)
Los rayos X son una forma de radiacioacuten electromagneacutetica que tiene elevada
energiacutea y corta longitud de onda del orden de los espacios interatoacutemicos de los
soacutelidos Cuando un haz de rayos X atraviesa un soacutelido la radiacioacuten se dispersa al
interaccionar con los electrones de los aacutetomos En este caso cada capa de aacutetomos
reflejara parte del haz de rayos X los haces reflejados en las capas sucesivas de
aacutetomos del soacutelido pueden presentar ondas que en una determinada direccioacuten
concuerdan en fase con las ondas reflejadas por otras capas es decir se produce
una interferencia constructiva a este fenoacutemeno se le llama difraccioacuten de rayos X
19
La difraccioacuten de rayos X se puede describir simplemente como la reflexioacuten de un
haz de rayos X incide sobre los planos cristalinos de una muestra soacutelida
empleando la ley de Bragg tal como se muestra en la Figura 8 [64]
Figura 8 Difraccioacuten de Rayos X producida por los diferentes planos de un cristal
Fuente Elaboracioacuten propia
La teacutecnica de difraccioacuten maacutes comuacuten utiliza una muestra pulverizada o policristalina
consistente en muchas partiacuteculas diminutas y orientadas al azar que se exponen a
una radiacioacuten de rayos X monocromaacutetica Como cada partiacutecula de polvo es un
cristal teniendo una gran cantidad de ellos orientados libremente se asegura que
algunas partiacuteculas esteacuten orientadas adecuadamente para que sus planos
cristalograacuteficos cumplan las condiciones para la difraccioacuten y de esta forma obtener
perfiles de difraccioacuten tiacutepicos de cada material
Equipamiento
En este estudio se utilizoacute el difractoacutemetro Rigaku modelo Geigerflex II empleando
el meacutetodo de polvo y usando como estaacutendar interno silicio (cuarzo) La muestra
previamente pulverizada se coloca en un porta objeto para ser irradiado con la
liacutenea κα1 del anticaacutetodo de Fe (λ 19360 Aring) a 35kV y 15mA usando un filtro de
manganeso para eliminar la liacutenea de κβ
20
423 Microscopiacutea Electroacutenica de Transmisioacuten (TEM)
La teacutecnica maacutes utilizada para la caracterizacioacuten de nanomateriales es la
microscopia electroacutenica de transmisioacuten (TEM) la que ofrece imaacutegenes directas de
los nanomateriales con una resolucioacuten espacial hasta el nivel de las dimensiones
atoacutemicas 10-9 m [66] El fundamento del TEM se basa en un haz de electrones que
manejados a traveacutes de lentes electromagneacuteticas se proyecta sobre una muestra
muy delgada situada en una columna de alto vaciacuteo Electrones que atraviesan la
muestran son recogidos y focalizados por la lente objetivo generando una imagen
intermedia ampliada La imagen es ampliada auacuten maacutes gracias a las lentes
proyectoras las cuales controlan la ampliacioacuten de la imagen en la pantalla
fluorescente como se muestra de forma esquemaacutetica en la Figura 9 [67] El TEM
mejora los anaacutelisis morfoloacutegicos y estructurales de nanomateriales ademaacutes
proporciona una mejor resolucioacuten espacial y la capacidad para mediciones
analiacuteticas adicionales [66]
Equipamiento
Las muestras analizadas fueron previamente tratadas tomando una pequentildea
porcioacuten del soacutelido el que se molioacute y disgregoacute en un mortero de aacutegata hasta obtener
un polvo fino Eacuteste se dispersoacute en una mezcla de etanolagua (50 vv) y se
sembroacute en una gradilla de cobre recubierta por una capa de carboacuten y colodioacuten Las
muestras fueron analizadas en un microscopio TEM modelo JEOL JEM -1200EX
II con una resolucioacuten de 5Aring a 120Kv las imaacutegenes obtenidas fueron trabajadas en
el software ImageJ donde se determinaron los diaacutemetros promedio y el largo
promedio de las partiacuteculas empleando la data estadiacutestica entregada directamente
por el software
21
Figura 9 Esquema de un microscopio electroacutenico de transmisioacuten Fuente
Elaboracioacuten propia
424 Microscopia Electroacutenica de Barrido (SEM)
La microscopia electroacutenica de barrido (SEM) es una teacutecnica que permite la
observacioacuten y caracterizacioacuten superficial de materiales inorgaacutenicos y orgaacutenicos
entregando informacioacuten morfoloacutegica del material analizado ademaacutes del
procesamiento y anaacutelisis de imaacutegenes obtenidas Las principales utilidades del
SEM son su alta resolucioacuten la gran profundidad de campo que resuelve una
imagen tridimensional de la muestra y la relativa sencillez de preparacioacuten de las
muestras [66 68] La imagen entregada por el SEM se genera por la interaccioacuten de
un haz de electrones que barre un aacuterea determinada sobre la superficie de la
muestra tal como se muestra la Figura 10 La teacutecnica consiste en hacer incidir en
la muestra un haz de electrones Este bombardeo de electrones provoca la
aparicioacuten de diferentes sentildeales que captadas con detectores adecuados
proporcionan informacioacuten acerca de la naturaleza de la muestra
22
Figura 10 Esquema de un microscopio electroacutenico de barrido Fuente Elaboracioacuten
propia
Equipamiento
Las materiales se analizaron tomando 10 mg de muestra deposinatnadolos en un
porta objeto de aluminio y posteriormente fue analizado en microscopio SEM
modelo JEOL JSM-6380LV
425 Anaacutelisis Termogravimeacutetrico (TGA)
El anaacutelisis termogravimeacutetrico (TGA) es una teacutecnica que consiste en la medida
continua en funcioacuten de la temperatura de la ganancia o peacuterdida de la masa de un
compuesto en una atmoacutesfera determinada [69] Este anaacutelisis suministra
informacioacuten acerca de la estabilidad teacutermica y la composicioacuten porcentual de la
muestra original La instrumentacioacuten utilizada en termogravimetriacutea se denomina
termobalanza y consta baacutesicamente de cinco elementos balanza de precisioacuten
horno calefactor controlado por un programador sensor de temperatura (termopar)
sistema de admisioacuten de gases y sistema de adquisicioacuten de datos Las condiciones
requeridas para la balanza son anaacutelogas a cualquier balanza analiacutetica exactitud
sensibilidad y reproducibilidad
23
Equipamiento
Las muestras fueron llevadas a un analizador teacutermico modelo TGASDTA 851e
Los perfiles de descomposicioacuten teacutermica se barrieron entre 25-1000degC a una
velocidad de calentamiento de 5degC min-1 en un flujo de 20 mLmin-1 de N2 u O2
empleando un crisol de Al2O3
426 Isotermas de Adsorcioacuten-Desorcioacuten de N2 a -196degC
La caracterizacioacuten superficial de materiales porosos como oacutexidos metaacutelicos
zeolitas o poliacutemeros orgaacutenicos mediante isotermas de adsorcioacuten-desorcioacuten permite
determinar paraacutemetros tales como el aacuterea superficial el volumen y la distribucioacuten
del tamantildeo de poros [13 70] Cualquier material soacutelido que contiene cavidades
canales o intersticios puede ser considerado como poroso (Figura 11) Los poros
se pueden clasificar en cerrados y abiertos Los cerrados son aquellos que influyen
en propiedades macroscoacutepicas como densidad o resistencia mecaacutenica pero no
son accesibles a procesos de adsorcioacuten Los abiertos a su vez se pueden
clasificar seguacuten su forma o manera de conexioacuten con el exterior La rugosidad de la
superficie externa de la muestra se distingue de la porosidad en que su
profundidad es menor que su anchura
Figura 11 Representacioacuten esquemaacutetica de un soacutelido poroso [71]
24
La estructura porosa se analiza mediante isotermas de adsorcioacuten de gases Esta
consiste en la adsorcioacuten fiacutesica de un gas (adsorbato) sobre un soacutelido (adsorbente)
a una temperatura dada para distintas presiones relativas de gas
Los adsorbatos maacutes utilizados son el N2 CO2 CO NO benceno y algunos
hidrocarburos alifaacuteticos de cadena corta La adsorcioacuten de N2 a -196degC (77 K) es la
maacutes utilizada debido a que cubre todo el rango de porosidad e interacciona
deacutebilmente con la mayoriacutea de los soacutelidos Ademaacutes la misma isoterma puede ser
utilizada para el anaacutelisis del tamantildeo de poro y para superficie especifica empleando
una variedad de modelos El modelo maacutes usado es el de Brunauer-Emett-Teller
(BET) el cual se basa en dos hipoacutetesis principales a) la superficie del adsorbente
se supone uniforme y no porosa b) las moleacuteculas del gas se adsorben sobre la
superficie en capas sucesivas completas o no en equilibrio dinaacutemico entre siacute y
con las moleacuteculas del gas [72 73]
Equipamiento
Los valores de superficie especiacutefica se obtuvieron a partir de las isotermas de
adsorcioacuten de nitroacutegeno a -196degC realizados en un equipo automaacutetico Micromeritics
modelo ASAP 2010 en el rango de presioacuten relativa de 005-03 Se utilizoacute el meacutetodo
BET para calcular las superficies especiacuteficas utilizando la parte lineal del graacutefico de
acuerdo con las recomendaciones de la IUPAC El volumen de poro y las
distribuciones de tamantildeo de poro fueron calculados a partir de las ramas de
desorcioacuten de las isotermas utilizando el meacutetodo de Barret-Joyner-Halenda (BHJ)
427 Magnetizacioacuten del material
Cuando un material se expone a un campo magneacutetico el giro de sus electrones
producen un momento magneacutetico paralelo al campo al que estaacute expuesto esto es
en el material se ha inducido una magnetizacioacuten (M) que es proporcional al campo
magneacutetico externo (H)
25
En la Figura 12 se observa la curva de magnetizacioacuten de un material
ferromagneacutetico que corresponde a un graacutefico de la magnetizacioacuten (M) frente a un
campo aplicado (H) Inicialmente a medida que aumenta la intensidad del campo
aplicado H M tambieacuten aumenta hasta alcanzar el punto de saturacioacuten Ms
Entonces cuando la intensidad del campo H comienza a disminuir por debajo del
punto de saturacioacuten M no lo hace en la misma proporcioacuten que antes sino que a
valores correspondientes a la curva superior Esto comportamiento se conoce
como histeacuteresis y se produce porque los dominios magneacuteticos que se alinean con
un incremento del campo no vuelven a su orientacioacuten original si el campo es
menor Cuando el campo aplicado H regresa al valor cero el material aun
presenta magnetizacioacuten denominada magnetizacioacuten remanente Mr Para eliminar
la magnetizacioacuten remanente se debe aplicar un campo Hc en sentido contrario al
campo inicialmente aplicado conocido como campo coercitivo Si se continuacutea
aumentando el campo se produce otra saturacioacuten en direccioacuten contraria Si desde
esa posicioacuten se disminuye el campo aplicado se vuelve a repetir el mismo
comportamiento dando lugar auacuten ciclo de histeacuteresis [74]
Figura 12 Representacioacuten de curva de magnetizacioacuten para un material
ferromagneacutetico [74]
26
Los paraacutemetros Ms Mr y Hc obtenidos a partir de la curva de magnetizacioacuten
corresponden a propiedades intriacutensecas de un material aunque los uacuteltimos dos
paraacutemetros mencionados no solo depende del tipo del material sino ademaacutes del
tamantildeo y forma del material temperatura y defecto del material [75]
Con la finalidad de comparar el comportamiento magneacutetico de diferentes materiales
frente a un campo aplicado eacutestos se pueden clasificar en diamagneacutetico
paramagneacutetico ferromagneacutetico (Figura 12) ferrimagneacutetico superparamagneacutetico
antiferromagneacutetico El instrumento maacutes utilizado en los anaacutelisis de materiales
magneacuteticos es el magnetoacutemetro de muestra vibrante (VSM) disentildeado para la
medicioacuten de la magnetizacioacuten y del cual se obtiene el ciclo de histeacuteresis [76 77]
Equipamiento
Para las curvas de magnetizacioacuten se pesaron 10 mg de las muestras las que se
depositaron en caacutepsula de policarbonato Dicha caacutepsula fue llevada al portamuestra
del magnetoacutemetro de muestra vibrante (VSM) modelo MLVSM9 MagLab 9T Oxford
Instrument Todas las mediciones se realizaron a 17degC
428 Adsorcioacuten de Faacutermacos en Nanotubo Fe3O4 y en nanotransportador
hiacutebrido Fe3O4-PAMAM
Los ensayos se disentildearon para seguir la adsorcioacuten del faacutermaco en funcioacuten del
tiempo Para ello en un vaso de precipitado colocado sobre una placa agitadora
con control de temperatura se contactan 200 mL de una disolucioacuten acuosa de SIL
(005 mgmL) con 10 mg del nanotransportador dispersos en 2 mL de agua
desionizada y colocados en el interior de bolsa de diaacutelisis (Thermo Scientific
SnakeSkin Dialysis Tubing 10K MWCO 22mm) tal como se muestra
esquemaacuteticamente en la Figura 13 La cineacutetica de la adsorcioacuten se siguioacute por medio
de espectroscopia de UV-visible tomando aliacutecuotas de 10 mL y monitoreadas a
una longitud de onda de maacutexima absorcioacuten (λmaacutex) del faacutermaco (288 nm) cada una
hora empleando un espectrofotoacutemetro UV-VIS (UV2310IISpectrophotometer) hasta
27
que no se detecta variacioacuten en las lecturas absorbancia en funcioacuten
Figura 13 Esquema del sistema de adsorcioacuten de faacutermacos en los
nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
El mismo procedimiento fue empleado para evaluar la capacidad de encapsulacioacuten
de piroxicam (PRX) donde se empleoacute una concentracioacuten inicial de 001 mgmL y
las medidas de absorbancia se siguieron a λmaacutex = 350 nm Todas las medidas de
absorbancia se realizaron por triplicado y la cuantificacioacuten se realizoacute empleando las
respectivas curvas de calibracioacuten de cada faacutermaco Para ambos sistemas NT-
Fe3O4 y Fe3O4-PAMAM las medidas de encapsulacioacuten se realizaron por duplicado
28
5 DISCUSIOacuteN Y ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
51 Caracterizacioacuten de los nanomateriales
511 Espectroscopia de infrarrojo con transformada de Fourier
La caracterizacioacuten espectroscoacutepica por FT-IR entrega informacioacuten sobre los
grupos superficiales existente en una muestra En la Figura 14 se observa el
espectro de NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM En el caso de NT-Fe3O4 se observa
una banda a 574 cm-1 que corresponde al stretching del enlace de Fe-O de la
magnetita seguido por la banda ubicada entre 945-980 cm-1 asociada al bending
del enlace FendashOndashH atribuido a los grupos hidroxilos adsorbidos en la superficie de
NT-Fe3O4 El bending a 1628 cm-1 se asigna a la vibracioacuten de las moleacuteculas de
H2O fisisorbidas sobre la superficie de la magnetita [78] por uacuteltimo entre 3090-
3430 cm-1 se observa una banda ancha correspondiente al stretching de los
grupos FendashOH superficiales [79 80]
Figura 14 Espectro FT-IR de (a) NT-Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-PAMAM Fuente
Elaboracioacuten propia
29
El NT-Fe3O4-PAMAM tiene un espectro similar al NT-Fe3O4 pero se pueden
identificar la banda asociada al bending N-H de las aminas primarias del PAMAM
a 1541 cm-1 mientras que a 1638 cm-1 se observa una banda atribuida al grupo
carbonilo (C=O) de las amidas que componen ramas de crecimiento internas del
dendriacutemero Las bandas entre 2849-2912 cm-1 corresponden a los stretching de
los grupos metileno (-CH2-) presentes en el agente de acople GPTMS y en la
cadena alifaacutetica del dendriacutemero PAMAM [13 81] Por uacuteltimo la banda de vibracioacuten
atribuida de los grupos ndashNH2 terminales se solapa con la sentildeal de los grupos ndashOH
de la superficie del NT-Fe3O4 Con lo anterior se verifica la presencia del
dendriacutemero PAMAM y la superficie del NT-Fe3O4 utilizando como agente de
acople GPTMS
512 Anaacutelisis Termogravimeacutetrico
Por medio del estudio de TGA se ha podido determinar la cantidad de PAMAM
conjugada en el soacutelido NT-Fe3O4 En la Figura 15 se muestran las curvas de
peacuterdida de masa porcentual en funcioacuten de la temperatura para los tres sistemas
preparados En el caso de NT-Fe3O4 se observa una curva continua hasta
alrededor de los 200degC donde comienza la peacuterdida de materia que corresponde a
desorcioacuten de agua fuertemente fisisorbida en el material En una segunda etapa a
500degC se detecta la peacuterdida en masa atribuida a la oxidacioacuten de las especies Fe2+
a Fe3+ con la consecuente peacuterdida de agua [82 83]
2Fe3O4 (s) + 12O2 (g) rarr 3Fe2O3 (s)
Posterior a 650degC se detecta una continua peacuterdida de masa la que se asume
corresponde a la deshidroxilacioacuten de las especies Fe-OH remanentes de la
formacioacuten de Fe2O3 Cuando al material se le inmoviliza el agente de acople
GPTMS se observa un perfil de peacuterdida en masa diferente al material de partida
La temperatura de inicio es de alrededor de 250degC en la cual comienza la
combustioacuten de la materia orgaacutenica atribuida al anclaje del agente de acople en la
30
superficie de NT-Fe3O4 finalizando alrededor de los 430degC En la zona del
termograma que denota la oxidacioacuten de las especies Fe2+ a Fe3+ se observa un
desplazamiento a 550degC atribuido a la estabilizacioacuten superficial que le confieren
los enlaces Fe-O-Si que se han formado durante el proceso de anclaje [84 85]
Figura 15 Termogramas de los materiales realizados en atmoacutesfera de O2 (a) NT-
Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-GPTMS y (c) NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten
propia
La diferencia en las masas remanentes entre ambas curvas ha permitido estimar
la cantidad de GPTMS que se ha inmovilizado en NT-Fe3O4 el cual se resume en
la Tabla 2 Soacutelo se puede determinar un estimado por esta teacutecnica pues se sabe
que las especies Fe-O-Si presente en la muestra se pueden sustituir en la matriz
del NT-Fe3O4 durante el proceso produciendo la mineralizacioacuten del GPTMS
4(Fe-O)3Si(CH2)3-(CH2OCH2)(s) + 25O2(g) rarr 2(Fe-O)3Si-O-Si(O-Fe)3(s) +
20CO2(g) + 16H2O(g)
31
Lo que al mismo tiempo podriacutea provocar el desplazamiento de la oxidacioacuten de las
especies Fe2+ a temperaturas superiores
Tabla 2 Porcentaje de peacuterdida de masa y material acoplado GPTMS y PAMAM
(G3) al NT-Fe3O4 Fuente Elaboracioacuten propia
Por uacuteltimo para el material hiacutebrido NT-Fe3O4-PAMAM muestra un perfil de
peacuterdida de masa continua desde los 75degC en adelante atribuido a la desorcioacuten de
H2O fisisorbida la que se incrementa respecto de los materiales precursores
atribuidos a la alta capacidad de adsorber agua por parte del dendriacutemero
inmovilizado en superficie Por sobre los 250degC comienza una segunda etapa de
peacuterdida en masa la que corresponde a la calcinacioacuten de la materia orgaacutenica
conferida por GPTMS-PAMAM la que ocurre en dos etapas 1) combustioacuten de la
materia orgaacutenica alifaacutetica (250degC) y 2) a la combustioacuten asociada a los enlaces
amidas de la ramas de crecimiento de PAMAM (450degC) la que al mismo tiempo se
acopla con la oxidacioacuten de la especies Fe2+ del material inorgaacutenico Comparando
los resultados obtenidos para NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-GPTMS se puede estimar el
contenido de PAMAM conjugado a la nanoestructura lo cual se resume en la
Tabla 2 Con estos resultados se puede inferir que la reaccioacuten de inmovilizacioacuten ha
afectado el contenido en masa del material el que se puede atribuir a la
conjugacioacuten de PAMAM en los NT-Fe3O4
513 Isotermas de Adsorcioacuten-Desorcioacuten de N2 a -196degC
Las isotermas de adsorcioacutendesorcioacuten de N2 a -196degC de los materiales NT-Fe3O4
y NT-Fe3O4-PAMAM se presentan en la Figura 16 Ambas isotermas son del tipo
IV de acuerdo a la calificacioacuten BDDT tiacutepica de soacutelidos mesoporosos y con ciclo
de histeacuteresis tipo H1 [72 73] caracteriacutesticas de capilares de forma tubular con
Material () (μmolg) (μmolm2)
NT-Fe3O4-GPTMS 39 165 66
NT-Fe3O4-PAMAM 168 243 097
32
abertura en sus extremos En la Tabla 3 se resumen los valores de superficies
especiacuteficas (SBET) distribuciones de tamantildeo promedio de poro de los materiales
(dPoro) y volumen total (VPoro) mostrando que la funcionalizacioacuten con GPTMS
seguido por la inmovilizacioacuten con dendriacutemero PAMAM en la superficie del NT-
Fe3O4 provoca una disminucioacuten de los valores
Figura 16 Isoterma de adsorcioacutendesorcioacuten de N2 a -196degC para (a) NT-Fe3O4 y (b)
NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Lo anterior se debe a que el GPTMS y PAMAM producen el cubrimiento parcial
de la superficie del material tubular NT-Fe3O4 lo que lleva a que los poros se
cierren o tapen estrechando sus cavidades y haciendo que el proceso de
desorcioacuten ocurra a menores presiones relativas Lo descrito con anterioridad
concuerda con el cambio en el ciclo de histeacuteresis gracias a una disminucioacuten del
diaacutemetro promedio de poro o bien un aumento en el grosor de la pared del
material tubular Esto es una evidencia experimental de la modificacioacuten superficial
del nanotubo la que presumiblemente ocurre de forma preferente en la superficie
interna del material
33
Tabla 3 Superficie especiacutefica tamantildeo promedio de poro y volumen de poro
determinadas por las de BET y BJH [73 86] para los materiales en base a NT-
Fe3O4 sintetizados Fuente Elaboracioacuten propia
condiciones normales Presioacuten y temperatura
514 Difraccioacuten de Rayos X
En la Figura 17 se muestran los perfiles de DRX para de NT α-Fe2O3 NT-Fe3O4 y
NT-Fe3O4-PAMAM El primer material corresponde a NT α-Fe2O3 debido a la
siacutentesis previa de nanotubos de hematita precursor de los nanotubos de
magnetita Se observan las difracciones propias de la hematita la cual coincide
con su estructura hexagonal (JCDS 33-0664) [87-89] Ademaacutes en la figura 17 se
observa la desaparicioacuten y aparicioacuten de picos desde el primer al segundo material
en este uacuteltimo aparecen los picos de la magnetita esto indica la reaccioacuten de
reduccioacuten de la hematita a magnetita con el consecuente cambio estructural
Los materiales NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM se detectan las difracciones tiacutepicas
para Fe3O4 con estructura cristalina del tipo magnetita la cual corresponde a una
estructura cuacutebica centrada en la cara de tipo espinela (AB2O4) inversa (JCPDS 19-
0629) [29 79 80] La modificacioacuten superficial con agente de acople seguido por el
acoplamiento con dendriacutemero PAMAM no provoca cambios en la estructura
cristalina del material NT-Fe3O4
Material SBET
(m2g-1)
dPoro
(nm)
VPoro
(cm3g-1)
NT-Fe3O4 59 33 01
NT-Fe3O4-PAMAM 25 19 005
34
Figura 17 Difractograma de rayos X para (a) NT α-Fe2O3 (b) NT-Fe3O4 y (c) NT-
Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
515 Microscopiacutea Electroacutenica de Barrido y Transmisioacuten
La estructura tubular de estos materiales se siguioacute por medio de microscopiacutea
electroacutenica de barrido y transmisioacuten En relacioacuten a la morfologiacutea superficial se
puede observar en la Figura 18 que en ambos materiales muestran la forma tiacutepica
de materiales nanotubulares huecos lo cual ratifica los resultados en la forma de
los ciclos de histeacuteresis observados en la caracterizacioacuten por isotermas de
adsorcioacuten de N2 a -196degC (Figura 16) En relacioacuten a la modificacioacuten superficial del
material NT-Fe3O4 con GPTMS y PAMAM se mantiene la morfologiacutea del material
inorgaacutenico en acuerdo con la caracterizacioacuten por DRX
35
Figura 18 Imaacutegenes de SEM de los materiales (a) NT-Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-
PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Para poder determinar de forma directa los tamantildeos partiacutecula longitud y diaacutemetro
de NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM se ha realizado la caracterizacioacuten por TEM y
sus respectivas micrografiacuteas se muestran en la Figura 19 Al igual que en el caso
de SEM se observan nanoestructuras que muestran una morfologiacutea definida de
tipo tubular con una cavidad regular abierta en sus extremos
A traveacutes del conteo de los nanotubos y la medicioacuten directa de sus tamantildeos se han
determinado las curvas de distribucioacuten para el largo y diaacutemetro externo de los
nanotubos tal como se muestra en la Figura 19 Los valores promedio del largo
fueron del orden de 280 y 286 nm y los diaacutemetros externos fueron 151 y 159 nm
para NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM respectivamente Al comparar las imaacutegenes y
sus correspondientes dimensiones obtenidas se puede observar que la
morfologiacutea del material no se ve afectada al modificar la superficie del NT-Fe3O4
durante el proceso de conjugacioacuten con el dendriacutemero PAMAM
(b) (a)
36
Figura 19 Micrografiacuteas de TEM de NT-Fe3O4 (a b) NT-Fe3O4-PAMAM (e f) y las
curvas de distribucioacuten del largo (c g) y diaacutemetro externo (d h) para ambos NT-
Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM respectivamente Fuente Elaboracioacuten propia
(a) (b)
(h) (g)
(f) (e)
(d) (c)
37
516 Propiedades magneacuteticas
Las propiedades magneacuteticas de NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM fueron estudiadas
por medio de un anaacutelisis VSM y las curvas de magnetizacioacuten se muestran en la
Figura 20 dando como resultado para ambos materiales la propiedad
ferrimagneacutetica Aquello se debe a que la foacutermula de la magnetita Fe3O4 puede
escribirse en la forma Fe3+[Fe2+Fe3+]O4 seguacuten la foacutermula general AB2O4 de tipo
espinela inversa Donde la mitad de los cationes Fe3+ ocupan sitios tetraeacutedricos
mientras que la otra mitad de Fe3+ y los cationes Fe2+ ocupan los sitios
octaeacutedricos Los cationes de Fe3+ se distribuyen por tanto en dos posiciones
diferentes en la estructura pero con direcciones opuestas de espiacuten magneacutetico por
lo tanto los momentos magneacuteticos de los cationes Fe3+ se anulan entre siacute
mientras que los momentos magneacuteticos de los cationes Fe2+ que posee espiacuten de
menor magnitud comparado con Fe3+ son los responsables del momento
magneacutetico neto en la magnetita [27 77 90] De la graacutefica de la Figura 20 se
observa que el ciclo de magnetizacioacuten muestra un ciclo de histeacuteresis de similares
caracteriacutesticas Este resultado permite suponer que la modificacioacuten con el agente
de acople GPTMS y posterior anclaje de PAMAM no perturboacute las propiedades
magneacuteticas del soporte durante la siacutentesis De la Figura 20 se pueden extraer el
valor de la magnetizacioacuten remanente (Mr) y coercitividad (Hc) en ausencia del
campo aplicado y el valor de magnetizacioacuten de saturacioacuten (Ms) los cuales se
resumen en la Tabla 4
Tabla 4 Resumen de paraacutemetros magneacuteticos para los materiales preparados a
17degC Fuente Elaboracioacuten propia
Material Ms
(emug)
Mr
(emug)
Hc
(Oe)
Fe3O4 bulk 92 - lt 100
NT-Fe3O4 67 16 249
NT-Fe3O4-PAMAM 58 10 240
38
Los valores de Ms que se encuentran en los materiales nanoestructurados son
generalmente maacutes pequentildeos que la magnetita bulk lo cual puede ser atribuido al
aumento de efectos superficiales y a la presencia de dendriacutemero PAMAM A su
vez se han reportado valores experimentales para Ms en nanopartiacuteculas de
magnetita que abarcan entre 30-50 emug inferior al valor del mineral magnetita
90 emug [39 91-93] Por el contrario los valores de Hc encontrados para ambas
nanoestructuras son mayores al ser comparado con la magnetita bulk debido a la
disminucioacuten del tamantildeo de partiacutecula
39
Figura 20 Curva de magnetizacioacuten obtenida para NT-Fe3O4 (a b) y NT-Fe3O4-
PAMAM (c d) utilizando un magnetoacutemetro de muestra vibrante (VSM) a 17degC
Fuente Elaboracioacuten propia
(a) (b)
(c) (d)
40
52 Estudios de la adsorcioacuten de Faacutermacos en Nanotubo Fe3O4 y en
nanotransportador hiacutebrido Fe3O4-PAMAM
521 Faacutermacos de intereacutes
Luego de la caracterizacioacuten de los materiales puro e hiacutebrido se procedioacute a realizar
en cada uno de ellos la adsorcioacuten de faacutermacos Esto con la finalidad de determinar
el tiempo y capacidad maacutexima de adsorcioacuten mediante estudios de cineacutetica de
adsorcioacuten
En esta investigacioacuten se ha decidioacute emplear dos clases de faacutermacos poco solubles
para estudiar la capacidad de adsorcioacuten de los nanotransportadores sintetizados
El piroxicam (PRX M 331348 gmol) es una clase de faacutermaco antiinflamatorio no
esteroidal perteneciente al grupo oxicam [94 95] como se observa en la Figura
21 (a) posee un grupo enoacutelico (pKa 18) y un grupo piridiacutenico (pKa 63) [96 97]
presenta propiedades analgeacutesicas antipireacuteticas a su vez alivia dolores para la
artritis reumatoide la artrosis y los siacutentomas de la dismenorrea [59]
(a) (b)
Figura 21 Estructuras de los faacutermacos de intereacutes (a) Piroxicam y (b) Silibinina
Fuente Elaboracioacuten propia
41
No obstante PRX provoca efectos secundarios principalmente uacutelceras gaacutestricas
ademaacutes es praacutecticamente insoluble en agua [98 99] Para reducir estos efectos
existen investigaciones que tienen relacioacuten con el transporte y liberacioacuten de
faacutermacos que pueden cargar eficazmente el faacutermaco para apuntar hacia el sitio de
accioacuten aumentando la eficacia terapeacuteutica y reducir al miacutenimo los efectos
secundarios donde sistemas de microesferas de albuacutemina de suero bovino han
sido utilizadas para la liberacioacuten piroxicam [100]
El otro faacutermaco de intereacutes estudiado es la silibinina (SIL M 48244 gmol) que es
un flavonoide polifenoacutelico natural que se aiacutesla de la planta de cardo de leche
Silybum marianum Posee cinco grupos hidroxilos un grupo carbonilo y tres
grupos fenilos tal como se muestra en la Figura 21 (b) Esta moleacutecula tiene varios
grupos ionizables con sus respectivos pKa1 70 pKa2 877 pKa3 957 pKa4
1166 [101] y ha sido ampliamente utilizada por sus efectos hepatoprotectores
Sin embargo la eficacia de silibinina como faacutermaco estaacute muy limitada debido a su
escasa solubilidad en agua y una baja biodisponibilidad despueacutes de su
administracioacuten oral A fin de superar los defectos de la silibinina libre muchos
enfoques se han adoptado como son los sistemas de entrega liposomal de
transporte lipiacutedicos nanoestructurados de complejo silibinina-fosfoliacutepido y
nanosuspensiones [102]
Es importante notar que los estudios de la cineacutetica de adsorcioacuten son
determinantes en teacuterminos de conocer coacutemo variacutea la concentracioacuten de faacutermaco
adsorbida en funcioacuten del tiempo para una proporcioacuten faacutermacoadsorbente dada La
cineacutetica de adsorcioacuten permite conocer el tiempo en que se realiza el proceso de
adsorcioacuten y ha de practicarse antes de la determinacioacuten de una isoterma de
adsorcioacuten Puesto que se trabaja con disolucioacuten se debe en cuenta los factores
que influyen en el proceso ya que el tiempo necesario para alcanzar el equilibrio
estaacute en funcioacuten de las caracteriacutesticas del adsorbente y del adsorbato de la
quiacutemica de la disolucioacuten de la temperatura y del pH La data de la cineacutetica de
adsorcioacuten de los faacutermacos en los nanotransportadores se ajustoacute a los modelos
42
cineacuteticos de pseudo-primer orden pseudo-segundo orden y cineacuteticas que
involucran quimisorcioacuten [103-106] para ambos nanotransportadores en presencia
de los faacutermacos PRX y SIL
De forma general se puede decir que el modelo de pseudo-primer orden o modelo
de Lagergren se basa en la suposicioacuten de que cada moleacutecula de adsorbato se
adsorbe en un sitio del adsorbente lo cual en teacuterminos de cineacutetica de reaccioacuten se
expresa como
(1)
y la forma integrada de esta ecuacioacuten queda definida como
(2)
donde la qe y qt (mgfarmgads) son la cantidad maacutexima de faacutermaco adsorbida una
vez alcanzado el equilibrio (trarr) y la cantidad de faacutermaco adsorbida al tiempo t
respectivamente y k1 (h-1) es la constante cineacutetica de pseudo-primer orden
Para el caso del modelo de pseudo-segundo orden o modelo de Ho desarrollado
por Ho y McKay [107] supone que el adsorbato se adsorbe en dos sitios activos
del adsorbente En este caso la ecuacioacuten de la cineacutetica de adsorcioacuten se expresa
como
(3)
y la forma integrada de esta ecuacioacuten queda definida como
(4)
43
donde k2 (gadsmgfarmmiddoth) es la constante cineacutetica de adsorcioacuten de pseudo-segundo
orden Es importante mencionar que ambos modelos cineacuteticos se basan en la
homogeneidad de la superficie del adsorbente y donde soacutelo se considera la
cantidad de sitios involucrados en el proceso Esto se puede interpretar en
teacuterminos cineacuteticos en que la energiacutea de activacioacuten asociada a la adsorcioacuten del
faacutermaco en la superficie es constante y uacutenica en todos los sitios del adsorbente
No obstante cuando la superficie es heterogeacutenea en los sitios de adsorcioacuten se
observa que los modelos propuestos pueden perder validez En estos casos se
prefiere emplear el modelo de Elovich de aplicacioacuten general en procesos de
quimisorcioacuten el cual supone que los sitios activos del adsorbente son
heterogeacuteneos y por ello exhiben diferentes energiacuteas de activacioacuten basaacutendose en
un mecanismo de reaccioacuten de segundo orden para un proceso de reaccioacuten
heterogeacutenea Este modelo ha mostrado resultados satisfactorios en la
identificacioacuten del mecanismo controlante en procesos de adsorcioacuten de un soluto
en fase liacutequida a partir de un soacutelido adsorbente [106 108] y queda descrito
matemaacuteticamente como
(5)
y la forma integrada de esta ecuacioacuten queda definida como
(5)
donde α (mgfarmgadsmiddoth) es la constante de velocidad inicial de adsorcioacuten y β estaacute
relacionado con la superficie cubierta y la energiacutea de activacioacuten por
quimiadsorcioacuten (mgfarmgads) denominada constante de velocidad de desorcioacuten
Finalmente debe considerarse tambieacuten alguna hipoacutetesis sobre el mecanismo de
difusioacuten de los faacutermacos al interior de la estructura de los nanotransportadores Un
modelo aceptado en la literatura es el de difusioacuten intraparticular en el interior de
44
los poros de la partiacutecula de adsorbente el que se basa en el transporte de soluto a
traveacutes de la estructura interna de los poros de adsorbente y la difusioacuten
propiamente dicha en el soacutelido lo que conlleva a asumir que el adsorbente posee
una estructura porosa homogeacutenea Weber y Morris (1963) concluyeron que en un
proceso controlado por la adsorcioacuten en los poros la velocidad inicial es
directamente proporcional a la concentracioacuten del soluto La difusioacuten intraparticular
se caracteriza por la dependencia entre la adsorcioacuten especiacutefica y la raiacutez cuadrada
del tiempo siendo la pendiente la velocidad de difusioacuten intraparticular
Con base en lo anterior la ecuacioacuten que define la difusioacuten intraparticular viene
dada por
(5)
Donde ki (mgfarmgadsmiddoth 12) es la constante de velocidad de difusioacuten intraparticular y
Ci entrega informacioacuten sobre el grosor de la capa de adsorbato [105] Esta
ecuacioacuten ha sido utilizada por diferentes investigadores para determinar si la
difusioacuten intraparticular es la etapa controlante de la dinaacutemica de adsorcioacuten de
especies ioacutenicas [109 110]
522 Adsorcioacuten de PRX
Las cineacuteticas de adsorcioacuten de ambos nanotransportadores para PRX se muestran
en la Figura 22 Para ellos se realizaron ajustes no lineales de la data
experimental y los valores obtenidos los cuales se reportan en la Tabla 5 Los
faacutermacos son moleacuteculas capaces de establecer interacciones supramoleculares
con nanomateriales las que dependeraacuten de los grupos funcionales que posean
del solvente en el cual se encuentran disueltos y el pH del medio Las
interacciones supramoleculares maacutes frecuentes son las electrostaacuteticas enlaces de
hidroacutegeno van der Waals e hidrofoacutebicas [111 112]
45
En el caso de lo nanotransportadores empleados en este estudio se observa que
ambos materiales adsorben PRX y los datos experimentales se ajustan a una
cineacutetica de pseudo-primer orden Se ha elegido este modelo pues las funciones
estadiacutesticas de coeficiente de correlacioacuten (R2) y el test de chi-cuadrado (χ2) el cual
es una prueba de hipoacutetesis que compara la distribucioacuten observada de los datos
con una distribucioacuten esperada de los datos Ambos caacutelculos se realizaron
mediante empleando el software Origin Pro 80 mediante la funcioacuten de anaacutelisis no
lineal donde se ajustaron los tres modelos estudiados
Figura 22 Cineacutetica y ajustes de modelos cineacuteticos de adsorcioacuten para PRX en los
nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Figura 23 Esquema propuesto para la adsorcioacuten de PRX en los sistemas
sintetizados (A) Fe3O4-NT y (B) Fe3O4-NT-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Sistema aislado Sistema en disolucioacuten
Sistema aislado Sistema en disolucioacuten
46
Tabla 5 Modelos cineacuteticos para la adsorcioacuten de PRX en los adsorbentes NT-
Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
qe exp (mgPRXgads) 391 487
Pseudo primer-orden (Modelo de Lagergren)
qe (mgPRXgads) 413 488
k1 (h-1) 0038 0079
R2 09964 09911
χ2 0817 287
Pseudo segundo-orden (Modelo de Ho)
qe (mgPRXgads) 539 566
k2 (gAdsmgPRXmiddoth) 649x10-4 168x10-3
R2 09921 09935
χ2 179 210
Quimisoricioacuten (Modelo de Elovich)
α (mgPRXgadsmiddoth) 595 1629
β (mgPRXg) 0100 0097
R2 09501 09613
χ2 1030 1085
Cabe mencionar que de acuerdo a los reportes Rozou y col [96] el faacutermaco PRX
al pH de adsorcioacuten se encuentra en su forma zwitterioacutenica El Fe3O4 es un material
inorgaacutenico que muestra un pI de 68 [113] A las condiciones de adsorcioacuten
estudiadas el pH del agua fue de 60 luego la superficie del NT-Fe3O4 se
encuentra cargada de forma positiva esperaacutendose que la interaccioacuten del faacutermaco
con el adsorbente sea mediada por interacciones electroestaacuteticas tal como se
muestra en el esquema de la Figura 23
Con la incorporacioacuten del PAMAM a la fase inorgaacutenica se observa un incremento
de un 25 en la capacidad de adsorcioacuten de PRX Esto se puede interpretar en
47
teacuterminos moleculares haciendo la aproximacioacuten de los moles disponibles de
PAMAM en funcioacuten de la cantidad adsorbida en comparacioacuten a NT-Fe3O4 sin
modificar Desde la Tabla 2 se sabe que hay una cantidad de 243 micromol de
PAMAM por gramo de adsorbente debido a que el incremento en la adsorcioacuten
fueron 96 mg de PRX (o 290 micromol de PRX) se puede asumir una estequiometriacutea
PRXPAMAM = 119 De acuerdo a reportes previos publicados por nuestro grupo
de investigacioacuten se sabe que PRX a pH 70 se adsorbe efectivamente en la
estructura PAMAM alcanzando una estequiometriacutea PRXPAMAM = 23 [59] En
este caso pH 60 no hay cambios significativos en la estructura del faacutermaco ni
en la del dendriacutemero por lo que deberiacutea haberse esperado un incremento
significativo de la adsorcioacuten de PRX en relacioacuten al nanotransportador NT-Fe3O4
Sin embargo este efecto no fue observado en el nanotubo hiacutebrido funcionalizado
con PAMAM Con estos resultados se puede asumir que la afinidad del PRX
mucho mayor por la adsorcioacuten en el material inorgaacutenico que por la adsorcioacuten en
los bolsillos de la cavidades internas del PAMAM
En relacioacuten a los resultados cineacuteticos se observa un aumento en la pseudo-
constante cineacutetica de adsorcioacuten siendo k1(NT-Fe3O4) lt k1(NT-Fe3O4-PAMAM) Para poder
interpretar el fenoacutemeno en forma mecaniacutestica la data experimental se ha ajustado
al modelo de difusioacuten intrapartiacutecula de Weber-Morris el que se muestra en la
Figura 24 En esta figura se puede observar tres segmentos lineales lo cual indica
que el proceso de adsorcioacuten de PRX en los nanotubos procede en tres etapas
para ambos sistemas Una situacioacuten similar ha sido observada en el caso de la
cineacutetica de adsorcioacuten de cefalosporina en micropartiacuteculas polimeacutericas por Cigu y
colaboradores quienes han descritos las diferentes etapas de la siguiente
forma[105]
a) Adsorcioacuten del adsorbato en la superficie del adsorbente
b) Difusioacuten intrapartiacutecula desde la zona externa a la superficie del adsorbente
c) Equilibrio de adsorcioacuten donde quedan muy pocos sitios disponibles para la
adsorcioacuten
48
Figura 24 Graacutefico de adsorcioacuten de PRX en los nanotransportadores sintetizados
considerando un modelo de difusioacuten intrapartiacutecula en tres etapas Fuente
Elaboracioacuten propia
Ambos sistemas muestran el mismo perfil de difusioacuten intrapartiacutecula y los valores
de las constantes de velocidad para las etapas (a) y (b) presentan valores
relativamente bajos aunque difieren levemente tal como se resume en la Tabla 6
En el caso de NT-Fe3O4 se observa que la etapa limitante corresponde a la
adsorcioacuten de PRX en la superficie del nanomaterial a diferencia de NT-Fe3O4-
PAMAM donde se observa que la etapa limitante es la difusioacuten intrapartiacutecula Esta
diferencia se puede explicar debido a que PAMAM posee grupos ndashNH2
superficiales que al pH de adsorcioacuten estaacuten protonados (ver Figura 23) lo que
incrementa la carga eleacutectrica superficial del nanotransportador este hecho podriacutea
provocar un aumento en la velocidad inicial de adsorcioacuten de PRX si los efectos
electroestaacuteticos gobiernan la velocidad de reaccioacuten en esta etapa considerando
que el PRX presenta una estructura dipolar a pH 60 Sin embargo en la etapa
subsiguiente caracterizada por la adsorcioacuten gradual de PRX las moleacuteculas de
PAMAM unidas covalentes a la superficie de NT-Fe3O4 dificultan el proceso de
difusioacuten intrapartiacutecula provocando una caiacuteda en la constante k(b)
49
Tabla 6 Modelo de difusioacuten intra-partiacutecula para la adsorcioacuten de PRX en los
adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM considerando dos etapas
determinantes en la adsorcioacuten del faacutermaco y una tercera de equilibrio Fuente
Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
Modelo de difusioacuten intrapartiacutecula (Modelo de Weber-Morris)
k(a) (mgPRXgadsh12) 311 766
R(a)2 09879 09903
k(b) (mgPRXgadsh12) 683 409
R(b)2 09872 09944
523 Adsorcioacuten de SIL
En la Figura 25 se muestran las graacuteficas cineacuteticas para la adsorcioacuten de SIL en los
dos nanotransportadores sintetizados Las consideraciones de ajuste de los
modelos cineacuteticos se hicieron de la misma forma que para los estudios realizados
con PRX y los valores obtenidos se resumen en la Tabla 7
Figura 25 Cineacutetica y ajustes de modelos cineacuteticos de adsorcioacuten para SIL en los
nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
50
El comportamiento de los sistemas frente a la adsorcioacuten de SIL muestra la misma
tendencia que la observada en el caso de PRX Ambos nanomateriales adsorben
SIL y la capacidad maacutexima se ve incrementada por la presencia de PAMAM Sin
embargo en este caso ambos sistemas nanotransportadores presentan una gran
afinidad por el faacutermaco obtenieacutendose cargas maacuteximas superiores a 650 mg de
SIL por gramo de nanomaterial valores muy superiores a los obtenidos en el caso
de PRX
El faacutermaco SIL se encuentra como moleacutecula neutra al pH de adsorcioacuten (pKa1 70
pKa2 877 pKa3 957 pKa4 1166) Para la adsorcioacuten en NT-Fe3O4 se espera
que las fuerzas que estaacuten predominando en la adsorcioacuten del faacutermaco sean del tipo
Van der Waals y enlace de hidroacutegeno entre los grupos funcionales de SIL y los
grupos hidroxilos de la NT-Fe3O4 Por otro lado las contribuciones hidrofoacutebicas
tambieacuten deberiacutean jugar un rol importante en la adsorcioacuten del faacutermaco en estos
nanomateriales especialmente en el sistema hiacutebrido NT-Fe3O4-PAMAM En el
caso del PAMAM estudios recientes realizados en nuestro grupo de investigacioacuten
han mostrado la gran afinidad que presenta el dendriacutemero por SIL y
experimentos NOESY han demostrado la adsorcioacuten de las moleacuteculas de SIL en las
cavidades internas del PAMAM
Asiacute para el material NT-Fe3O4-PAMAM se observa un incremento significativo de
la adsorcioacuten en relacioacuten al material inorgaacutenico En este caso el faacutermaco SIL
interacciona no solo con NT-Fe3O4 sino que tambieacuten con el dendriacutemero presente
Si se hace el caacutelculo entre la cantidad adsorbida de SIL en presencia de PAMAM
(1504 mg o 3117 micromol por gramo de adsorbente respectivamente) se obtiene
una relacioacuten molar de SILPAMAM = 128 Considerando esta evidencia puede
suponerse que el faacutermaco en el adsorbente NT-Fe3O4-PAMAM no soacutelo se adsorbe
en la superficie del oacutexido inorgaacutenico sino que tambieacuten se estaacute adsorbiendo en las
cavidades del PAMAM con estequiometriacuteas similares a las observadas para otros
faacutermacos insolubles previamente estudiados por nuestro grupo [51 59]
51
Tabla 7 Modelos cineacuteticos para la adsorcioacuten de SIL en los adsorbentes NT-Fe3O4
y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
qe exp (mgSILgads) 6750 8254
Pseudo primer-orden (Modelo de Lagergren)
qe (mgSILgads) 6853 8837
k1 (h-1) 0052 0062
R2 09975 09956
χ2 1656 4415
Pseudo segundo-orden (Modelo de Ho)
qe (mgSILgads) 8706 10233
k2 (gAdsmgSILmiddoth) 673x10-5 535x10-5
R2 09936 09954
χ2 4209 4576
Quimisorcioacuten (Modelo de Elovich)
α (mgSILgadsmiddoth) 1319 1956
β (mgSILg) 569x10-3 548x10-3
R2 09695 09510
χ2 18184 45945
En relacioacuten a los modelos de adsorcioacuten se observa que ambos sistemas se
ajustan mejor a cineacuteticas de pseudo-primer orden con respecto a la adsorcioacuten de
SIL con coeficientes de correlacioacuten y test de chi-cuadrado confiables para el
modelo Las constantes pseudo primer-orden son similares para ambos sistemas
k1(NT-Fe3O4) ~ k1(NT-Fe3O4-PAMAM) y del mismo orden de magnitud que las
determinadas en el caso de la adsorcioacuten de PRX En la Figura 25 se observa que
el maacuteximo de adsorcioacuten de SIL se alcanza a tiempos superiores a 50 horas para
ambos adsorbentes
52
Para entender de manera maacutes acabada la forma en que operan los fenoacutemenos
cineacuteticos de adsorcioacuten se ha realizado el ajuste de Weber-Morris para el modelo
de difusioacuten de intrapartiacutecula el que se muestra en la Figura 26 el cual nuevamente
revela un proceso de adsorcioacuten en tres etapas y los valores de las constantes de
velocidad para las etapas (a) y (b) presentan valores relativamente altos como se
resume en la Tabla 8
Figura 26 Graacutefico de adsorcioacuten de SIL en los nanotransportadores sintetizados
considerando un modelo de difusioacuten intrapartiacutecula en tres etapas Fuente
Elaboracioacuten propia
Considerando que a pH 60 el NT- Fe3O4 se encuentra en su forma protonada SIL
para adsorberse en la superficie del material deberaacute desplazar ese equilibrio para
ocupar un sitio de la superficie tal como se muestra en el siguiente esquema
Fe-OH + H2O [Fe-O-H-OH2]+
[Fe-O-H-OH2]+ + SIL [Fe-O-H-O-SIL] + H2O
Este equilibrio es el que determina la cineacutetica del proceso de adsorcioacuten en el caso
del adsorbente NT-Fe3O4 En el caso del nanotransportador hiacutebrido tambieacuten se
53
observa que la etapa de adsorcioacuten es la limitante de la velocidad del proceso
Comparando ambos sistemas se detecta que k(a)(NT-Fe3O4) ~ k(a)(NT-Fe3O4-PAMAM)
Esta diferencia se puede atribuir a la presencia del dendriacutemero PAMAM en el caso
del nanotransportador hiacutebrido En teacuterminos de naturaleza superficial se espera
que la asociacioacuten SIL-PAMAM incremente la velocidad del proceso con respecto al
nanotransportador inorgaacutenico
Tabla 8 Modelo de difusioacuten intra-partiacutecula para la adsorcioacuten de SIL en los
adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM considerando dos etapas
determinantes en la adsorcioacuten del faacutermaco y una tercera de equilibrio Fuente
Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
Modelo de difusioacuten intrapartiacutecula (Modelo de Weber-Morris)
k(a) (mgSILgadsh12) 577 885
R(a)2 09881 09935
k(b) (mgSILgadsh12) 1059 1135
R(b)2 09803 09828
54
6 CONCLUSIONES Y PERSPECTIVAS
Se logroacute sintetizar los nanotubos de magnetita NT-Fe3O4 obtenidos por la
reduccioacuten de los nanotubos de hematita α-Fe2O3 sintetizados a partir de
tratamiento hidrotermal Se verificoacute la estructura de la magnetita su forma tubular
y propiedades magneacuteticas a traveacutes de las teacutecnicas de caracterizacioacuten difraccioacuten de
rayos X microscopiacutea electroacutenica de transmisioacuten y medidas de susceptibilidad
magneacutetica respectivamente
El nanotubo inorgaacutenico obtenido sirvioacute de soporte para la conjugacioacuten de
dendriacutemero de poli-(amidoamina) de tercera generacioacuten el cual se logroacute inmovilizar
en la superficie de NT-Fe3O4 con un contenido del 16 en masa respecto del
material hiacutebrido El proceso de inmovilizacioacuten no perturboacute las propiedades del
soporte inorgaacutenico en relacioacuten a las propiedades magneacuteticas cristalinas o de
tamantildeo y forma
Los materiales obtenidos fueron capaces de actuar como adsorbentes de los
faacutermacos piroxicam y silibinina siendo eacuteste uacuteltimo quien mostroacute incrementar la
capacidad de adsorcioacuten en presencia de PAMAM Para ambos sistemas y
faacutermacos se determinaron las curvas cineacuteticas de adsorcioacuten donde se logroacute
determinar que independiente del faacutermaco ambos nanotransportadores muestran
ajustarse a cineacuteticas de pseudo-primer orden Finalmente la presencia de PAMAM
no soacutelo potencia la capacidad de adsorcioacuten en los faacutermacos testeados sino que
tambieacuten acelera la etapa de adsorcioacuten superficial con respecto a la determinada
para el adsorbente NT-Fe3O4 por medio del modelo de difusioacuten de Weber-Morris
Para el faacutermaco piroxicam se observoacute que la adsorcioacuten fue mediada
principalmente por interacciones del tipo electroestaacuteticas entre la forma
zwitterioacutenica de piroxicam y la superficie de los nanotransportadores La etapa
limitante de la cineacutetica adsorcioacuten para el caso de NT-Fe3O4 fue la adsorcioacuten
55
superficial y en el caso de NT-Fe3O4-PAMAM fue la etapa de difusioacuten
intrapartiacutecula
Finalmente para el faacutermaco silibinina se observoacute que la adsorcioacuten fue mediada
por las fuerzas de tipo Van der Waals y enlace de hidroacutegeno entre los grupos
funcionales de SIL y los grupos hidroxilos de NT-Fe3O4 Por otro lado las
contribuciones hidrofoacutebicas tambieacuten juegan un rol importante en la adsorcioacuten del
faacutermaco en estos nanomateriales especialmente en el sistema hiacutebrido NT-Fe3O4-
PAMAM Por uacuteltimo se determinoacute que la capacidad de adsorcioacuten se vio
directamente mejorada por la asociacioacuten PAMAM-SIL la que alcanzoacute una relacioacuten
molar SILPAMAM = 12 En ambos casos se observoacute que la etapa limitante de la
cineacutetica de adsorcioacuten fue la adsorcioacuten superficial de SIL en los adsorbentes
56
REFERENCIAS
[1] AZ Wilczewska K Niemirowicz KH Markiewicz H Car Pharmacological
Reports 64 (2012) 1020-1037
[2] S Parveen R Misra SK Sahoo Nanomedicine Nanotechnology Biology
and Medicine 8 (2012) 147-166
[3] V Grazu M Moros C Saacutenchez-Espinel MdlF Jesus V Grazu Frontiers
of Nanoscience Elsevier 2012 pp 337-440
[4] F Danhier O Feron V Preacuteat Journal of Controlled Release 148 (2010)
135-146
[5] A Wicki D Witzigmann V Balasubramanian J Huwyler Journal of
Controlled Release 200 (2015) 138-157
[6] JH Lee Y Yeo Chemical Engineering Science 125 (2015) 75-84
[7] S Manchun CR Dass P Sriamornsak Life Sciences 90 (2012
) 381-387
[8] JHE Arts M Hadi AM Keene R Kreiling D Lyon M Maier K Michel
T Petry UG Sauer D Warheit K Wiench R Landsiedel Regulatory Toxicology
and Pharmacology 70 (2014) 492-506
[9] KA Pramod CP Sunny Nanobiomaterials Handbook CRC Press 2011
pp 1-24
[10] A Khorsand S Jamehbozorgi R Ghiasi M Rezvani Physica E Low-
dimensional Systems and Nanostructures 72 (2015) 120-127
[11] V Loacutepez-Daacutevila AM Seifalian M Loizidou Current Opinion in
Pharmacology 12 (2012 ) 414-419
[12] P-C Lee C-L Peng M-J Shieh Journal of Controlled Release 225
(2016) 140-151
[13] CC Torres CH Campos C Diaacutez VA Jimeacutenez F Vidal L Guzmaacuten JB
Alderete Materials Science and Engineering C 65 (2016) 164-171
[14] CH Campos CF Diacuteaz JL Guzmaacuten JB Alderete CC Torres VA
Jimeacutenez Macromolecular Chemistry and Physics 217 (2016) 1712-1722
[15] D Chang Y Gao L Wang G Liu Y Chen T Wang W Tao L Mei L
57
Huang X Zeng Journal of Colloid and Interface Science 463 (2016) 279-287
[16] J Zaloga M Poumlttler G Leitinger RP Friedrich G Almer S Lyer E
Baum R Tietze R Heimke-Brinck H Mangge F Dorje G Lee C Alexiou
European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics 101 (2016) 152-162
[17] RS Dhanikula P Hildgen Bioconjugate Chemistry 17 (2006) 29-41
[18] A Kesavan P Ilaiyaraja W Sofi Beaula V Veena Kumari J Sugin Lal C
Arunkumar G Anjana S Srinivas A Ramesh SK Rayala D Ponraju G
Venkatraman European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics 96
(2015) 255-263
[19] S Biswas P Kumari PM Lakhani B Ghosh European Journal of
Pharmaceutical Sciences 83 (2016) 184-202
[20] ML Tebaldi RM Belardi SR Montoro Design and Applications of
Nanostructured Polymer Blends and Nanocomposite Systems William Andrew
Publishing Boston 2016 pp 171-186
[21] D Bansal A Gulbake J Tiwari SK Jain International Journal of
Biological Macromolecules 82 (2016) 687-695
[22] AS Timin EV Balantseva SY Khashirova EV Rumyantsev TY
Osadchaya Colloids and Surfaces A Physicochemical and Engineering Aspects
477 (2015) 26-34
[23] J Gautier E Allard-Vannier E Munnier M Souceacute I Chourpa Journal of
Controlled Release 169 (2013) 48-61
[24] SL Leung Z Zha C Cohn Z Dai X Wu Colloids and Surfaces B
Biointerfaces 121 (2014) 141-149
[25] Y Liu Y Ng MR Toh GNC Chiu Journal of Controlled Release 220
Part A (2015) 438-446
[26] G Xu L Li Z Shen Z Tao Y Zhang H Tian X Wei G Shen G Han
Journal of Alloys and Compounds 629 (2015) 36-42
[27] MF Horst V Lassalle ML Ferreira Frontiers of Environmental Science amp
Engineering 9 (2015) 746-769
[28] TJ Bastow A Trinchi MR Hill R Harris TH Muster Journal of
Magnetism and Magnetic Materials 321 (2009) 2677-2681
58
[29] S Bagheri D Ramimoghadam A TermehYousefi SB Abd Hamid
International Journal of Hydrogen Energy 40 (2015) 16178-16183
[30] G Kandasamy D Maity International Journal of Pharmaceutics 496 (2015)
191-218
[31] DS Keerthana K Namratha K Byrappa HS Yathirajan Journal of
Magnetism and Magnetic Materials 378 (2015) 551-557
[32] M Darroudi M Hakimi E Goodarzi R Kazemi Oskuee Ceramics
International 40 (2014) 14641-14645
[33] G Sharma P Jeevanandam RSC Advances 3 (2013) 189-200
[34] C-J Jia L-D Sun F Luo X-D Han LJ Heyderman Z-G Yan C-H
Yan K Zheng Z Zhang M Takano N Hayashi M Eltschka M Klaumlui U
Ruumldiger T Kasama L Cervera-Gontard RE Dunin-Borkowski G Tzvetkov J
Raabe Journal of the American Chemical Society 130 (2008) 16968-16977
[35] N Mizutani T Iwasaki S Watano T Yanagida T Kawai Current Applied
Physics 10 (2010) 801-806
[36] C-J Jia L-D Sun Z-G Yan L-P You F Luo X-D Han Y-C Pang Z
Zhang C-H Yan Angewandte Chemie 117 (2005) 4402-4407
[37] Z-G Yue W Wei Z-X You Q-Z Yang H Yue Z-G Su G-H Ma
Advanced Functional Materials 21 (2011) 3446-3453
[38] SJ Son X Bai SB Lee Drug Discovery Today 12 (2007) 650-656
[39] SJ Son J Reichel B He M Schuchman SB Lee Journal of the
American Chemical Society 127 (2005) 7316-7317
[40] GT Hermanson Bioconjugate Techniques (Third edition) Academic Press
Boston 2013 pp 535-548
[41] S Mallakpour M Madani Progress in Organic Coatings 86 (2015) 194-207
[42] P Yu J He L Yang M Pu X Guo Journal of Catalysis 260 (2008) 81-85
[43] X Zheng T Wang H Jiang Y Li T Jiang J Zhang S Wang Asian
Journal of Pharmaceutical Sciences 8 (2013) 278-286
[44] L Tan J Liu W Zhou J Wei Z Peng Materials Science and Engineering
C 45 (2014) 524-529
[45] ER Gillies JMJ Freacutechet Journal of the American Chemical Society 124
59
(2002) 14137-14146
[46] S Khoee K Hemati Polymer 54 (2013) 5574-5585
[47] U Gupta O Perumal SGKTL Deng Natural and Synthetic Biomedical
Polymers Elsevier Oxford 2014 pp 243-257
[48] U Boas PMH Heegaard Chemical Society Reviews 33 (2004) 43-63
[49] U Gupta HB Agashe A Asthana NK Jain Biomacromolecules 7 (2006)
649-658
[50] A Shakhbazau I Isayenka N Kartel N Goncharova I Seviaryn S
Kosmacheva M Potapnev D Shcharbin M Bryszewska International Journal of
Pharmaceutics 383 (2010) 228-235
[51] PA Barra L Barraza VA Jimeacutenez JA Gaviacuten JB Alderete
Macromolecular Chemistry and Physics 215 (2014) 372-383
[52] PM Patel R Patel D Wadia RM Patel Asian Journal of Pharmaceutical
Sciences 10 (2015) 306-313
[53] L Mei Z Zhang L Zhao L Huang X-L Yang J Tang S-S Feng
Advanced Drug Delivery Reviews 65 (2013) 880-890
[54] Sn Svenson DA Tomalia Advanced Drug Delivery Reviews 57 (2005)
2106-2129
[55] L Porcar Y Liu R Verduzco K Hong PD Butler LJ Magid GS Smith
W-R Chen The Journal of Physical Chemistry B 112 (2008) 14772-14778
[56] E Markatou V Gionis GD Chryssikos S Hatziantoniou A
Georgopoulos C Demetzos International Journal of Pharmaceutics 339 (2007)
231-236
[57] K Borowska S Wołowieca A Rubaj K Głowniakc E Sieniawska S
Radej International Journal of Pharmaceutics 426 (2012) 280-283
[58] S Kavyani S Amjad-Iranagh H Modarress The Journal of Physical
Chemistry B 118 (2014) 3257-3266
[59] PA Barra L Barraza VA Jimeacutenez JA Gaviacuten JB Alderete Structural
Chemistry 25 (2014) 1443-1455
[60] C Kojima K Kono K Maruyama T Takagishi Bioconjugate Chemistry 11
(2000) 910-917
60
[61] AK Patri JF Kukowska-Latallo JR Baker Jr Advanced Drug Delivery
Reviews 57 (2005) 2203-2214
[62] D Luong P Kesharwani R Deshmukh MCI Mohd Amin U Gupta K
Greish AK Iyer Acta Biomaterialia 43 (2016) 14-29
[63] X Xu J Li S Han C Tao L Fang Y Sun J Zhu Z Liang F Li
European Journal of Pharmaceutical Sciences 88 (2016) 178-190
[64] P-C Lin S Lin PC Wang R Sridhar Biotechnology Advances 32 (2014)
711-726
[65] C Baudot CM Tan JC Kong Infrared Physics amp Technology 53 (2010)
434-438
[66] JB Hall MA Dobrovolskaia AK Patri SE McNeil Nanomedicine 2
(2007) 709-803
[67] DB Williams CB Carter Transmission Electron Microscopy A Textbook
for Materials Science Springer US Boston MA 2009 pp 3-22
[68] H Wang PK Chu S Bose Characterization of Biomaterials Academic
Press Oxford 2013 pp 105-174
[69] M Rudolph J Erler UA Peuker Colloids and Surfaces A
Physicochemical and Engineering Aspects 397 (2012) 16-23
[70] T Zhao W Luo Y Deng Y Luo P Xu Y Liu L Wang Y Ren W Jiang
Nano Energy 26 (2016) 16-25
[71] F Rouquerol J Rouqueron K Sing Adsorption by Powders and Porous
Solids Academic Press 1999
[72] M Naderi Progress in Filtration and Separation Academic Press Oxford
2015 pp 585-608
[73] J Rouquerol F Rouquerol P Llewellyn G Maurin KSW Sing
Adsorption by powders and porous solids principles methodology and
applications Academic press 2014
[74] CP Poole FJ Owens Introduccioacuten a la nanotecnologiacutea Editorial Reverte
2007
[75] JL Kirschvink DS Jones BJ MacFadden Magnetite Biomineralization
and Magnetoreception in Organisms A New Biomagnetism Springer US 2013
61
[76] TM El-Alaily MK El-Nimr SA Saafan MM Kamel TM Meaz ST
Assar Journal of Magnetism and Magnetic Materials 386 (2015) 25-30
[77] DJ Dunlop Ouml Oumlzdemir Treatise on Geophysics (Second Edition)
Elsevier Oxford 2015 pp 255-308
[78] A Savić D Čokeša S Lazarević B Jokić D Janaćković R Petrović LS
Živković Powder Technology 301 (2016) 511-519
[79] S Rajput CU Pittman Jr D Mohan Journal of Colloid and Interface
Science 468 (2016) 334-346
[80] M Kumari CU Pittman Jr D Mohan Journal of Colloid and Interface
Science 442 (2015) 120-132
[81] Y Mansourpanah Z Jafari Reactive and Functional Polymers 93 (2015)
178-189
[82] S Sundar R Mariappan S Piraman Powder Technology 266 (2014) 321-
328
[83] P Roonasi A Holmgren Applied Surface Science 255 (2009) 5891-5895
[84] J Safari Z Zarnegar Journal of Molecular Structure 1072 (2014) 53-60
[85] KL Pickering S Raa Khimi S Ilanko Composites Part A Applied Science
and Manufacturing 68 (2015) 377-386
[86] AK Ladavos AP Katsoulidis A Iosifidis KS Triantafyllidis TJ
Pinnavaia PJ Pomonis Microporous and Mesoporous Materials 151 (2012) 126-
133
[87] VMdS Rocha MdG Pereira LR Teles MOdG Souza Materials
Science and Engineering B 185 (2014) 13-20
[88] JZ Marinho RHO Montes AP de Moura E Longo JA Varela RAA
Munoz RC Lima Materials Research Bulletin 49 (2014) 572-576
[89] PM Huang Y Li ME Sumner Handbook of Soil Sciences Properties and
Processes Second Edition Taylor amp Francis 2011
[90] C Klein CS Hurlbut Manual de mineralogiacutea Reverte 1996
[91] Y-F Lin J-L Chen C-Y Xu T-W Chung Chemical Engineering Journal
250 (2014) 409-415
[92] AK Gupta M Gupta Biomaterials 26 (2005) 3995-4021
62
[93] C Sun JSH Lee M Zhang Advanced Drug Delivery Reviews 60 (2008)
1252-1265
[94] N Rai M Sarkar S Raha Pharmacological Reports 67 (2015) 1215-1223
[95] Z Lavrič J Pirnat J Lužnik U Puc Z Trontelj S Srčič Journal of
Pharmaceutical Sciences 104 (2015) 1909-1918
[96] S Rozou A Voulgari E Antoniadou-Vyza European Journal of
Pharmaceutical Sciences 21 (2004) 661-669
[97] H-S Gwak J-S Choi H-K Choi International Journal of Pharmaceutics
297 (2005) 156-161
[98] RP Aquino G Auriemma M dacuteAmore AM DacuteUrsi T Mencherini P Del
Gaudio Carbohydrate Polymers 89 (2012) 740-748
[99] IE Shohin JI Kulinich GV Ramenskaya B Abrahamsson S Kopp P
Langguth JE Polli VP Shah DW Groot DM Barends JB Dressman
Journal of Pharmaceutical Sciences 103 (2014) 367-377
[100] R Silva H Ferreira AC Carvalho AC Gomes A Cavaco-Paulo Colloids
and Surfaces B Biointerfaces 92 (2012) 277-285
[101] M Meloun D Burkoˇnovaacute T Syrovyacute A Vraacutena Analytica Chimica Acta 486
(2003) 125-141
[102] D Zheng Y Wang D Zhang Z Liu C Duan L Jia F Wang Y Liu G
Liu L Hao Q Zhang Cancer Letters 307 (2011) 158-164
[103] Q Wang R Liu X Shen L Zou D Wu Journal of Nanoscience and
Nanotechnology 14 (2014) 2871-2877
[104] N Caliskan AR Kul S Alkan EG Sogut I Alacabey Journal of
Hazardous Materials 193 (2011) 27-36
[105] TA Cigu S Vasiliu S Racovita C Lionte V Sunel M Popa C Cheptea
European Polymer Journal 82 (2016) 132-152
[106] M Oumlzacar İA Şengil Process Biochemistry 40 (2005) 565-572
[107] YS Ho G McKay Process Biochemistry 34 (1999) 451-465
[108] AB Peacuterez-Mariacuten VM Zapata JF Ortuntildeo M Aguilar J Saacuteez M Lloreacutens
Journal of Hazardous Materials 139 (2007) 122-131
[109] BF Urbano I Villenas BL Rivas CH Campos Chemical Engineering
63
Journal 268 (2015) 362-370
[110] J Peacuterez L Toledo CH Campos BL Rivas J Yantildeez BF Urbano
Chemical Engineering Journal 287 (2016) 744-754
[111] JW Steed DR Turner K Wallace Core Concepts in Supramolecular
Chemistry and Nanochemistry Wiley 2007
[112] A Buczkowski D Waliszewski P Urbaniak B Palecz International
Journal of Pharmaceutics 505 (2016) 1-13
[113] M Kosmulski Advances in Colloid and Interface Science
vi
Fe3O4 se determinaron las cineacuteticas de adsorcioacuten para dos faacutermacos modelos
piroxicam (PRX) y silibinina (SIL) Para ambos materiales la adsorcioacuten de los
faacutermacos mostraron ajustarse a cineacuteticas de pseudo-primer orden y la cantidad
maacutexima de adsorcioacuten de faacutermaco se vio mejorada junto con un aumento en la
velocidad de adsorcioacuten por la presencia de PAMAM en la superficie del material
hiacutebrido
vii
ABSTRACT
Magnetite nanotubes Fe3O4 have the capacity to be ferrimagnetic or
superparamagnetic materials This property has been of special interest in last
years for applications in different fields of nanoscience but in particular in the
preparation of materials for the adsorption transport and controlled release of
drugs On the other hand dendrimers in particular the derivatives of poly-
(amidoamine) (PAMAM) are macromolecules highly branched and monodisperse
which have been widely studied as drug nanocarriers systems One of the main
disadvantages of both materials is their limited load capacity showed against some
drugs of interest in the treatment of chronic diseases In addition these systems
present an uncontrolled drug release in the liberation processes when they are
used as drug nanocarriers
Considering the characteristics of both systems this thesis contemplated the study
of a hybrid system NT-Fe3O4 coupled with PAMAM dendrimer of the third
generation for the encapsulation of two drugs piroxicam (PRX) and silybin (SIL)
The preparation of the hybrid nanomaterial was carried out from hydrothermal
synthesis of iron oxides which allowed obtaining NT-Fe3O4 from the thermal
reduction of the nanotubes of Fe2O3 in the presence of H2 flow Finally the
coupling of the PAMAM dendrimer to the surface of the nanotube was performed
by covalent immobilization mediated by a coupling agent The hybrid nanomaterial
was characterized by thermogravimetry X-ray diffraction scanning electron
microscopy transmission electron microscopy magnetic susceptibility
measurements and N2 adsorption-desorption isotherm at -196degC in addition FT-
IR spectroscopy analysis demonstrated the effective immobilization of PAMAM to a
content of 16 by mass The hybrid material (NTFe3O4-PAMAM) maintains the
nanotubular form and the magnetic properties of the starting inorganic support In
the adsorption experiments NT-Fe3O4 was used as the control adsorbent For both
adsorbents NT-Fe3O4-PAMAM and NT-Fe3O4 adsorption kinetic were determined
for two drug models piroxicam (PRX) and silybin (SIL) For both materials the
viii
adsorption of the drugs was adjusted to pseudo-first-order kinetics and the
maximum amount of drug adsorption was improved along with an increase in
adsorption rate by the presence of PAMAM on the surface of the hybrid material
ix
TABLA DE CONTENIDOS
Paacutegina
PROBERVIO ii
AGRADECIMIENTOS iii
RESUMEN v
ABSTRACT vii
IacuteNDICE DE FIGURAS xi
IacuteNDICE DE TABLAS xiii
1 INTRODUCCIOacuteN 1
11 Nanomateriales magneacuteticos 3
12 Dendriacutemeros 8
13 Nanomateriales hiacutebridos oacutexido inorgaacutenicoPAMAM 12
2 HIPOacuteTESIS 14
3 OBJETIVOS 14
31 OBJETIVO GENERALE 14
32 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS 14
4 PARTE EXPERIMENTAL 15
41 Siacutentesis de los nanotransportadores 15
411 Siacutentesis de nanotubos de magnetita (Fe3O4) 15
412 Funcionalizacioacuten de NT-Fe3O4 con el agente de acople
3-glicidoxipropil-trimetoxisilano
15
413 Acoplamiento de NT-Fe3O4-GPTMS con dendriacutemero
PAMAM
16
42 Caracterizacioacuten de los sistemas 17
421 Espectroscopia de Infrarrojo con Transformada de Fourier
(FT-IR)
17
422 Difraccioacuten de Rayos X (DRX) 18
423 Microscopiacutea Electroacutenica de Transmisioacuten (TEM) 20
424 Microscopia Electroacutenica de Barrido (SEM) 21
425 Anaacutelisis Termogravimeacutetrico (TGA) 22
426 Isotermas de Adsorcioacuten-Desorcioacuten de N2 a -196degC 23
x
427 Magnetizacioacuten del material 24
428 Adsorcioacuten de Faacutermacos en Nanotubo Fe3O4 y en
nanotransportador hiacutebrido Fe3O4-PAMAM
26
5 DISCUSOacuteN Y ANAacuteLISIS DE RESULTADOS 28
51 Caracterizacioacuten de los nanomateriales 28
511 Espectroscopia de infrarrojo con transformada de Fourier 28
512 Anaacutelisis Termogravimeacutetrico 29
513 Isotermas de Adsorcioacuten-Desorcioacuten de N2 a -196degC 31
514 Difraccioacuten de Rayos X 33
515 Microscopiacutea Electroacutenica de Barrido y Transmisioacuten 34
516 Propiedades magneacuteticas 37
52 Estudios de la adsorcioacuten de Faacutermacos en Nanotubo Fe3O4
y en nanotransportador hiacutebrido Fe3O4-PAMAM
40
521 Faacutermacos de intereacutes 40
522 Adsorcioacuten de PRX 44
523 Adsorcioacuten de SIL 49
6 CONCLUSIONES Y PERSPECTIVAS 54
REFERENCIAS 56
xi
IacuteNDICE DE FIGURAS
Paacutegina
Figura 1 Algunos tipos de nanomateriales utilizados en el
transporte de faacutermacos y para diagnoacutestico e imagen [17]
2
Figura 2 Esquemas de asociacioacuten componente orgaacutenico en
soportes soacutelidos (a) Adsorcioacuten (b) Adsorcioacuten por
formacioacuten de pares ioacutenicos y (c) Anclaje por enlace
covalente
6
Figura 3 Esquema de anclaje del AAC en el soporte [42] 7
Figura 4 Esquema general de la estructura de un dendriacutemero 9
Figura 5 Dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten (G3) 10
Figura 6 Sistema de reaccioacuten para realizar las modificaciones
superficiales de NT-Fe3O4
16
Figura 7 Esquema del equipamiento de un FT-IR 18
Figura 8 Difraccioacuten de Rayos X producida por los diferentes planos
de un cristal
19
Figura 9 Esquema de un microscopio electroacutenico de transmisioacuten 21
Figura 10 Esquema de un microscopio electroacutenico de barrido 22
Figura 11 Representacioacuten esquemaacutetica de un soacutelido poroso [71] 23
Figura 12 Representacioacuten de curva de magnetizacioacuten para un
material ferromagneacutetico [74]
25
Figura 13 Esquema del sistema de adsorcioacuten de faacutermacos en los
nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM
27
Figura 14 Espectro FT-IR de (a) NT-Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-PAMAM 28
Figura 15 Termogramas de los materiales realizados en atmoacutesfera
de O2 (a) NT- Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-GPTMS y (c) NT-
Fe3O4-PAMAM
30
Figura 16 Isoterma de adsorcioacutendesorcioacuten de N2 a -196degC para (a)
NT-Fe3O4 y (b) NT-Fe3O4-PAMAM
32
Figura 17 Difractograma de rayos X para (a) NT α-Fe2O3 (b) NT- 34
xii
Fe3O4 y (c) NT-Fe3O4-PAMAM
Figura 18 Imaacutegenes de SEM de los materiales (a) NT-Fe3O4 (b)
NT-Fe3O4-PAMAM
35
Figura 19 Micrografiacuteas de TEM de NT-Fe3O4 (a b) NT-Fe3O4-
PAMAM (e f) y las curvas de distribucioacuten del largo (c g) y
diaacutemetro externo (d h) para ambos NT-Fe3O4 y NT-
Fe3O4-PAMAM respectivamente
36
Figura 20 Curva de magnetizacioacuten obtenida para NT-Fe3O4 (a b) y
NT-Fe3O4-PAMAM (c d) utilizando un magnetoacutemetro de
muestra vibrante (VSM) a 17degC
39
Figura 21 Estructuras de los faacutermacos de intereacutes (a) Piroxicam y
(b) Silibinina
40
Figura 22 Cineacutetica y ajustes de modelos cineacuteticos de adsorcioacuten
para PRX en los nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-
Fe3O4-PAMAM
45
Figura 23 Esquema propuesto para la adsorcioacuten de PRX en los
sistemas sintetizados (A) Fe3O4-NT y (B) Fe3O4-NT-
PAMAM
45
Figura 24 Graacutefico de adsorcioacuten de PRX en los nanotransportadores
sintetizados considerando un modelo de difusioacuten
intrapartiacutecula en tres etapas
48
Figura 25 Cineacutetica y ajustes de modelos cineacuteticos de adsorcioacuten
para SIL en los nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-
Fe3O4-PAMAM
49
Figura 26 Graacutefico de adsorcioacuten de SIL en los nanotransportadores
sintetizados considerando un modelo de difusioacuten
intrapartiacutecula en tres etapas
52
xiii
IacuteNDICE DE TABLAS
Paacutegina
Tabla 1 Impacto en la masa molecular y en el tamantildeo de los
dendriacutemeros PAMAM seguacuten crece la generacioacuten [48]
11
Tabla 2 Porcentaje de peacuterdida de masa y material acoplado
GPTMS y PAMAM (G3) al NT-Fe3O4
31
Tabla 3 Superficie especiacutefica tamantildeo promedio de poro y volumen
de poro determinadas por las de BET y BJH [73 86] para
los materiales en base a NT-Fe3O4 sintetizados
33
Tabla 4 Resumen de paraacutemetros magneacuteticos para los materiales
preparados a 17degC
37
Tabla 5 Modelos cineacuteticos para la adsorcioacuten de PRX en los
adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM
46
Tabla 6 Modelo de difusioacuten intra-partiacutecula para la adsorcioacuten de
PRX en los adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM
considerando dos etapas determinantes en la adsorcioacuten
del faacutermaco y una tercera de equilibrio
49
Tabla 7 Modelos cineacuteticos para la adsorcioacuten de SIL en los
adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM
51
Tabla 8 Modelo de difusioacuten intra-partiacutecula para la adsorcioacuten de SIL
en los adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM
considerando dos etapas determinantes en la adsorcioacuten
del faacutermaco y una tercera de equilibrio
53
1
1 INTRODUCCIOacuteN
En la actualidad existe una amplia gama de faacutermacos disponibles para el
tratamiento de diferentes tipos de enfermedades En el tratamiento de un proceso
fisiopatoloacutegico se espera que la administracioacuten de los medicamentos se realice de
forma tal que alcance su lugar de accioacuten con una determinada concentracioacuten No
obstante algunos medicamentos muestran una escasa solubilidad en el plasma
sanguiacuteneo asiacute como tambieacuten en el medio inter-intracelular Por lo general solo el
1 de la dosis administrada llega al sitio diana mientras que el resto del faacutermaco
se distribuye a traveacutes del resto de ceacutelulas y tejidos Esta desventaja impone la
administracioacuten de altas dosis de faacutermacos para lograr un aumento de su
concentracioacuten local lo que provoca numerosos efectos toxicoloacutegicos e
inmunoloacutegicos indeseables [1-3]
Esta limitante estaacute siendo superada gracias al desarrollo de una variedad de
transportadores de faacutermacos los que actuacutean por asociacioacuten fiacutesica yo quiacutemica
entre la sustancia activa y el transportador Entre las muacuteltiples ventajas que
pueden aportar los transportadores de faacutermacos se destaca el control de las
concentraciones plasmaacuteticas y de la distribucioacuten tisular gracias a que protege la
sustancia activa contra la inactivacioacuten (quiacutemica enzimaacutetica o inmunoloacutegica) desde
el lugar de administracioacuten hasta el sitio de accioacuten [2 4-7] Los sistemas
transportadores han sido clasificados de acuerdo a su naturaleza quiacutemica o a su
tamantildeo pero en las uacuteltimas deacutecadas son aquellos denominados
nanotransportadores los que han mostrado los resultados maacutes promisorios en el
desarrollo de sistemas vectorizados de transporte y liberacioacuten de faacutermacos para el
tratamiento especiacutefico de enfermedades
Los nanotransportadores son sistemas que se caracterizan por ser de tamantildeo
nanomeacutetrico donde sus medidas pueden fluctuar entre 1 y 100 nm en una o maacutes
de sus dimensiones [8 9] (ver Figura 1) La adsorcioacuten del faacutermaco ocurre
generalmente al interior de cavidades del nanotransportador las cuaacuteles permiten
2
alojar las moleacuteculas de faacutermaco en un fenoacutemeno que se describe como
encapsulacioacuten [10 11] Dentro de los nanotransportadores de faacutermacos que
cumplen con estos requisitos se encuentran aqueacutellos que se basan en sistemas
inorgaacutenicos orgaacutenicos y aqueacutellos denominados hiacutebridos que son una mezcla de
ambos
De la familia de transportadores basados en nanomateriales (NM) inorgaacutenicos se
pueden mencionar algunos como nanotubos de carbono (CNTs) [12] nanotubos
de oacutexidos inorgaacutenicos como TiO2 [13] y Al2O3 [14] nanopartiacuteculas de oacutexidos
inorgaacutenicos como SiO2 [15] y Fe3O4 [16] entre otros La principal caracteriacutestica de
estos sistemas es su nula solubilidad en el plasma sanguiacuteneo La habilidad de
adsorber faacutermacos de estos materiales viene dada principalmente porque
disponen de un aacuterea superficial y porosidad que permiten el alojamiento del
faacutermaco al interior de los poros lo que ralentiza su liberacioacuten una vez internalizado
en el hueacutesped
Figura 1 Algunos tipos de nanomateriales utilizados en el transporte de faacutermacos
y para diagnoacutestico e imagen [17]
Los NM orgaacutenicos tambieacuten se han considerado una buena alternativa para su uso
como sistemas nanotransportadores de faacutermacos de los que se pueden mencionar
a los dendriacutemeros [18] micelas [19] poliacutemeros [20] y liposomas [21] entre otros A
diferencia de los materiales inorgaacutenicos los nanomateriales orgaacutenicos pueden
Poliacutemero lineal Quantum Dots Nanopartiacutecula
Micela polimeacuterica Liposoma Dendriacutemero
3
actuar de forma soluble o insoluble en el plasma sanguiacuteneo El principio de
adsorcioacuten se basa en la diferencia de afinidad del faacutermaco frente al medio
dispersante De forma general faacutermacos que son poco solubles en agua se
adsorben de forma efectiva en sistemas que posean cavidades hidroacutefobas
Los sistemas nanotransportadores hiacutebridos nacen de la necesidad de combinar
propiedades de los sistemas inorgaacutenicos yo orgaacutenicos con el fin de producir un
NM que muestre una alta sinergia entre ambos componentes en el proceso de
adsorcioacuten y liberacioacuten de faacutermacos [1314 22] Dependiendo de la naturaleza del
sistema hiacutebrido se pueden clasificar en hiacutebridos inorgaacutenicoinorgaacutenico [23]
hiacutebridos inorgaacutenicoorgaacutenico [24] e hiacutebridos orgaacutenicoorgaacutenico [25]
11 Nanomateriales magneacuteticos
Dentro de los NM inorgaacutenicos maacutes interesantes se encuentran las
nanoestructuras de oacutexidos hierro El oacutexido de hierro existe en la naturaleza en tres
fases magnetita (Fe3O4) maghemita (γ-Fe2O3) y hematita (α-Fe2O3) [26] La
magnetita presenta las propiedades maacutes interesantes entre todos los demaacutes
oacutexidos de hierro debido a la presencia de cationes de hierro en dos estados de
valencia (Fe2+ y Fe3+) en su estructura cubica centrada en la cara de tipo espinela
(AB2O4) inversa En ella el oxiacutegeno forma un empaquetado cuacutebico compacto
donde la mitad de los cationes Fe3+ ocupan sitios tetraeacutedricos (A) mientras que la
otra mitad de Fe3+ y los cationes Fe2+ ocupan los sitios octaeacutedricos (B) [27] lo cual
le confiere susceptibilidad magneacutetica
El nuacutemero de cationes Fe3+ en cada sitio de la red cristalina (tetraeacutedrico y
octaeacutedrico) es el mismo pero con direcciones opuestas del espiacuten magneacutetico por
lo tanto los momentos magneacuteticos de los cationes Fe3+ se anulan entre siacute como
resultado los cationes Fe2+ son los responsables del momento magneacutetico neto en
la magnetita Por lo cual la magnetita posee un comportamiento ferrimagneacutetico es
decir los espines magneacuteticos son antiparalelos y sus magnitudes son desiguales
4
El comportamiento de este material magneacutetico puede cambiar draacutesticamente
dependiendo del tamantildeo A medida que el tamantildeo de la estructura disminuye los
multidominios magneacuteticos cambian hasta obtener una estructura conformada por
un solo dominio magneacutetico [27-29] dando como resultado una nueva propiedad
magneacutetica denominada superpara-magnetismo Esta propiedad se define como la
capacidad de ciertos NM magneacuteticos que poseen alta susceptibilidad y saturacioacuten
de magnetizacioacuten bajo la influencia de un campo magneacutetico las que pierden
completamente una vez que se elimina el campo magneacutetico lo que resulta una
remanencia magneacutetica y coercitividad de cero [30] Debido a su baja toxicidad y
alta biocompatibilidad ademaacutes de la alta estabilidad mecaacutenica teacutermica y quiacutemica
la magnetita ha atraiacutedo mucho la atencioacuten para aplicaciones biomeacutedicas tales
como resonancia magneacutetica hipertermia magneacutetica terapia del caacutencer liberacioacuten
controlada de faacutermacos ingenieriacutea de tejidos entre otras [29-32]
Muchos esfuerzos tambieacuten se han llevado a cabo en la siacutentesis y propiedades de
las nanoestructuras de oacutexido de hierro con morfologiacuteas bien definidas como
nanocristales poliedros cubos varillas tubos entre otros [26] Varios meacutetodos
sinteacuteticos han sido reportados para la preparacioacuten de nanopartiacuteculas de oacutexido de
hierro que incluyen co-precipitacioacuten irradiacioacuten de ultrasonido siacutentesis
solvotermal siacutentesis hidrotermal microemulsioacuten siacutentesis viacutea microondas y la
descomposicioacuten teacutermica [33] La siacutentesis hidrotermal es una ruta de precipitacioacuten
en fase acuosa que se lleva a cabo en reactores que soportan altas presiones y
temperaturas la que se emplea ampliamente para sintetizar nanoestructuras
funcionales con formas especiacuteficas [26 27] ya que es un proceso simple y de alto
rendimiento con el cual se obtienen nano-arquitecturas de tamantildeo y morfologiacutea
reproducible [31]
Jia y colaboradores han reportado un proceso sencillo para producir nanoanillos
de Fe3O4 en el cual se utiliza la ruta hidrotermal con la participacioacuten de los
aniones dobles SO42- y H2PO4
- como controladores de la morfologiacutea para producir
Fe2O3 como base estructural el cual es sometido a un tratamiento de reduccioacuten en
5
atmoacutesfera de H2 para producir el material en base a magnetita [34] Este meacutetodo
abre la posibilidad de crear una gama de estructuras tridimensionales variando las
relaciones de iones SO42-H2PO4
- durante el tratamiento de siacutentesis hidrotermal
[34] Se ha demostrado que los iones SO42- tienen el efecto de aumentar el
tamantildeo de partiacutecula debido a que aumenta la superficie de las nanoestruturas
Fe2O3 formadas [35] La presencia de iones H2PO4- es el factor crucial que induce
la formacioacuten de una estructura tubular producto de la adsorcioacuten selectiva de iones
fosfato en la superficie de las partiacuteculas de Fe2O3 y su capacidad de coordinar con
los iones feacuterricos [36] Estas estructuras tubulares o nanotubos magneacuteticos (NT-
Fe3O4) no soacutelo conservan el fondo y la forma de una nanovarilla tambieacuten
proporcionan cavidad interna que lo proyectan como un material que permite la
encapsulacioacuten y liberacioacuten controlada de faacutermacos oligoacutemeros supramoleacuteculas
yo macromoleacuteculas entre otras especies [37] las cuales se pueden transportar
de forma segura en el sistema in vivo evitando la degradacioacuten hidroliacutetica o la
precipitacioacuten de faacutermacos hidroacutefobos durante la entrega en el sitio especiacutefico
La principal ventaja de los NT-Fe3O4 como transportadores de faacutermacos es que
pueden poseer la propiedad del para- o superpara-magnetismo para realizar un
seguimiento de la administracioacuten de faacutermacos El traslado de los NTs puede ser
controlado por un campo magneacutetico externo dirigieacutendolo de forma especiacutefica a los
sitios fisioloacutegicos de accioacuten [38] La combinacioacuten de las propiedades magneacuteticas
con una estructura tubular hace de los NT-Fe3O4 un candidato ideal como
nanotransportador empleado en aplicaciones biomeacutedicas La principal limitante
para el empleo de este tipo de sistemas es el tipo de moleacuteculas que pueden ser
adsorbidas ya que en general se ha observado que moleacuteculas de pequentildeo
tamantildeo no son adsorbidas en forma eficiente [34 39]
Una forma de poder superar la baja capacidad de adsorcioacuten de faacutermacos por parte
de los NT-Fe3O4 es generando sistemas hiacutebridos que sean capaces de incorporar
una segunda unidad que incrementen su capacidad de adsorcioacuten Esto se puede
conseguir recubriendo al NT-Fe3O4 con un segundo componente generalmente de
6
naturaleza orgaacutenica obtenido de una fuente natural o sinteacutetica proveyendo
nanoestructuras hibridas con propiedades mejoradas frente a sus componentes
puros La asociacioacuten del componente orgaacutenico con el NM inorgaacutenico puede
realizarse empleando 3 rutas tal como se muestra en la Figura 2
(a) (b) (c)
Figura 2 Esquemas de asociacioacuten componente orgaacutenico en soportes soacutelidos (a)
Adsorcioacuten (b) Adsorcioacuten por formacioacuten de pares ioacutenicos y (c) Anclaje por enlace
covalente
La asociacioacuten por formacioacuten de enlaces covalentes ha sido la teacutecnica maacutes
prometedora y puede llevarse a cabo gracias al uso de moleacuteculas intermediarias
denominadas agentes de acople los cuales son capaces de modificar la superficie
de un soacutelido inorgaacutenico y a su vez unirse covalentemente al estabilizante a traveacutes
de una funcioacuten orgaacutenica reactiva Algunos agentes de acople (AAC) se pueden
clasificar en cuatro grupos aacutecidos carboxiacutelicos poliacutemeros silanos y moleacuteculas
organofosforadas Los AAC del tipo silano son los maacutes utilizadas en los NM
inorgaacutenicos la formula general de este tipo AAC muestra dos clases de
funcionalidades (R1-(CH2)n-Si-(R2)3) Los grupos R1 representan al grupo orgaacutenico
funcional como NH2 SH epoxi metacrilato etc y los grupos R2 representan a un
grupo funcional hidrolizable tal como OCH3 OCH2CH3 o Cl [40 41]
7
Debido a que la superficie de NM inorgaacutenicos de tipo oacutexido poseen grupos
hidroxilos (-OH) eacutestos se utilizan como sitios de reaccioacuten para el proceso de
anclaje El proceso de acoplamiento se logra a traveacutes de la reaccioacuten quiacutemica
entre los grupos trialcoacutexido del AAC y los grupos hidroxilos superficiales del NM
inorgaacutenico [41] tal como se muestra en el esquema de la Figura 3
Figura 3 Esquema de anclaje del AAC en el soporte [42]
Dependiendo de la naturaleza de la moleacutecula orgaacutenica a anclar hay dos formas de
incorporarla en la superficie del soporte anclaje de AAC en la superficie del NM y
posterior reaccioacuten con la moleacutecula de intereacutes o reaccioacuten previa entre moleacutecula y
AAC para realizar el posterior anclaje en la superficie del NM
En este contexto se ha propuesto que la utilizacioacuten de sistemas
nanotransportadores hiacutebridos podriacutean mejoran las variadas limitaciones que
presentan la mayoriacutea de los sistemas nanotransportadores basados en materiales
inorgaacutenicos con baja capacidad de adsorcioacuten Algunos sistemas hiacutebridos
8
propuestos para la adsorcioacuten de faacutermacos han sido nanopartiacuteculas de siacutelice
funcionalizadas con poliacutemeros que contienen guanidina donde se ha estudiado el
comportamiento de carga y liberacioacuten de doxorrubicina y sulfasalazina [22]
nanopartiacuteculas de ZnO-poli(N-isopropilacrilamida) en las cuales se ha estudiado la
liberacioacuten del faacutermaco doxorrubicina en ceacutelulas tumorales [43] nanotubos de
carbono-dendriacutemero los cuales han permitido el aumento significativo de la
solubilidad del faacutermaco carvedilol [44] nanotubos de TiO2 y Al2O3 acoplados a
dendriacutemeros PAMAM cuyo objetivo es combinar las propiedades de adsorcioacuten y
liberacioacuten de metotrexato silibinina y curcumina [13 14]
12 Dendriacutemeros
En el uacuteltimo tiempo ha habido un creciente intereacutes en el uso de macromoleacuteculas
sinteacuteticas en base a poliacutemeros de masa molar controlada y estructura quiacutemica
definida como vectores en la administracioacuten controlada de faacutermacos y otras
aplicaciones terapeacuteuticas o de diagnoacutestico donde se destacan los dendriacutemeros
[45] Los dendriacutemeros son una clase de macromoleacuteculas polimeacutericas de forma
globular altamente ramificadas y monodispersas que constan de un nuacutecleo
central a partir del cual se originan una serie de ramificaciones La palabra
dendriacutemero deriva del teacutermino griego dendron que significa aacuterbol y meros es
decir parte La estructura de un dendriacutemero incluye tres partes un nuacutecleo central
unidades ramificadas y grupos superficiales Las unidades ramificadas estaacuten
dispuestas en capas denominadas generaciones (G) y la zona de la cual emergen
estas ramificaciones se conoce como nodo [23] tal como se muestra en la Figura
4 El tamantildeo de los dendriacutemeros variacutea entre 10-130 Aring de diaacutemetro dependiendo
de la generacioacuten del dendriacutemero [45-47] A pesar de su gran tamantildeo molecular
muestran una muy baja polidispersidad en comparacioacuten con los poliacutemeros
sinteacuteticos tradicionales [48]
La principal ventaja de los dendriacutemeros es que de acuerdo a su estructura
quiacutemica poseen cavidades hidrofoacutebicas caraacutecter que se acentuacutea a medida que
9
crece la generacioacuten del dendriacutemero Esta propiedad favorece la adsorcioacuten de
faacutermacos poco solubles en su interior destacaacutendolos como agentes de transporte
para faacutermacos poco solubles [49-52]
Figura 4 Esquema general de la estructura de un dendriacutemero
Fuente Elaboracioacuten propia
Por otra parte estos nanotransportadores poseen en su superficie un nuacutemero
definido de grupos funcionales (amino carboxilo hidroxilo etc) los que le
confieren una gran versatilidad ya que no soacutelo poseen capacidad para la
adsorcioacuten de faacutermacos en la cavidad interna de la macromoleacutecula sino que al
mismo tiempo los grupos funcionales superficiales permiten realizar
modificaciones brindaacutendoles una alta capacidad de vectorizacioacuten [17 53]
Los dendriacutemeros poliamidoaminas (PAMAM) fueron la primera familia de
dendriacutemeros sintetizados y caracterizados [54] siendo uno materiales de mayor
intereacutes en estudios de nanotransportadores en relacioacuten a su biocompatibilidad Los
dendriacutemeros PAMAM estaacuten constituidos por un nuacutecleo de 12-etilendiamina y
ramificaciones de poliamidoamina [48] En solucioacuten acuosa estos poliacutemeros se
comportan como polielectrolitos ya que las aminas terciarias presente en la
cavidad interna (pKa 30 ndash 60) y las aminas primarias superficiales del dendriacutemero
Nuacutecleo
Ramas
Punto divergente
Grupos funcionales
superficiales
10
(pKa 94 ndash 97) pueden ser protonadas a diferentes pH [13 51] lo cual conlleva a
un cambio en la conformacioacuten tamantildeo y carga del dendriacutemero Los dendriacutemeros
PAMAM estaacuten disponibles comercialmente hasta la deacutecima generacioacuten (G10) Los
de baja generacioacuten (G1-G3) son poco sensibles a los cambios frente a variaciones
de pH poseen conformaciones abiertas [55] y cavidades internas que permiten la
encapsulacioacuten de faacutermacos hidroacutefobos mientras que los grupos superficiales
estaacuten disponibles para interacciones electrostaacuteticas o conjugacioacuten covalente En la
Figura 5 se observa un dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten (G3)
Figura 5 Dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten (G3) Fuente Elaboracioacuten
propia
En la Tabla 1 se puede observar algunas propiedades de los PAMAM A medida
que aumenta la generacioacuten del dendriacutemero hay un aumento progresivo de su
11
tamantildeo (aprox 10 nm en cada generacioacuten) y como consecuencia se observa un
incremento exponencial en el nuacutemero de grupos aminos superficiales
Los dendriacutemeros PAMAM han demostrado ser efectivos como
nanotransportadores de faacutermacos pues poseen baja citotoxicidad son
biodegradables y no inmunogeacutenicos por lo menos hasta la generacioacuten 5 [56 57]
Tabla 1 Impacto en la masa molecular y en el tamantildeo de los dendriacutemeros
PAMAM seguacuten crece la generacioacuten [48]
Dendriacutemeros
PAMAM
generacioacuten
Masa molecular
(kDa)
Diaacutemetro en
nanoacutemetros (nm)
Nuacutemero de
grupos en
superficie
0 0517 15 4
1 1430 22 8
2 3256 29 16
3 6909 36 32
4 14215 45 64
5 28826 54 128
6 58048 67 256
7 116493 81 512
8 233383 97 1024
9 467162 114 2048
10 934720 135 4096
Algunos ejemplos reportados en bibliografiacutea han demostrado el aumento de la
solubilidad de algunos faacutermacos poco solubles en medio acuoso como nifedipina
adsorbida en PAMAM-G3 y PAMAM-G4 [58] aacutecido mefenaacutemico adsorbida en
PAMAM-G2 y PAMAM-G3 [51] piroxicam en PAMAM-G3 [59] metotrexato y
adriamicina en complejos PAMAM-G3-pegilado y PAMAM-G4-pegilado [60] entre
otros
12
La principal aplicacioacuten de los PAMAM como nanotransportadores ha sido en la
adsorcioacuten y liberacioacuten de faacutermacos antineoplaacutesicos [61] Lamentablemente los
sistemas PAMAM no muestran especificidad como para considerarlos potenciales
candidatos para terapias dirigidas en el tratamiento de enfermedades sin ser
previamente vectorizados Es por esto que la investigacioacuten que se ha desarrollado
en los uacuteltimos 10 antildeos ha estado focalizada en la siacutentesis de nanotransportadores
PAMAM modificados con algunas moleacuteculas capaces de conferirle especificidad
en orden a aumentar la liberacioacuten de los faacutermacos adsorbidos en la zona donde se
encuentran los receptores farmacoloacutegicos para asiacute disminuir al miacutenimo su
concentracioacuten en otras zonas del organismo [62 63] Ademaacutes variados estudios
han mostrado que los dendriacutemeros PAMAM poseen una limitada capacidad de
adsorcioacuten de faacutermacos soacutelo de unos cuantos miligramos de faacutermaco por gramo de
dendriacutemero Esto unido a la raacutepida liberacioacuten de las moleacuteculas de faacutermacos bajo
condiciones fisioloacutegicas impone el desarrollo de nuevas estrategias para el disentildeo
de nanotransportadores de faacutermacos en base a dendriacutemeros PAMAM
13 Nanomateriales hiacutebridos oacutexido inorgaacutenicoPAMAM
Dada la capacidad de adsorber faacutermacos del sistema PAMAM y su habilidad de
poder sufrir modificaciones en sus grupos aminos superficiales es que se ha
considerado como un componente que mejorariacutea la capacidad de adsorcioacuten de
faacutermacos poco solubles en sistemas inorgaacutenicos De acuerdo a la experiencia del
grupo de investigacioacuten se sabe que la preparacioacuten de nanotransportadores
hiacutebridos en base a nanotubos de TiO2 y Al2O3 acoplados con dendriacutemeros
PAMAM G3 han demostrado un incremento en la capacidad de adsorcioacuten de
faacutermacos poco solubles como metotrexato silibinina y curcumina [13 14]
En base a las evidencias previas reportadas en relacioacuten al empleo de materiales
hiacutebridos en base a nanotubos de oacutexidos inorgaacutenicos acoplados a dendriacutemeros
PAMAM y las caracteriacutesticas de NM del tipo NT-Fe3O4 es que se ha propuesto la
siacutentesis caracterizacioacuten y evaluacioacuten de la capacidad de adsorcioacuten de faacutermacos
13
de materiales en base a NT-Fe3O4 acoplados a PAMAM G3 los que podriacutean
constituir sistemas con una capacidad de adsorcioacuten superior respecto del NT-
Fe3O4 ademaacutes de exhibir propiedades para- o superpara-magneacuteticas que le
confeririacutean la capacidad de ser magneto-dirigido a los sitios de accioacuten Se espera
realizar la inmovilizacioacuten por medio de la unioacuten covalente entre el NT-Fe3O4 y
PAMAM mediada por un agente de acople de tipo 3-glicidoxipropil-trimetoxisilano
(GPTMS) Los estudios de adsorcioacuten se hicieron con dos faacutermacos poco solubles
como modelos silibinina (SIL) y piroxicam (PRX) empleando como adsorbentes
NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM G3
14
2 HIPOacuteTESIS
La inmovilizacioacuten covalente del dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten en un
NT magneacutetico en base a Fe3O4 permitiraacute adsorber efectivamente faacutermacos que
poseen baja solubilidad en agua
3 OBJETIVOS
31 OBJETIVO GENERAL
Sintetizar un nanotransportador hiacutebrido Fe3O4-PAMAM (G3) con la capacidad de
adsorber faacutermacos con baja solubilidad en agua
32 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
Sintetizar y caracterizar una nanoestructura magneacutetica basada en nanotubos
de Fe3O4 obtenidos por una reduccioacuten de nanotubos Fe2O3
Funcionalizar la nanoestructura magneacutetica con agente de acople por medio de
enlaces covalentes
Obtener un nanomaterial hiacutebrido basado en la inmovilizacioacuten covalente del
dendriacutemero PAMAM en la nanoestructura magneacutetica funcionalizada
Estudiar la adsorcioacuten de los faacutermacos piroxicam y silibinina en el nanomaterial
hiacutebrido
15
4 PARTE EXPERIMENTAL
41 Siacutentesis de los nanotransportadores
411 Siacutentesis de nanotubos de magnetita (Fe3O4)
Para la obtencioacuten de estos nanotubos magneacuteticos primero se realizoacute la siacutentesis de
nanotubos de hematita (α-Fe2O3) como precursor de forma los que fueron
obtenidos por tratamiento hidrotermal de una mezcla de disoluciones de
FeCl36H2O (JTBakerreg) NH4H2PO4 (Sigma-Aldrichreg) y Na2SO4 (Merckreg) de
acuerdo al trabajo reportado por Jia y colaboradores [34] Las relaciones molares
empleadas de la sal precursora y los agentes directores de estructura fueron
FeCl3NH4H2PO4Na2SO4 36121 las que se prepararon en agua desionizada y se
llevaron a un autoclave de 100 mL de capacidad La mezcla se calentoacute a 220degC
durante 48h El precipitado obtenido se separoacute por centrifugacioacuten y se lavoacute tres
veces con agua desionizada y etanol absoluto (Merckreg) respectivamente Despueacutes
el soacutelido se secoacute en una estufa a vaciacuteo por 12h a 80degC para obtener los nanotubos
de Fe2O3 Finalmente los NT-Fe3O4 fueron obtenidos por reduccioacuten de los NT-
Fe2O3 a 360degC bajo flujo continuo de H2 5vv en Ar durante 5h en una rampa de
calentamiento de 1degCmin El rendimiento de la siacutentesis fue de un 91
412 Funcionalizacioacuten de NT-Fe3O4 con el agente de acople
3-glicidoxipropil-trimetoxisilano
Los NT-Fe3O4 se dispersaron en tolueno (Merckreg) seco el cual fue previamente
desgasificado con N2 por 1h en un reactor de vidrio provisto de agitacioacuten mecaacutenica
y atmoacutesfera controlada (ver Figura 6) Al tolueno se agregoacute 1 g de NT- Fe3O4
formando una dispersioacuten negra la que se calentoacute hasta alcanzar la temperatura de
ebullicioacuten Una vez alcanzada la temperatura deseada se inyectoacute el agente de
acople 3-glicidoxipropil-trimetoxisilano (GPTMS 98 Aldrichreg) en relacioacuten 1 mL
GPTMS por 1 g de soporte [13 14] La reaccioacuten se mantuvo a reflujo por 24h Una
16
vez obtenido NT-Fe3O4-GPTMS se lavoacute con acetona (Merckreg) para eliminar el
exceso de GPTMS y se secoacute en estufa a vaciacuteo por 12h a 40degC El rendimiento de
la reaccioacuten acople se determinoacute por medio de anaacutelisis termogravimeacutetrico el cual se
adjunta en la seccioacuten 512
Figura 6 Sistema de reaccioacuten para realizar las modificaciones superficiales de NT-
Fe3O4 Fuente Elaboracioacuten propia
413 Acoplamiento de NT-Fe3O4-GPTMS con dendriacutemero PAMAM
En un reactor de vidrio provisto de agitacioacuten mecaacutenica (Figura 6) se agregaron
050 g de NT-Fe3O4-GPTMS con 25 mL de dimetilsulfoacutexido (DMSO Merckreg) seco
generaacutendose una dispersioacuten negra que se agitoacute durante 1h en N2 a 40degC
Posteriormente se disolvioacute 863 mg de dendriacutemero PAMAM G3 (20 mm en
metanol Sigma-Aldrichreg) seco en 5 mL de DMSO seco y se agregoacute al sistema de
reaccioacuten el cual se mantuvo en agitacioacuten mecaacutenica y a 40degC por un periodo de
48h El material obtenido se lavoacute exhaustivamente con metanol (Merckreg) para
eliminar los restos de DMSO y PAMAM adsorbidos Por uacuteltimo el soacutelido NT-Fe3O4-
PAMAM se secoacute al vaciacuteo a 40degC por un periodo de 24h El rendimiento de la
reaccioacuten conjugacioacuten se determinoacute por medio de anaacutelisis termogravimeacutetrico el cual
se adjunta en la seccioacuten 512
17
42 Caracterizacioacuten de los sistemas
421 Espectroscopia de Infrarrojo con Transformada de Fourier (FT-IR)
Un espectro IR se obtiene al pasar radiacioacuten IR a traveacutes de una muestra y
determinar que fraccioacuten de esta radiacioacuten incidente ha sido absorbida La energiacutea
particular a la que aparece cada banda en el espectro guarda relacioacuten con la
frecuencia de vibracioacuten de una parte de la moleacutecula Los espectros en la regioacuten
infrarroja estaacuten asociados a las transiciones entre niveles de energiacutea vibracional
estos niveles corresponden a vibraciones tensioacuten-contraccioacuten (stretching) y
flexiones (bending) de los enlaces y otros movimientos complejos de las moleacuteculas
[64] La regioacuten IR del espectro electromagneacutetico se encuentra entre 14290-10 cm-1
El intervalo que abarca la espectroscopia infrarroja puede dividirse en tres
regiones IR cercano (NIR) 14290-4000 cm-1 IR medio 4000-400 cm-1 IR lejano
400-10 cm-1 siendo en el IR medio donde se dan la mayoriacutea de las aplicaciones
analiacuteticas tradicionales
En los experimentos comunes de FT-IR un haz de luz infrarroja atraviesa la
muestra y se registra la cantidad de energiacutea absorbida a cada longitud de onda
Esto puede lograrse barriendo el espectro con un haz de luz monocromaacutetico el
cual cambia su longitud de onda a traveacutes del tiempo o usando una transformada de
Fourier para medir todas las longitudes de onda a la vez como se muestra en la
Figura 7 A partir de esto se obtiene un espectro de transmitancia o absorbancia
el cual permite una interpretacioacuten de la naturaleza de los enlaces quiacutemicos
presentes La teacutecnica de FTIR se ha utilizado para estudiar materiales de tamantildeo
nanoescala como moleacuteculas funcionales injertadas covalentemente en nanotubos
de carbono [65] y nanotubos de TiO2 acoplados a dendriacutemero PAMAM [13]
18
Figura 7 Esquema del equipamiento de un FT-IR Fuente Elaboracioacuten propia
Equipamiento
Los materiales puros e hiacutebridos se analizaron en el equipo Nicolet marca Nexus
FT-IR en la zona del IR medio usando como blanco pastilla KBr Para ello se
homogeneizoacute 1 mg de muestra en 100 mg KBr seguido por la obtencioacuten de la
pastilla en prensa hidraacuteulica por uacuteltimo se colocoacute en el portamuestra la pastilla y se
midioacute el espectro a temperatura ambiente barriendo nuacutemeros de onda en el
intervalo medio (4000-400 cm-1) y con un nuacutemero de acumulaciones de 64 scan
422 Difraccioacuten de Rayos X (DRX)
Los rayos X son una forma de radiacioacuten electromagneacutetica que tiene elevada
energiacutea y corta longitud de onda del orden de los espacios interatoacutemicos de los
soacutelidos Cuando un haz de rayos X atraviesa un soacutelido la radiacioacuten se dispersa al
interaccionar con los electrones de los aacutetomos En este caso cada capa de aacutetomos
reflejara parte del haz de rayos X los haces reflejados en las capas sucesivas de
aacutetomos del soacutelido pueden presentar ondas que en una determinada direccioacuten
concuerdan en fase con las ondas reflejadas por otras capas es decir se produce
una interferencia constructiva a este fenoacutemeno se le llama difraccioacuten de rayos X
19
La difraccioacuten de rayos X se puede describir simplemente como la reflexioacuten de un
haz de rayos X incide sobre los planos cristalinos de una muestra soacutelida
empleando la ley de Bragg tal como se muestra en la Figura 8 [64]
Figura 8 Difraccioacuten de Rayos X producida por los diferentes planos de un cristal
Fuente Elaboracioacuten propia
La teacutecnica de difraccioacuten maacutes comuacuten utiliza una muestra pulverizada o policristalina
consistente en muchas partiacuteculas diminutas y orientadas al azar que se exponen a
una radiacioacuten de rayos X monocromaacutetica Como cada partiacutecula de polvo es un
cristal teniendo una gran cantidad de ellos orientados libremente se asegura que
algunas partiacuteculas esteacuten orientadas adecuadamente para que sus planos
cristalograacuteficos cumplan las condiciones para la difraccioacuten y de esta forma obtener
perfiles de difraccioacuten tiacutepicos de cada material
Equipamiento
En este estudio se utilizoacute el difractoacutemetro Rigaku modelo Geigerflex II empleando
el meacutetodo de polvo y usando como estaacutendar interno silicio (cuarzo) La muestra
previamente pulverizada se coloca en un porta objeto para ser irradiado con la
liacutenea κα1 del anticaacutetodo de Fe (λ 19360 Aring) a 35kV y 15mA usando un filtro de
manganeso para eliminar la liacutenea de κβ
20
423 Microscopiacutea Electroacutenica de Transmisioacuten (TEM)
La teacutecnica maacutes utilizada para la caracterizacioacuten de nanomateriales es la
microscopia electroacutenica de transmisioacuten (TEM) la que ofrece imaacutegenes directas de
los nanomateriales con una resolucioacuten espacial hasta el nivel de las dimensiones
atoacutemicas 10-9 m [66] El fundamento del TEM se basa en un haz de electrones que
manejados a traveacutes de lentes electromagneacuteticas se proyecta sobre una muestra
muy delgada situada en una columna de alto vaciacuteo Electrones que atraviesan la
muestran son recogidos y focalizados por la lente objetivo generando una imagen
intermedia ampliada La imagen es ampliada auacuten maacutes gracias a las lentes
proyectoras las cuales controlan la ampliacioacuten de la imagen en la pantalla
fluorescente como se muestra de forma esquemaacutetica en la Figura 9 [67] El TEM
mejora los anaacutelisis morfoloacutegicos y estructurales de nanomateriales ademaacutes
proporciona una mejor resolucioacuten espacial y la capacidad para mediciones
analiacuteticas adicionales [66]
Equipamiento
Las muestras analizadas fueron previamente tratadas tomando una pequentildea
porcioacuten del soacutelido el que se molioacute y disgregoacute en un mortero de aacutegata hasta obtener
un polvo fino Eacuteste se dispersoacute en una mezcla de etanolagua (50 vv) y se
sembroacute en una gradilla de cobre recubierta por una capa de carboacuten y colodioacuten Las
muestras fueron analizadas en un microscopio TEM modelo JEOL JEM -1200EX
II con una resolucioacuten de 5Aring a 120Kv las imaacutegenes obtenidas fueron trabajadas en
el software ImageJ donde se determinaron los diaacutemetros promedio y el largo
promedio de las partiacuteculas empleando la data estadiacutestica entregada directamente
por el software
21
Figura 9 Esquema de un microscopio electroacutenico de transmisioacuten Fuente
Elaboracioacuten propia
424 Microscopia Electroacutenica de Barrido (SEM)
La microscopia electroacutenica de barrido (SEM) es una teacutecnica que permite la
observacioacuten y caracterizacioacuten superficial de materiales inorgaacutenicos y orgaacutenicos
entregando informacioacuten morfoloacutegica del material analizado ademaacutes del
procesamiento y anaacutelisis de imaacutegenes obtenidas Las principales utilidades del
SEM son su alta resolucioacuten la gran profundidad de campo que resuelve una
imagen tridimensional de la muestra y la relativa sencillez de preparacioacuten de las
muestras [66 68] La imagen entregada por el SEM se genera por la interaccioacuten de
un haz de electrones que barre un aacuterea determinada sobre la superficie de la
muestra tal como se muestra la Figura 10 La teacutecnica consiste en hacer incidir en
la muestra un haz de electrones Este bombardeo de electrones provoca la
aparicioacuten de diferentes sentildeales que captadas con detectores adecuados
proporcionan informacioacuten acerca de la naturaleza de la muestra
22
Figura 10 Esquema de un microscopio electroacutenico de barrido Fuente Elaboracioacuten
propia
Equipamiento
Las materiales se analizaron tomando 10 mg de muestra deposinatnadolos en un
porta objeto de aluminio y posteriormente fue analizado en microscopio SEM
modelo JEOL JSM-6380LV
425 Anaacutelisis Termogravimeacutetrico (TGA)
El anaacutelisis termogravimeacutetrico (TGA) es una teacutecnica que consiste en la medida
continua en funcioacuten de la temperatura de la ganancia o peacuterdida de la masa de un
compuesto en una atmoacutesfera determinada [69] Este anaacutelisis suministra
informacioacuten acerca de la estabilidad teacutermica y la composicioacuten porcentual de la
muestra original La instrumentacioacuten utilizada en termogravimetriacutea se denomina
termobalanza y consta baacutesicamente de cinco elementos balanza de precisioacuten
horno calefactor controlado por un programador sensor de temperatura (termopar)
sistema de admisioacuten de gases y sistema de adquisicioacuten de datos Las condiciones
requeridas para la balanza son anaacutelogas a cualquier balanza analiacutetica exactitud
sensibilidad y reproducibilidad
23
Equipamiento
Las muestras fueron llevadas a un analizador teacutermico modelo TGASDTA 851e
Los perfiles de descomposicioacuten teacutermica se barrieron entre 25-1000degC a una
velocidad de calentamiento de 5degC min-1 en un flujo de 20 mLmin-1 de N2 u O2
empleando un crisol de Al2O3
426 Isotermas de Adsorcioacuten-Desorcioacuten de N2 a -196degC
La caracterizacioacuten superficial de materiales porosos como oacutexidos metaacutelicos
zeolitas o poliacutemeros orgaacutenicos mediante isotermas de adsorcioacuten-desorcioacuten permite
determinar paraacutemetros tales como el aacuterea superficial el volumen y la distribucioacuten
del tamantildeo de poros [13 70] Cualquier material soacutelido que contiene cavidades
canales o intersticios puede ser considerado como poroso (Figura 11) Los poros
se pueden clasificar en cerrados y abiertos Los cerrados son aquellos que influyen
en propiedades macroscoacutepicas como densidad o resistencia mecaacutenica pero no
son accesibles a procesos de adsorcioacuten Los abiertos a su vez se pueden
clasificar seguacuten su forma o manera de conexioacuten con el exterior La rugosidad de la
superficie externa de la muestra se distingue de la porosidad en que su
profundidad es menor que su anchura
Figura 11 Representacioacuten esquemaacutetica de un soacutelido poroso [71]
24
La estructura porosa se analiza mediante isotermas de adsorcioacuten de gases Esta
consiste en la adsorcioacuten fiacutesica de un gas (adsorbato) sobre un soacutelido (adsorbente)
a una temperatura dada para distintas presiones relativas de gas
Los adsorbatos maacutes utilizados son el N2 CO2 CO NO benceno y algunos
hidrocarburos alifaacuteticos de cadena corta La adsorcioacuten de N2 a -196degC (77 K) es la
maacutes utilizada debido a que cubre todo el rango de porosidad e interacciona
deacutebilmente con la mayoriacutea de los soacutelidos Ademaacutes la misma isoterma puede ser
utilizada para el anaacutelisis del tamantildeo de poro y para superficie especifica empleando
una variedad de modelos El modelo maacutes usado es el de Brunauer-Emett-Teller
(BET) el cual se basa en dos hipoacutetesis principales a) la superficie del adsorbente
se supone uniforme y no porosa b) las moleacuteculas del gas se adsorben sobre la
superficie en capas sucesivas completas o no en equilibrio dinaacutemico entre siacute y
con las moleacuteculas del gas [72 73]
Equipamiento
Los valores de superficie especiacutefica se obtuvieron a partir de las isotermas de
adsorcioacuten de nitroacutegeno a -196degC realizados en un equipo automaacutetico Micromeritics
modelo ASAP 2010 en el rango de presioacuten relativa de 005-03 Se utilizoacute el meacutetodo
BET para calcular las superficies especiacuteficas utilizando la parte lineal del graacutefico de
acuerdo con las recomendaciones de la IUPAC El volumen de poro y las
distribuciones de tamantildeo de poro fueron calculados a partir de las ramas de
desorcioacuten de las isotermas utilizando el meacutetodo de Barret-Joyner-Halenda (BHJ)
427 Magnetizacioacuten del material
Cuando un material se expone a un campo magneacutetico el giro de sus electrones
producen un momento magneacutetico paralelo al campo al que estaacute expuesto esto es
en el material se ha inducido una magnetizacioacuten (M) que es proporcional al campo
magneacutetico externo (H)
25
En la Figura 12 se observa la curva de magnetizacioacuten de un material
ferromagneacutetico que corresponde a un graacutefico de la magnetizacioacuten (M) frente a un
campo aplicado (H) Inicialmente a medida que aumenta la intensidad del campo
aplicado H M tambieacuten aumenta hasta alcanzar el punto de saturacioacuten Ms
Entonces cuando la intensidad del campo H comienza a disminuir por debajo del
punto de saturacioacuten M no lo hace en la misma proporcioacuten que antes sino que a
valores correspondientes a la curva superior Esto comportamiento se conoce
como histeacuteresis y se produce porque los dominios magneacuteticos que se alinean con
un incremento del campo no vuelven a su orientacioacuten original si el campo es
menor Cuando el campo aplicado H regresa al valor cero el material aun
presenta magnetizacioacuten denominada magnetizacioacuten remanente Mr Para eliminar
la magnetizacioacuten remanente se debe aplicar un campo Hc en sentido contrario al
campo inicialmente aplicado conocido como campo coercitivo Si se continuacutea
aumentando el campo se produce otra saturacioacuten en direccioacuten contraria Si desde
esa posicioacuten se disminuye el campo aplicado se vuelve a repetir el mismo
comportamiento dando lugar auacuten ciclo de histeacuteresis [74]
Figura 12 Representacioacuten de curva de magnetizacioacuten para un material
ferromagneacutetico [74]
26
Los paraacutemetros Ms Mr y Hc obtenidos a partir de la curva de magnetizacioacuten
corresponden a propiedades intriacutensecas de un material aunque los uacuteltimos dos
paraacutemetros mencionados no solo depende del tipo del material sino ademaacutes del
tamantildeo y forma del material temperatura y defecto del material [75]
Con la finalidad de comparar el comportamiento magneacutetico de diferentes materiales
frente a un campo aplicado eacutestos se pueden clasificar en diamagneacutetico
paramagneacutetico ferromagneacutetico (Figura 12) ferrimagneacutetico superparamagneacutetico
antiferromagneacutetico El instrumento maacutes utilizado en los anaacutelisis de materiales
magneacuteticos es el magnetoacutemetro de muestra vibrante (VSM) disentildeado para la
medicioacuten de la magnetizacioacuten y del cual se obtiene el ciclo de histeacuteresis [76 77]
Equipamiento
Para las curvas de magnetizacioacuten se pesaron 10 mg de las muestras las que se
depositaron en caacutepsula de policarbonato Dicha caacutepsula fue llevada al portamuestra
del magnetoacutemetro de muestra vibrante (VSM) modelo MLVSM9 MagLab 9T Oxford
Instrument Todas las mediciones se realizaron a 17degC
428 Adsorcioacuten de Faacutermacos en Nanotubo Fe3O4 y en nanotransportador
hiacutebrido Fe3O4-PAMAM
Los ensayos se disentildearon para seguir la adsorcioacuten del faacutermaco en funcioacuten del
tiempo Para ello en un vaso de precipitado colocado sobre una placa agitadora
con control de temperatura se contactan 200 mL de una disolucioacuten acuosa de SIL
(005 mgmL) con 10 mg del nanotransportador dispersos en 2 mL de agua
desionizada y colocados en el interior de bolsa de diaacutelisis (Thermo Scientific
SnakeSkin Dialysis Tubing 10K MWCO 22mm) tal como se muestra
esquemaacuteticamente en la Figura 13 La cineacutetica de la adsorcioacuten se siguioacute por medio
de espectroscopia de UV-visible tomando aliacutecuotas de 10 mL y monitoreadas a
una longitud de onda de maacutexima absorcioacuten (λmaacutex) del faacutermaco (288 nm) cada una
hora empleando un espectrofotoacutemetro UV-VIS (UV2310IISpectrophotometer) hasta
27
que no se detecta variacioacuten en las lecturas absorbancia en funcioacuten
Figura 13 Esquema del sistema de adsorcioacuten de faacutermacos en los
nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
El mismo procedimiento fue empleado para evaluar la capacidad de encapsulacioacuten
de piroxicam (PRX) donde se empleoacute una concentracioacuten inicial de 001 mgmL y
las medidas de absorbancia se siguieron a λmaacutex = 350 nm Todas las medidas de
absorbancia se realizaron por triplicado y la cuantificacioacuten se realizoacute empleando las
respectivas curvas de calibracioacuten de cada faacutermaco Para ambos sistemas NT-
Fe3O4 y Fe3O4-PAMAM las medidas de encapsulacioacuten se realizaron por duplicado
28
5 DISCUSIOacuteN Y ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
51 Caracterizacioacuten de los nanomateriales
511 Espectroscopia de infrarrojo con transformada de Fourier
La caracterizacioacuten espectroscoacutepica por FT-IR entrega informacioacuten sobre los
grupos superficiales existente en una muestra En la Figura 14 se observa el
espectro de NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM En el caso de NT-Fe3O4 se observa
una banda a 574 cm-1 que corresponde al stretching del enlace de Fe-O de la
magnetita seguido por la banda ubicada entre 945-980 cm-1 asociada al bending
del enlace FendashOndashH atribuido a los grupos hidroxilos adsorbidos en la superficie de
NT-Fe3O4 El bending a 1628 cm-1 se asigna a la vibracioacuten de las moleacuteculas de
H2O fisisorbidas sobre la superficie de la magnetita [78] por uacuteltimo entre 3090-
3430 cm-1 se observa una banda ancha correspondiente al stretching de los
grupos FendashOH superficiales [79 80]
Figura 14 Espectro FT-IR de (a) NT-Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-PAMAM Fuente
Elaboracioacuten propia
29
El NT-Fe3O4-PAMAM tiene un espectro similar al NT-Fe3O4 pero se pueden
identificar la banda asociada al bending N-H de las aminas primarias del PAMAM
a 1541 cm-1 mientras que a 1638 cm-1 se observa una banda atribuida al grupo
carbonilo (C=O) de las amidas que componen ramas de crecimiento internas del
dendriacutemero Las bandas entre 2849-2912 cm-1 corresponden a los stretching de
los grupos metileno (-CH2-) presentes en el agente de acople GPTMS y en la
cadena alifaacutetica del dendriacutemero PAMAM [13 81] Por uacuteltimo la banda de vibracioacuten
atribuida de los grupos ndashNH2 terminales se solapa con la sentildeal de los grupos ndashOH
de la superficie del NT-Fe3O4 Con lo anterior se verifica la presencia del
dendriacutemero PAMAM y la superficie del NT-Fe3O4 utilizando como agente de
acople GPTMS
512 Anaacutelisis Termogravimeacutetrico
Por medio del estudio de TGA se ha podido determinar la cantidad de PAMAM
conjugada en el soacutelido NT-Fe3O4 En la Figura 15 se muestran las curvas de
peacuterdida de masa porcentual en funcioacuten de la temperatura para los tres sistemas
preparados En el caso de NT-Fe3O4 se observa una curva continua hasta
alrededor de los 200degC donde comienza la peacuterdida de materia que corresponde a
desorcioacuten de agua fuertemente fisisorbida en el material En una segunda etapa a
500degC se detecta la peacuterdida en masa atribuida a la oxidacioacuten de las especies Fe2+
a Fe3+ con la consecuente peacuterdida de agua [82 83]
2Fe3O4 (s) + 12O2 (g) rarr 3Fe2O3 (s)
Posterior a 650degC se detecta una continua peacuterdida de masa la que se asume
corresponde a la deshidroxilacioacuten de las especies Fe-OH remanentes de la
formacioacuten de Fe2O3 Cuando al material se le inmoviliza el agente de acople
GPTMS se observa un perfil de peacuterdida en masa diferente al material de partida
La temperatura de inicio es de alrededor de 250degC en la cual comienza la
combustioacuten de la materia orgaacutenica atribuida al anclaje del agente de acople en la
30
superficie de NT-Fe3O4 finalizando alrededor de los 430degC En la zona del
termograma que denota la oxidacioacuten de las especies Fe2+ a Fe3+ se observa un
desplazamiento a 550degC atribuido a la estabilizacioacuten superficial que le confieren
los enlaces Fe-O-Si que se han formado durante el proceso de anclaje [84 85]
Figura 15 Termogramas de los materiales realizados en atmoacutesfera de O2 (a) NT-
Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-GPTMS y (c) NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten
propia
La diferencia en las masas remanentes entre ambas curvas ha permitido estimar
la cantidad de GPTMS que se ha inmovilizado en NT-Fe3O4 el cual se resume en
la Tabla 2 Soacutelo se puede determinar un estimado por esta teacutecnica pues se sabe
que las especies Fe-O-Si presente en la muestra se pueden sustituir en la matriz
del NT-Fe3O4 durante el proceso produciendo la mineralizacioacuten del GPTMS
4(Fe-O)3Si(CH2)3-(CH2OCH2)(s) + 25O2(g) rarr 2(Fe-O)3Si-O-Si(O-Fe)3(s) +
20CO2(g) + 16H2O(g)
31
Lo que al mismo tiempo podriacutea provocar el desplazamiento de la oxidacioacuten de las
especies Fe2+ a temperaturas superiores
Tabla 2 Porcentaje de peacuterdida de masa y material acoplado GPTMS y PAMAM
(G3) al NT-Fe3O4 Fuente Elaboracioacuten propia
Por uacuteltimo para el material hiacutebrido NT-Fe3O4-PAMAM muestra un perfil de
peacuterdida de masa continua desde los 75degC en adelante atribuido a la desorcioacuten de
H2O fisisorbida la que se incrementa respecto de los materiales precursores
atribuidos a la alta capacidad de adsorber agua por parte del dendriacutemero
inmovilizado en superficie Por sobre los 250degC comienza una segunda etapa de
peacuterdida en masa la que corresponde a la calcinacioacuten de la materia orgaacutenica
conferida por GPTMS-PAMAM la que ocurre en dos etapas 1) combustioacuten de la
materia orgaacutenica alifaacutetica (250degC) y 2) a la combustioacuten asociada a los enlaces
amidas de la ramas de crecimiento de PAMAM (450degC) la que al mismo tiempo se
acopla con la oxidacioacuten de la especies Fe2+ del material inorgaacutenico Comparando
los resultados obtenidos para NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-GPTMS se puede estimar el
contenido de PAMAM conjugado a la nanoestructura lo cual se resume en la
Tabla 2 Con estos resultados se puede inferir que la reaccioacuten de inmovilizacioacuten ha
afectado el contenido en masa del material el que se puede atribuir a la
conjugacioacuten de PAMAM en los NT-Fe3O4
513 Isotermas de Adsorcioacuten-Desorcioacuten de N2 a -196degC
Las isotermas de adsorcioacutendesorcioacuten de N2 a -196degC de los materiales NT-Fe3O4
y NT-Fe3O4-PAMAM se presentan en la Figura 16 Ambas isotermas son del tipo
IV de acuerdo a la calificacioacuten BDDT tiacutepica de soacutelidos mesoporosos y con ciclo
de histeacuteresis tipo H1 [72 73] caracteriacutesticas de capilares de forma tubular con
Material () (μmolg) (μmolm2)
NT-Fe3O4-GPTMS 39 165 66
NT-Fe3O4-PAMAM 168 243 097
32
abertura en sus extremos En la Tabla 3 se resumen los valores de superficies
especiacuteficas (SBET) distribuciones de tamantildeo promedio de poro de los materiales
(dPoro) y volumen total (VPoro) mostrando que la funcionalizacioacuten con GPTMS
seguido por la inmovilizacioacuten con dendriacutemero PAMAM en la superficie del NT-
Fe3O4 provoca una disminucioacuten de los valores
Figura 16 Isoterma de adsorcioacutendesorcioacuten de N2 a -196degC para (a) NT-Fe3O4 y (b)
NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Lo anterior se debe a que el GPTMS y PAMAM producen el cubrimiento parcial
de la superficie del material tubular NT-Fe3O4 lo que lleva a que los poros se
cierren o tapen estrechando sus cavidades y haciendo que el proceso de
desorcioacuten ocurra a menores presiones relativas Lo descrito con anterioridad
concuerda con el cambio en el ciclo de histeacuteresis gracias a una disminucioacuten del
diaacutemetro promedio de poro o bien un aumento en el grosor de la pared del
material tubular Esto es una evidencia experimental de la modificacioacuten superficial
del nanotubo la que presumiblemente ocurre de forma preferente en la superficie
interna del material
33
Tabla 3 Superficie especiacutefica tamantildeo promedio de poro y volumen de poro
determinadas por las de BET y BJH [73 86] para los materiales en base a NT-
Fe3O4 sintetizados Fuente Elaboracioacuten propia
condiciones normales Presioacuten y temperatura
514 Difraccioacuten de Rayos X
En la Figura 17 se muestran los perfiles de DRX para de NT α-Fe2O3 NT-Fe3O4 y
NT-Fe3O4-PAMAM El primer material corresponde a NT α-Fe2O3 debido a la
siacutentesis previa de nanotubos de hematita precursor de los nanotubos de
magnetita Se observan las difracciones propias de la hematita la cual coincide
con su estructura hexagonal (JCDS 33-0664) [87-89] Ademaacutes en la figura 17 se
observa la desaparicioacuten y aparicioacuten de picos desde el primer al segundo material
en este uacuteltimo aparecen los picos de la magnetita esto indica la reaccioacuten de
reduccioacuten de la hematita a magnetita con el consecuente cambio estructural
Los materiales NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM se detectan las difracciones tiacutepicas
para Fe3O4 con estructura cristalina del tipo magnetita la cual corresponde a una
estructura cuacutebica centrada en la cara de tipo espinela (AB2O4) inversa (JCPDS 19-
0629) [29 79 80] La modificacioacuten superficial con agente de acople seguido por el
acoplamiento con dendriacutemero PAMAM no provoca cambios en la estructura
cristalina del material NT-Fe3O4
Material SBET
(m2g-1)
dPoro
(nm)
VPoro
(cm3g-1)
NT-Fe3O4 59 33 01
NT-Fe3O4-PAMAM 25 19 005
34
Figura 17 Difractograma de rayos X para (a) NT α-Fe2O3 (b) NT-Fe3O4 y (c) NT-
Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
515 Microscopiacutea Electroacutenica de Barrido y Transmisioacuten
La estructura tubular de estos materiales se siguioacute por medio de microscopiacutea
electroacutenica de barrido y transmisioacuten En relacioacuten a la morfologiacutea superficial se
puede observar en la Figura 18 que en ambos materiales muestran la forma tiacutepica
de materiales nanotubulares huecos lo cual ratifica los resultados en la forma de
los ciclos de histeacuteresis observados en la caracterizacioacuten por isotermas de
adsorcioacuten de N2 a -196degC (Figura 16) En relacioacuten a la modificacioacuten superficial del
material NT-Fe3O4 con GPTMS y PAMAM se mantiene la morfologiacutea del material
inorgaacutenico en acuerdo con la caracterizacioacuten por DRX
35
Figura 18 Imaacutegenes de SEM de los materiales (a) NT-Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-
PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Para poder determinar de forma directa los tamantildeos partiacutecula longitud y diaacutemetro
de NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM se ha realizado la caracterizacioacuten por TEM y
sus respectivas micrografiacuteas se muestran en la Figura 19 Al igual que en el caso
de SEM se observan nanoestructuras que muestran una morfologiacutea definida de
tipo tubular con una cavidad regular abierta en sus extremos
A traveacutes del conteo de los nanotubos y la medicioacuten directa de sus tamantildeos se han
determinado las curvas de distribucioacuten para el largo y diaacutemetro externo de los
nanotubos tal como se muestra en la Figura 19 Los valores promedio del largo
fueron del orden de 280 y 286 nm y los diaacutemetros externos fueron 151 y 159 nm
para NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM respectivamente Al comparar las imaacutegenes y
sus correspondientes dimensiones obtenidas se puede observar que la
morfologiacutea del material no se ve afectada al modificar la superficie del NT-Fe3O4
durante el proceso de conjugacioacuten con el dendriacutemero PAMAM
(b) (a)
36
Figura 19 Micrografiacuteas de TEM de NT-Fe3O4 (a b) NT-Fe3O4-PAMAM (e f) y las
curvas de distribucioacuten del largo (c g) y diaacutemetro externo (d h) para ambos NT-
Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM respectivamente Fuente Elaboracioacuten propia
(a) (b)
(h) (g)
(f) (e)
(d) (c)
37
516 Propiedades magneacuteticas
Las propiedades magneacuteticas de NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM fueron estudiadas
por medio de un anaacutelisis VSM y las curvas de magnetizacioacuten se muestran en la
Figura 20 dando como resultado para ambos materiales la propiedad
ferrimagneacutetica Aquello se debe a que la foacutermula de la magnetita Fe3O4 puede
escribirse en la forma Fe3+[Fe2+Fe3+]O4 seguacuten la foacutermula general AB2O4 de tipo
espinela inversa Donde la mitad de los cationes Fe3+ ocupan sitios tetraeacutedricos
mientras que la otra mitad de Fe3+ y los cationes Fe2+ ocupan los sitios
octaeacutedricos Los cationes de Fe3+ se distribuyen por tanto en dos posiciones
diferentes en la estructura pero con direcciones opuestas de espiacuten magneacutetico por
lo tanto los momentos magneacuteticos de los cationes Fe3+ se anulan entre siacute
mientras que los momentos magneacuteticos de los cationes Fe2+ que posee espiacuten de
menor magnitud comparado con Fe3+ son los responsables del momento
magneacutetico neto en la magnetita [27 77 90] De la graacutefica de la Figura 20 se
observa que el ciclo de magnetizacioacuten muestra un ciclo de histeacuteresis de similares
caracteriacutesticas Este resultado permite suponer que la modificacioacuten con el agente
de acople GPTMS y posterior anclaje de PAMAM no perturboacute las propiedades
magneacuteticas del soporte durante la siacutentesis De la Figura 20 se pueden extraer el
valor de la magnetizacioacuten remanente (Mr) y coercitividad (Hc) en ausencia del
campo aplicado y el valor de magnetizacioacuten de saturacioacuten (Ms) los cuales se
resumen en la Tabla 4
Tabla 4 Resumen de paraacutemetros magneacuteticos para los materiales preparados a
17degC Fuente Elaboracioacuten propia
Material Ms
(emug)
Mr
(emug)
Hc
(Oe)
Fe3O4 bulk 92 - lt 100
NT-Fe3O4 67 16 249
NT-Fe3O4-PAMAM 58 10 240
38
Los valores de Ms que se encuentran en los materiales nanoestructurados son
generalmente maacutes pequentildeos que la magnetita bulk lo cual puede ser atribuido al
aumento de efectos superficiales y a la presencia de dendriacutemero PAMAM A su
vez se han reportado valores experimentales para Ms en nanopartiacuteculas de
magnetita que abarcan entre 30-50 emug inferior al valor del mineral magnetita
90 emug [39 91-93] Por el contrario los valores de Hc encontrados para ambas
nanoestructuras son mayores al ser comparado con la magnetita bulk debido a la
disminucioacuten del tamantildeo de partiacutecula
39
Figura 20 Curva de magnetizacioacuten obtenida para NT-Fe3O4 (a b) y NT-Fe3O4-
PAMAM (c d) utilizando un magnetoacutemetro de muestra vibrante (VSM) a 17degC
Fuente Elaboracioacuten propia
(a) (b)
(c) (d)
40
52 Estudios de la adsorcioacuten de Faacutermacos en Nanotubo Fe3O4 y en
nanotransportador hiacutebrido Fe3O4-PAMAM
521 Faacutermacos de intereacutes
Luego de la caracterizacioacuten de los materiales puro e hiacutebrido se procedioacute a realizar
en cada uno de ellos la adsorcioacuten de faacutermacos Esto con la finalidad de determinar
el tiempo y capacidad maacutexima de adsorcioacuten mediante estudios de cineacutetica de
adsorcioacuten
En esta investigacioacuten se ha decidioacute emplear dos clases de faacutermacos poco solubles
para estudiar la capacidad de adsorcioacuten de los nanotransportadores sintetizados
El piroxicam (PRX M 331348 gmol) es una clase de faacutermaco antiinflamatorio no
esteroidal perteneciente al grupo oxicam [94 95] como se observa en la Figura
21 (a) posee un grupo enoacutelico (pKa 18) y un grupo piridiacutenico (pKa 63) [96 97]
presenta propiedades analgeacutesicas antipireacuteticas a su vez alivia dolores para la
artritis reumatoide la artrosis y los siacutentomas de la dismenorrea [59]
(a) (b)
Figura 21 Estructuras de los faacutermacos de intereacutes (a) Piroxicam y (b) Silibinina
Fuente Elaboracioacuten propia
41
No obstante PRX provoca efectos secundarios principalmente uacutelceras gaacutestricas
ademaacutes es praacutecticamente insoluble en agua [98 99] Para reducir estos efectos
existen investigaciones que tienen relacioacuten con el transporte y liberacioacuten de
faacutermacos que pueden cargar eficazmente el faacutermaco para apuntar hacia el sitio de
accioacuten aumentando la eficacia terapeacuteutica y reducir al miacutenimo los efectos
secundarios donde sistemas de microesferas de albuacutemina de suero bovino han
sido utilizadas para la liberacioacuten piroxicam [100]
El otro faacutermaco de intereacutes estudiado es la silibinina (SIL M 48244 gmol) que es
un flavonoide polifenoacutelico natural que se aiacutesla de la planta de cardo de leche
Silybum marianum Posee cinco grupos hidroxilos un grupo carbonilo y tres
grupos fenilos tal como se muestra en la Figura 21 (b) Esta moleacutecula tiene varios
grupos ionizables con sus respectivos pKa1 70 pKa2 877 pKa3 957 pKa4
1166 [101] y ha sido ampliamente utilizada por sus efectos hepatoprotectores
Sin embargo la eficacia de silibinina como faacutermaco estaacute muy limitada debido a su
escasa solubilidad en agua y una baja biodisponibilidad despueacutes de su
administracioacuten oral A fin de superar los defectos de la silibinina libre muchos
enfoques se han adoptado como son los sistemas de entrega liposomal de
transporte lipiacutedicos nanoestructurados de complejo silibinina-fosfoliacutepido y
nanosuspensiones [102]
Es importante notar que los estudios de la cineacutetica de adsorcioacuten son
determinantes en teacuterminos de conocer coacutemo variacutea la concentracioacuten de faacutermaco
adsorbida en funcioacuten del tiempo para una proporcioacuten faacutermacoadsorbente dada La
cineacutetica de adsorcioacuten permite conocer el tiempo en que se realiza el proceso de
adsorcioacuten y ha de practicarse antes de la determinacioacuten de una isoterma de
adsorcioacuten Puesto que se trabaja con disolucioacuten se debe en cuenta los factores
que influyen en el proceso ya que el tiempo necesario para alcanzar el equilibrio
estaacute en funcioacuten de las caracteriacutesticas del adsorbente y del adsorbato de la
quiacutemica de la disolucioacuten de la temperatura y del pH La data de la cineacutetica de
adsorcioacuten de los faacutermacos en los nanotransportadores se ajustoacute a los modelos
42
cineacuteticos de pseudo-primer orden pseudo-segundo orden y cineacuteticas que
involucran quimisorcioacuten [103-106] para ambos nanotransportadores en presencia
de los faacutermacos PRX y SIL
De forma general se puede decir que el modelo de pseudo-primer orden o modelo
de Lagergren se basa en la suposicioacuten de que cada moleacutecula de adsorbato se
adsorbe en un sitio del adsorbente lo cual en teacuterminos de cineacutetica de reaccioacuten se
expresa como
(1)
y la forma integrada de esta ecuacioacuten queda definida como
(2)
donde la qe y qt (mgfarmgads) son la cantidad maacutexima de faacutermaco adsorbida una
vez alcanzado el equilibrio (trarr) y la cantidad de faacutermaco adsorbida al tiempo t
respectivamente y k1 (h-1) es la constante cineacutetica de pseudo-primer orden
Para el caso del modelo de pseudo-segundo orden o modelo de Ho desarrollado
por Ho y McKay [107] supone que el adsorbato se adsorbe en dos sitios activos
del adsorbente En este caso la ecuacioacuten de la cineacutetica de adsorcioacuten se expresa
como
(3)
y la forma integrada de esta ecuacioacuten queda definida como
(4)
43
donde k2 (gadsmgfarmmiddoth) es la constante cineacutetica de adsorcioacuten de pseudo-segundo
orden Es importante mencionar que ambos modelos cineacuteticos se basan en la
homogeneidad de la superficie del adsorbente y donde soacutelo se considera la
cantidad de sitios involucrados en el proceso Esto se puede interpretar en
teacuterminos cineacuteticos en que la energiacutea de activacioacuten asociada a la adsorcioacuten del
faacutermaco en la superficie es constante y uacutenica en todos los sitios del adsorbente
No obstante cuando la superficie es heterogeacutenea en los sitios de adsorcioacuten se
observa que los modelos propuestos pueden perder validez En estos casos se
prefiere emplear el modelo de Elovich de aplicacioacuten general en procesos de
quimisorcioacuten el cual supone que los sitios activos del adsorbente son
heterogeacuteneos y por ello exhiben diferentes energiacuteas de activacioacuten basaacutendose en
un mecanismo de reaccioacuten de segundo orden para un proceso de reaccioacuten
heterogeacutenea Este modelo ha mostrado resultados satisfactorios en la
identificacioacuten del mecanismo controlante en procesos de adsorcioacuten de un soluto
en fase liacutequida a partir de un soacutelido adsorbente [106 108] y queda descrito
matemaacuteticamente como
(5)
y la forma integrada de esta ecuacioacuten queda definida como
(5)
donde α (mgfarmgadsmiddoth) es la constante de velocidad inicial de adsorcioacuten y β estaacute
relacionado con la superficie cubierta y la energiacutea de activacioacuten por
quimiadsorcioacuten (mgfarmgads) denominada constante de velocidad de desorcioacuten
Finalmente debe considerarse tambieacuten alguna hipoacutetesis sobre el mecanismo de
difusioacuten de los faacutermacos al interior de la estructura de los nanotransportadores Un
modelo aceptado en la literatura es el de difusioacuten intraparticular en el interior de
44
los poros de la partiacutecula de adsorbente el que se basa en el transporte de soluto a
traveacutes de la estructura interna de los poros de adsorbente y la difusioacuten
propiamente dicha en el soacutelido lo que conlleva a asumir que el adsorbente posee
una estructura porosa homogeacutenea Weber y Morris (1963) concluyeron que en un
proceso controlado por la adsorcioacuten en los poros la velocidad inicial es
directamente proporcional a la concentracioacuten del soluto La difusioacuten intraparticular
se caracteriza por la dependencia entre la adsorcioacuten especiacutefica y la raiacutez cuadrada
del tiempo siendo la pendiente la velocidad de difusioacuten intraparticular
Con base en lo anterior la ecuacioacuten que define la difusioacuten intraparticular viene
dada por
(5)
Donde ki (mgfarmgadsmiddoth 12) es la constante de velocidad de difusioacuten intraparticular y
Ci entrega informacioacuten sobre el grosor de la capa de adsorbato [105] Esta
ecuacioacuten ha sido utilizada por diferentes investigadores para determinar si la
difusioacuten intraparticular es la etapa controlante de la dinaacutemica de adsorcioacuten de
especies ioacutenicas [109 110]
522 Adsorcioacuten de PRX
Las cineacuteticas de adsorcioacuten de ambos nanotransportadores para PRX se muestran
en la Figura 22 Para ellos se realizaron ajustes no lineales de la data
experimental y los valores obtenidos los cuales se reportan en la Tabla 5 Los
faacutermacos son moleacuteculas capaces de establecer interacciones supramoleculares
con nanomateriales las que dependeraacuten de los grupos funcionales que posean
del solvente en el cual se encuentran disueltos y el pH del medio Las
interacciones supramoleculares maacutes frecuentes son las electrostaacuteticas enlaces de
hidroacutegeno van der Waals e hidrofoacutebicas [111 112]
45
En el caso de lo nanotransportadores empleados en este estudio se observa que
ambos materiales adsorben PRX y los datos experimentales se ajustan a una
cineacutetica de pseudo-primer orden Se ha elegido este modelo pues las funciones
estadiacutesticas de coeficiente de correlacioacuten (R2) y el test de chi-cuadrado (χ2) el cual
es una prueba de hipoacutetesis que compara la distribucioacuten observada de los datos
con una distribucioacuten esperada de los datos Ambos caacutelculos se realizaron
mediante empleando el software Origin Pro 80 mediante la funcioacuten de anaacutelisis no
lineal donde se ajustaron los tres modelos estudiados
Figura 22 Cineacutetica y ajustes de modelos cineacuteticos de adsorcioacuten para PRX en los
nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Figura 23 Esquema propuesto para la adsorcioacuten de PRX en los sistemas
sintetizados (A) Fe3O4-NT y (B) Fe3O4-NT-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Sistema aislado Sistema en disolucioacuten
Sistema aislado Sistema en disolucioacuten
46
Tabla 5 Modelos cineacuteticos para la adsorcioacuten de PRX en los adsorbentes NT-
Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
qe exp (mgPRXgads) 391 487
Pseudo primer-orden (Modelo de Lagergren)
qe (mgPRXgads) 413 488
k1 (h-1) 0038 0079
R2 09964 09911
χ2 0817 287
Pseudo segundo-orden (Modelo de Ho)
qe (mgPRXgads) 539 566
k2 (gAdsmgPRXmiddoth) 649x10-4 168x10-3
R2 09921 09935
χ2 179 210
Quimisoricioacuten (Modelo de Elovich)
α (mgPRXgadsmiddoth) 595 1629
β (mgPRXg) 0100 0097
R2 09501 09613
χ2 1030 1085
Cabe mencionar que de acuerdo a los reportes Rozou y col [96] el faacutermaco PRX
al pH de adsorcioacuten se encuentra en su forma zwitterioacutenica El Fe3O4 es un material
inorgaacutenico que muestra un pI de 68 [113] A las condiciones de adsorcioacuten
estudiadas el pH del agua fue de 60 luego la superficie del NT-Fe3O4 se
encuentra cargada de forma positiva esperaacutendose que la interaccioacuten del faacutermaco
con el adsorbente sea mediada por interacciones electroestaacuteticas tal como se
muestra en el esquema de la Figura 23
Con la incorporacioacuten del PAMAM a la fase inorgaacutenica se observa un incremento
de un 25 en la capacidad de adsorcioacuten de PRX Esto se puede interpretar en
47
teacuterminos moleculares haciendo la aproximacioacuten de los moles disponibles de
PAMAM en funcioacuten de la cantidad adsorbida en comparacioacuten a NT-Fe3O4 sin
modificar Desde la Tabla 2 se sabe que hay una cantidad de 243 micromol de
PAMAM por gramo de adsorbente debido a que el incremento en la adsorcioacuten
fueron 96 mg de PRX (o 290 micromol de PRX) se puede asumir una estequiometriacutea
PRXPAMAM = 119 De acuerdo a reportes previos publicados por nuestro grupo
de investigacioacuten se sabe que PRX a pH 70 se adsorbe efectivamente en la
estructura PAMAM alcanzando una estequiometriacutea PRXPAMAM = 23 [59] En
este caso pH 60 no hay cambios significativos en la estructura del faacutermaco ni
en la del dendriacutemero por lo que deberiacutea haberse esperado un incremento
significativo de la adsorcioacuten de PRX en relacioacuten al nanotransportador NT-Fe3O4
Sin embargo este efecto no fue observado en el nanotubo hiacutebrido funcionalizado
con PAMAM Con estos resultados se puede asumir que la afinidad del PRX
mucho mayor por la adsorcioacuten en el material inorgaacutenico que por la adsorcioacuten en
los bolsillos de la cavidades internas del PAMAM
En relacioacuten a los resultados cineacuteticos se observa un aumento en la pseudo-
constante cineacutetica de adsorcioacuten siendo k1(NT-Fe3O4) lt k1(NT-Fe3O4-PAMAM) Para poder
interpretar el fenoacutemeno en forma mecaniacutestica la data experimental se ha ajustado
al modelo de difusioacuten intrapartiacutecula de Weber-Morris el que se muestra en la
Figura 24 En esta figura se puede observar tres segmentos lineales lo cual indica
que el proceso de adsorcioacuten de PRX en los nanotubos procede en tres etapas
para ambos sistemas Una situacioacuten similar ha sido observada en el caso de la
cineacutetica de adsorcioacuten de cefalosporina en micropartiacuteculas polimeacutericas por Cigu y
colaboradores quienes han descritos las diferentes etapas de la siguiente
forma[105]
a) Adsorcioacuten del adsorbato en la superficie del adsorbente
b) Difusioacuten intrapartiacutecula desde la zona externa a la superficie del adsorbente
c) Equilibrio de adsorcioacuten donde quedan muy pocos sitios disponibles para la
adsorcioacuten
48
Figura 24 Graacutefico de adsorcioacuten de PRX en los nanotransportadores sintetizados
considerando un modelo de difusioacuten intrapartiacutecula en tres etapas Fuente
Elaboracioacuten propia
Ambos sistemas muestran el mismo perfil de difusioacuten intrapartiacutecula y los valores
de las constantes de velocidad para las etapas (a) y (b) presentan valores
relativamente bajos aunque difieren levemente tal como se resume en la Tabla 6
En el caso de NT-Fe3O4 se observa que la etapa limitante corresponde a la
adsorcioacuten de PRX en la superficie del nanomaterial a diferencia de NT-Fe3O4-
PAMAM donde se observa que la etapa limitante es la difusioacuten intrapartiacutecula Esta
diferencia se puede explicar debido a que PAMAM posee grupos ndashNH2
superficiales que al pH de adsorcioacuten estaacuten protonados (ver Figura 23) lo que
incrementa la carga eleacutectrica superficial del nanotransportador este hecho podriacutea
provocar un aumento en la velocidad inicial de adsorcioacuten de PRX si los efectos
electroestaacuteticos gobiernan la velocidad de reaccioacuten en esta etapa considerando
que el PRX presenta una estructura dipolar a pH 60 Sin embargo en la etapa
subsiguiente caracterizada por la adsorcioacuten gradual de PRX las moleacuteculas de
PAMAM unidas covalentes a la superficie de NT-Fe3O4 dificultan el proceso de
difusioacuten intrapartiacutecula provocando una caiacuteda en la constante k(b)
49
Tabla 6 Modelo de difusioacuten intra-partiacutecula para la adsorcioacuten de PRX en los
adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM considerando dos etapas
determinantes en la adsorcioacuten del faacutermaco y una tercera de equilibrio Fuente
Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
Modelo de difusioacuten intrapartiacutecula (Modelo de Weber-Morris)
k(a) (mgPRXgadsh12) 311 766
R(a)2 09879 09903
k(b) (mgPRXgadsh12) 683 409
R(b)2 09872 09944
523 Adsorcioacuten de SIL
En la Figura 25 se muestran las graacuteficas cineacuteticas para la adsorcioacuten de SIL en los
dos nanotransportadores sintetizados Las consideraciones de ajuste de los
modelos cineacuteticos se hicieron de la misma forma que para los estudios realizados
con PRX y los valores obtenidos se resumen en la Tabla 7
Figura 25 Cineacutetica y ajustes de modelos cineacuteticos de adsorcioacuten para SIL en los
nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
50
El comportamiento de los sistemas frente a la adsorcioacuten de SIL muestra la misma
tendencia que la observada en el caso de PRX Ambos nanomateriales adsorben
SIL y la capacidad maacutexima se ve incrementada por la presencia de PAMAM Sin
embargo en este caso ambos sistemas nanotransportadores presentan una gran
afinidad por el faacutermaco obtenieacutendose cargas maacuteximas superiores a 650 mg de
SIL por gramo de nanomaterial valores muy superiores a los obtenidos en el caso
de PRX
El faacutermaco SIL se encuentra como moleacutecula neutra al pH de adsorcioacuten (pKa1 70
pKa2 877 pKa3 957 pKa4 1166) Para la adsorcioacuten en NT-Fe3O4 se espera
que las fuerzas que estaacuten predominando en la adsorcioacuten del faacutermaco sean del tipo
Van der Waals y enlace de hidroacutegeno entre los grupos funcionales de SIL y los
grupos hidroxilos de la NT-Fe3O4 Por otro lado las contribuciones hidrofoacutebicas
tambieacuten deberiacutean jugar un rol importante en la adsorcioacuten del faacutermaco en estos
nanomateriales especialmente en el sistema hiacutebrido NT-Fe3O4-PAMAM En el
caso del PAMAM estudios recientes realizados en nuestro grupo de investigacioacuten
han mostrado la gran afinidad que presenta el dendriacutemero por SIL y
experimentos NOESY han demostrado la adsorcioacuten de las moleacuteculas de SIL en las
cavidades internas del PAMAM
Asiacute para el material NT-Fe3O4-PAMAM se observa un incremento significativo de
la adsorcioacuten en relacioacuten al material inorgaacutenico En este caso el faacutermaco SIL
interacciona no solo con NT-Fe3O4 sino que tambieacuten con el dendriacutemero presente
Si se hace el caacutelculo entre la cantidad adsorbida de SIL en presencia de PAMAM
(1504 mg o 3117 micromol por gramo de adsorbente respectivamente) se obtiene
una relacioacuten molar de SILPAMAM = 128 Considerando esta evidencia puede
suponerse que el faacutermaco en el adsorbente NT-Fe3O4-PAMAM no soacutelo se adsorbe
en la superficie del oacutexido inorgaacutenico sino que tambieacuten se estaacute adsorbiendo en las
cavidades del PAMAM con estequiometriacuteas similares a las observadas para otros
faacutermacos insolubles previamente estudiados por nuestro grupo [51 59]
51
Tabla 7 Modelos cineacuteticos para la adsorcioacuten de SIL en los adsorbentes NT-Fe3O4
y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
qe exp (mgSILgads) 6750 8254
Pseudo primer-orden (Modelo de Lagergren)
qe (mgSILgads) 6853 8837
k1 (h-1) 0052 0062
R2 09975 09956
χ2 1656 4415
Pseudo segundo-orden (Modelo de Ho)
qe (mgSILgads) 8706 10233
k2 (gAdsmgSILmiddoth) 673x10-5 535x10-5
R2 09936 09954
χ2 4209 4576
Quimisorcioacuten (Modelo de Elovich)
α (mgSILgadsmiddoth) 1319 1956
β (mgSILg) 569x10-3 548x10-3
R2 09695 09510
χ2 18184 45945
En relacioacuten a los modelos de adsorcioacuten se observa que ambos sistemas se
ajustan mejor a cineacuteticas de pseudo-primer orden con respecto a la adsorcioacuten de
SIL con coeficientes de correlacioacuten y test de chi-cuadrado confiables para el
modelo Las constantes pseudo primer-orden son similares para ambos sistemas
k1(NT-Fe3O4) ~ k1(NT-Fe3O4-PAMAM) y del mismo orden de magnitud que las
determinadas en el caso de la adsorcioacuten de PRX En la Figura 25 se observa que
el maacuteximo de adsorcioacuten de SIL se alcanza a tiempos superiores a 50 horas para
ambos adsorbentes
52
Para entender de manera maacutes acabada la forma en que operan los fenoacutemenos
cineacuteticos de adsorcioacuten se ha realizado el ajuste de Weber-Morris para el modelo
de difusioacuten de intrapartiacutecula el que se muestra en la Figura 26 el cual nuevamente
revela un proceso de adsorcioacuten en tres etapas y los valores de las constantes de
velocidad para las etapas (a) y (b) presentan valores relativamente altos como se
resume en la Tabla 8
Figura 26 Graacutefico de adsorcioacuten de SIL en los nanotransportadores sintetizados
considerando un modelo de difusioacuten intrapartiacutecula en tres etapas Fuente
Elaboracioacuten propia
Considerando que a pH 60 el NT- Fe3O4 se encuentra en su forma protonada SIL
para adsorberse en la superficie del material deberaacute desplazar ese equilibrio para
ocupar un sitio de la superficie tal como se muestra en el siguiente esquema
Fe-OH + H2O [Fe-O-H-OH2]+
[Fe-O-H-OH2]+ + SIL [Fe-O-H-O-SIL] + H2O
Este equilibrio es el que determina la cineacutetica del proceso de adsorcioacuten en el caso
del adsorbente NT-Fe3O4 En el caso del nanotransportador hiacutebrido tambieacuten se
53
observa que la etapa de adsorcioacuten es la limitante de la velocidad del proceso
Comparando ambos sistemas se detecta que k(a)(NT-Fe3O4) ~ k(a)(NT-Fe3O4-PAMAM)
Esta diferencia se puede atribuir a la presencia del dendriacutemero PAMAM en el caso
del nanotransportador hiacutebrido En teacuterminos de naturaleza superficial se espera
que la asociacioacuten SIL-PAMAM incremente la velocidad del proceso con respecto al
nanotransportador inorgaacutenico
Tabla 8 Modelo de difusioacuten intra-partiacutecula para la adsorcioacuten de SIL en los
adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM considerando dos etapas
determinantes en la adsorcioacuten del faacutermaco y una tercera de equilibrio Fuente
Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
Modelo de difusioacuten intrapartiacutecula (Modelo de Weber-Morris)
k(a) (mgSILgadsh12) 577 885
R(a)2 09881 09935
k(b) (mgSILgadsh12) 1059 1135
R(b)2 09803 09828
54
6 CONCLUSIONES Y PERSPECTIVAS
Se logroacute sintetizar los nanotubos de magnetita NT-Fe3O4 obtenidos por la
reduccioacuten de los nanotubos de hematita α-Fe2O3 sintetizados a partir de
tratamiento hidrotermal Se verificoacute la estructura de la magnetita su forma tubular
y propiedades magneacuteticas a traveacutes de las teacutecnicas de caracterizacioacuten difraccioacuten de
rayos X microscopiacutea electroacutenica de transmisioacuten y medidas de susceptibilidad
magneacutetica respectivamente
El nanotubo inorgaacutenico obtenido sirvioacute de soporte para la conjugacioacuten de
dendriacutemero de poli-(amidoamina) de tercera generacioacuten el cual se logroacute inmovilizar
en la superficie de NT-Fe3O4 con un contenido del 16 en masa respecto del
material hiacutebrido El proceso de inmovilizacioacuten no perturboacute las propiedades del
soporte inorgaacutenico en relacioacuten a las propiedades magneacuteticas cristalinas o de
tamantildeo y forma
Los materiales obtenidos fueron capaces de actuar como adsorbentes de los
faacutermacos piroxicam y silibinina siendo eacuteste uacuteltimo quien mostroacute incrementar la
capacidad de adsorcioacuten en presencia de PAMAM Para ambos sistemas y
faacutermacos se determinaron las curvas cineacuteticas de adsorcioacuten donde se logroacute
determinar que independiente del faacutermaco ambos nanotransportadores muestran
ajustarse a cineacuteticas de pseudo-primer orden Finalmente la presencia de PAMAM
no soacutelo potencia la capacidad de adsorcioacuten en los faacutermacos testeados sino que
tambieacuten acelera la etapa de adsorcioacuten superficial con respecto a la determinada
para el adsorbente NT-Fe3O4 por medio del modelo de difusioacuten de Weber-Morris
Para el faacutermaco piroxicam se observoacute que la adsorcioacuten fue mediada
principalmente por interacciones del tipo electroestaacuteticas entre la forma
zwitterioacutenica de piroxicam y la superficie de los nanotransportadores La etapa
limitante de la cineacutetica adsorcioacuten para el caso de NT-Fe3O4 fue la adsorcioacuten
55
superficial y en el caso de NT-Fe3O4-PAMAM fue la etapa de difusioacuten
intrapartiacutecula
Finalmente para el faacutermaco silibinina se observoacute que la adsorcioacuten fue mediada
por las fuerzas de tipo Van der Waals y enlace de hidroacutegeno entre los grupos
funcionales de SIL y los grupos hidroxilos de NT-Fe3O4 Por otro lado las
contribuciones hidrofoacutebicas tambieacuten juegan un rol importante en la adsorcioacuten del
faacutermaco en estos nanomateriales especialmente en el sistema hiacutebrido NT-Fe3O4-
PAMAM Por uacuteltimo se determinoacute que la capacidad de adsorcioacuten se vio
directamente mejorada por la asociacioacuten PAMAM-SIL la que alcanzoacute una relacioacuten
molar SILPAMAM = 12 En ambos casos se observoacute que la etapa limitante de la
cineacutetica de adsorcioacuten fue la adsorcioacuten superficial de SIL en los adsorbentes
56
REFERENCIAS
[1] AZ Wilczewska K Niemirowicz KH Markiewicz H Car Pharmacological
Reports 64 (2012) 1020-1037
[2] S Parveen R Misra SK Sahoo Nanomedicine Nanotechnology Biology
and Medicine 8 (2012) 147-166
[3] V Grazu M Moros C Saacutenchez-Espinel MdlF Jesus V Grazu Frontiers
of Nanoscience Elsevier 2012 pp 337-440
[4] F Danhier O Feron V Preacuteat Journal of Controlled Release 148 (2010)
135-146
[5] A Wicki D Witzigmann V Balasubramanian J Huwyler Journal of
Controlled Release 200 (2015) 138-157
[6] JH Lee Y Yeo Chemical Engineering Science 125 (2015) 75-84
[7] S Manchun CR Dass P Sriamornsak Life Sciences 90 (2012
) 381-387
[8] JHE Arts M Hadi AM Keene R Kreiling D Lyon M Maier K Michel
T Petry UG Sauer D Warheit K Wiench R Landsiedel Regulatory Toxicology
and Pharmacology 70 (2014) 492-506
[9] KA Pramod CP Sunny Nanobiomaterials Handbook CRC Press 2011
pp 1-24
[10] A Khorsand S Jamehbozorgi R Ghiasi M Rezvani Physica E Low-
dimensional Systems and Nanostructures 72 (2015) 120-127
[11] V Loacutepez-Daacutevila AM Seifalian M Loizidou Current Opinion in
Pharmacology 12 (2012 ) 414-419
[12] P-C Lee C-L Peng M-J Shieh Journal of Controlled Release 225
(2016) 140-151
[13] CC Torres CH Campos C Diaacutez VA Jimeacutenez F Vidal L Guzmaacuten JB
Alderete Materials Science and Engineering C 65 (2016) 164-171
[14] CH Campos CF Diacuteaz JL Guzmaacuten JB Alderete CC Torres VA
Jimeacutenez Macromolecular Chemistry and Physics 217 (2016) 1712-1722
[15] D Chang Y Gao L Wang G Liu Y Chen T Wang W Tao L Mei L
57
Huang X Zeng Journal of Colloid and Interface Science 463 (2016) 279-287
[16] J Zaloga M Poumlttler G Leitinger RP Friedrich G Almer S Lyer E
Baum R Tietze R Heimke-Brinck H Mangge F Dorje G Lee C Alexiou
European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics 101 (2016) 152-162
[17] RS Dhanikula P Hildgen Bioconjugate Chemistry 17 (2006) 29-41
[18] A Kesavan P Ilaiyaraja W Sofi Beaula V Veena Kumari J Sugin Lal C
Arunkumar G Anjana S Srinivas A Ramesh SK Rayala D Ponraju G
Venkatraman European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics 96
(2015) 255-263
[19] S Biswas P Kumari PM Lakhani B Ghosh European Journal of
Pharmaceutical Sciences 83 (2016) 184-202
[20] ML Tebaldi RM Belardi SR Montoro Design and Applications of
Nanostructured Polymer Blends and Nanocomposite Systems William Andrew
Publishing Boston 2016 pp 171-186
[21] D Bansal A Gulbake J Tiwari SK Jain International Journal of
Biological Macromolecules 82 (2016) 687-695
[22] AS Timin EV Balantseva SY Khashirova EV Rumyantsev TY
Osadchaya Colloids and Surfaces A Physicochemical and Engineering Aspects
477 (2015) 26-34
[23] J Gautier E Allard-Vannier E Munnier M Souceacute I Chourpa Journal of
Controlled Release 169 (2013) 48-61
[24] SL Leung Z Zha C Cohn Z Dai X Wu Colloids and Surfaces B
Biointerfaces 121 (2014) 141-149
[25] Y Liu Y Ng MR Toh GNC Chiu Journal of Controlled Release 220
Part A (2015) 438-446
[26] G Xu L Li Z Shen Z Tao Y Zhang H Tian X Wei G Shen G Han
Journal of Alloys and Compounds 629 (2015) 36-42
[27] MF Horst V Lassalle ML Ferreira Frontiers of Environmental Science amp
Engineering 9 (2015) 746-769
[28] TJ Bastow A Trinchi MR Hill R Harris TH Muster Journal of
Magnetism and Magnetic Materials 321 (2009) 2677-2681
58
[29] S Bagheri D Ramimoghadam A TermehYousefi SB Abd Hamid
International Journal of Hydrogen Energy 40 (2015) 16178-16183
[30] G Kandasamy D Maity International Journal of Pharmaceutics 496 (2015)
191-218
[31] DS Keerthana K Namratha K Byrappa HS Yathirajan Journal of
Magnetism and Magnetic Materials 378 (2015) 551-557
[32] M Darroudi M Hakimi E Goodarzi R Kazemi Oskuee Ceramics
International 40 (2014) 14641-14645
[33] G Sharma P Jeevanandam RSC Advances 3 (2013) 189-200
[34] C-J Jia L-D Sun F Luo X-D Han LJ Heyderman Z-G Yan C-H
Yan K Zheng Z Zhang M Takano N Hayashi M Eltschka M Klaumlui U
Ruumldiger T Kasama L Cervera-Gontard RE Dunin-Borkowski G Tzvetkov J
Raabe Journal of the American Chemical Society 130 (2008) 16968-16977
[35] N Mizutani T Iwasaki S Watano T Yanagida T Kawai Current Applied
Physics 10 (2010) 801-806
[36] C-J Jia L-D Sun Z-G Yan L-P You F Luo X-D Han Y-C Pang Z
Zhang C-H Yan Angewandte Chemie 117 (2005) 4402-4407
[37] Z-G Yue W Wei Z-X You Q-Z Yang H Yue Z-G Su G-H Ma
Advanced Functional Materials 21 (2011) 3446-3453
[38] SJ Son X Bai SB Lee Drug Discovery Today 12 (2007) 650-656
[39] SJ Son J Reichel B He M Schuchman SB Lee Journal of the
American Chemical Society 127 (2005) 7316-7317
[40] GT Hermanson Bioconjugate Techniques (Third edition) Academic Press
Boston 2013 pp 535-548
[41] S Mallakpour M Madani Progress in Organic Coatings 86 (2015) 194-207
[42] P Yu J He L Yang M Pu X Guo Journal of Catalysis 260 (2008) 81-85
[43] X Zheng T Wang H Jiang Y Li T Jiang J Zhang S Wang Asian
Journal of Pharmaceutical Sciences 8 (2013) 278-286
[44] L Tan J Liu W Zhou J Wei Z Peng Materials Science and Engineering
C 45 (2014) 524-529
[45] ER Gillies JMJ Freacutechet Journal of the American Chemical Society 124
59
(2002) 14137-14146
[46] S Khoee K Hemati Polymer 54 (2013) 5574-5585
[47] U Gupta O Perumal SGKTL Deng Natural and Synthetic Biomedical
Polymers Elsevier Oxford 2014 pp 243-257
[48] U Boas PMH Heegaard Chemical Society Reviews 33 (2004) 43-63
[49] U Gupta HB Agashe A Asthana NK Jain Biomacromolecules 7 (2006)
649-658
[50] A Shakhbazau I Isayenka N Kartel N Goncharova I Seviaryn S
Kosmacheva M Potapnev D Shcharbin M Bryszewska International Journal of
Pharmaceutics 383 (2010) 228-235
[51] PA Barra L Barraza VA Jimeacutenez JA Gaviacuten JB Alderete
Macromolecular Chemistry and Physics 215 (2014) 372-383
[52] PM Patel R Patel D Wadia RM Patel Asian Journal of Pharmaceutical
Sciences 10 (2015) 306-313
[53] L Mei Z Zhang L Zhao L Huang X-L Yang J Tang S-S Feng
Advanced Drug Delivery Reviews 65 (2013) 880-890
[54] Sn Svenson DA Tomalia Advanced Drug Delivery Reviews 57 (2005)
2106-2129
[55] L Porcar Y Liu R Verduzco K Hong PD Butler LJ Magid GS Smith
W-R Chen The Journal of Physical Chemistry B 112 (2008) 14772-14778
[56] E Markatou V Gionis GD Chryssikos S Hatziantoniou A
Georgopoulos C Demetzos International Journal of Pharmaceutics 339 (2007)
231-236
[57] K Borowska S Wołowieca A Rubaj K Głowniakc E Sieniawska S
Radej International Journal of Pharmaceutics 426 (2012) 280-283
[58] S Kavyani S Amjad-Iranagh H Modarress The Journal of Physical
Chemistry B 118 (2014) 3257-3266
[59] PA Barra L Barraza VA Jimeacutenez JA Gaviacuten JB Alderete Structural
Chemistry 25 (2014) 1443-1455
[60] C Kojima K Kono K Maruyama T Takagishi Bioconjugate Chemistry 11
(2000) 910-917
60
[61] AK Patri JF Kukowska-Latallo JR Baker Jr Advanced Drug Delivery
Reviews 57 (2005) 2203-2214
[62] D Luong P Kesharwani R Deshmukh MCI Mohd Amin U Gupta K
Greish AK Iyer Acta Biomaterialia 43 (2016) 14-29
[63] X Xu J Li S Han C Tao L Fang Y Sun J Zhu Z Liang F Li
European Journal of Pharmaceutical Sciences 88 (2016) 178-190
[64] P-C Lin S Lin PC Wang R Sridhar Biotechnology Advances 32 (2014)
711-726
[65] C Baudot CM Tan JC Kong Infrared Physics amp Technology 53 (2010)
434-438
[66] JB Hall MA Dobrovolskaia AK Patri SE McNeil Nanomedicine 2
(2007) 709-803
[67] DB Williams CB Carter Transmission Electron Microscopy A Textbook
for Materials Science Springer US Boston MA 2009 pp 3-22
[68] H Wang PK Chu S Bose Characterization of Biomaterials Academic
Press Oxford 2013 pp 105-174
[69] M Rudolph J Erler UA Peuker Colloids and Surfaces A
Physicochemical and Engineering Aspects 397 (2012) 16-23
[70] T Zhao W Luo Y Deng Y Luo P Xu Y Liu L Wang Y Ren W Jiang
Nano Energy 26 (2016) 16-25
[71] F Rouquerol J Rouqueron K Sing Adsorption by Powders and Porous
Solids Academic Press 1999
[72] M Naderi Progress in Filtration and Separation Academic Press Oxford
2015 pp 585-608
[73] J Rouquerol F Rouquerol P Llewellyn G Maurin KSW Sing
Adsorption by powders and porous solids principles methodology and
applications Academic press 2014
[74] CP Poole FJ Owens Introduccioacuten a la nanotecnologiacutea Editorial Reverte
2007
[75] JL Kirschvink DS Jones BJ MacFadden Magnetite Biomineralization
and Magnetoreception in Organisms A New Biomagnetism Springer US 2013
61
[76] TM El-Alaily MK El-Nimr SA Saafan MM Kamel TM Meaz ST
Assar Journal of Magnetism and Magnetic Materials 386 (2015) 25-30
[77] DJ Dunlop Ouml Oumlzdemir Treatise on Geophysics (Second Edition)
Elsevier Oxford 2015 pp 255-308
[78] A Savić D Čokeša S Lazarević B Jokić D Janaćković R Petrović LS
Živković Powder Technology 301 (2016) 511-519
[79] S Rajput CU Pittman Jr D Mohan Journal of Colloid and Interface
Science 468 (2016) 334-346
[80] M Kumari CU Pittman Jr D Mohan Journal of Colloid and Interface
Science 442 (2015) 120-132
[81] Y Mansourpanah Z Jafari Reactive and Functional Polymers 93 (2015)
178-189
[82] S Sundar R Mariappan S Piraman Powder Technology 266 (2014) 321-
328
[83] P Roonasi A Holmgren Applied Surface Science 255 (2009) 5891-5895
[84] J Safari Z Zarnegar Journal of Molecular Structure 1072 (2014) 53-60
[85] KL Pickering S Raa Khimi S Ilanko Composites Part A Applied Science
and Manufacturing 68 (2015) 377-386
[86] AK Ladavos AP Katsoulidis A Iosifidis KS Triantafyllidis TJ
Pinnavaia PJ Pomonis Microporous and Mesoporous Materials 151 (2012) 126-
133
[87] VMdS Rocha MdG Pereira LR Teles MOdG Souza Materials
Science and Engineering B 185 (2014) 13-20
[88] JZ Marinho RHO Montes AP de Moura E Longo JA Varela RAA
Munoz RC Lima Materials Research Bulletin 49 (2014) 572-576
[89] PM Huang Y Li ME Sumner Handbook of Soil Sciences Properties and
Processes Second Edition Taylor amp Francis 2011
[90] C Klein CS Hurlbut Manual de mineralogiacutea Reverte 1996
[91] Y-F Lin J-L Chen C-Y Xu T-W Chung Chemical Engineering Journal
250 (2014) 409-415
[92] AK Gupta M Gupta Biomaterials 26 (2005) 3995-4021
62
[93] C Sun JSH Lee M Zhang Advanced Drug Delivery Reviews 60 (2008)
1252-1265
[94] N Rai M Sarkar S Raha Pharmacological Reports 67 (2015) 1215-1223
[95] Z Lavrič J Pirnat J Lužnik U Puc Z Trontelj S Srčič Journal of
Pharmaceutical Sciences 104 (2015) 1909-1918
[96] S Rozou A Voulgari E Antoniadou-Vyza European Journal of
Pharmaceutical Sciences 21 (2004) 661-669
[97] H-S Gwak J-S Choi H-K Choi International Journal of Pharmaceutics
297 (2005) 156-161
[98] RP Aquino G Auriemma M dacuteAmore AM DacuteUrsi T Mencherini P Del
Gaudio Carbohydrate Polymers 89 (2012) 740-748
[99] IE Shohin JI Kulinich GV Ramenskaya B Abrahamsson S Kopp P
Langguth JE Polli VP Shah DW Groot DM Barends JB Dressman
Journal of Pharmaceutical Sciences 103 (2014) 367-377
[100] R Silva H Ferreira AC Carvalho AC Gomes A Cavaco-Paulo Colloids
and Surfaces B Biointerfaces 92 (2012) 277-285
[101] M Meloun D Burkoˇnovaacute T Syrovyacute A Vraacutena Analytica Chimica Acta 486
(2003) 125-141
[102] D Zheng Y Wang D Zhang Z Liu C Duan L Jia F Wang Y Liu G
Liu L Hao Q Zhang Cancer Letters 307 (2011) 158-164
[103] Q Wang R Liu X Shen L Zou D Wu Journal of Nanoscience and
Nanotechnology 14 (2014) 2871-2877
[104] N Caliskan AR Kul S Alkan EG Sogut I Alacabey Journal of
Hazardous Materials 193 (2011) 27-36
[105] TA Cigu S Vasiliu S Racovita C Lionte V Sunel M Popa C Cheptea
European Polymer Journal 82 (2016) 132-152
[106] M Oumlzacar İA Şengil Process Biochemistry 40 (2005) 565-572
[107] YS Ho G McKay Process Biochemistry 34 (1999) 451-465
[108] AB Peacuterez-Mariacuten VM Zapata JF Ortuntildeo M Aguilar J Saacuteez M Lloreacutens
Journal of Hazardous Materials 139 (2007) 122-131
[109] BF Urbano I Villenas BL Rivas CH Campos Chemical Engineering
63
Journal 268 (2015) 362-370
[110] J Peacuterez L Toledo CH Campos BL Rivas J Yantildeez BF Urbano
Chemical Engineering Journal 287 (2016) 744-754
[111] JW Steed DR Turner K Wallace Core Concepts in Supramolecular
Chemistry and Nanochemistry Wiley 2007
[112] A Buczkowski D Waliszewski P Urbaniak B Palecz International
Journal of Pharmaceutics 505 (2016) 1-13
[113] M Kosmulski Advances in Colloid and Interface Science
vii
ABSTRACT
Magnetite nanotubes Fe3O4 have the capacity to be ferrimagnetic or
superparamagnetic materials This property has been of special interest in last
years for applications in different fields of nanoscience but in particular in the
preparation of materials for the adsorption transport and controlled release of
drugs On the other hand dendrimers in particular the derivatives of poly-
(amidoamine) (PAMAM) are macromolecules highly branched and monodisperse
which have been widely studied as drug nanocarriers systems One of the main
disadvantages of both materials is their limited load capacity showed against some
drugs of interest in the treatment of chronic diseases In addition these systems
present an uncontrolled drug release in the liberation processes when they are
used as drug nanocarriers
Considering the characteristics of both systems this thesis contemplated the study
of a hybrid system NT-Fe3O4 coupled with PAMAM dendrimer of the third
generation for the encapsulation of two drugs piroxicam (PRX) and silybin (SIL)
The preparation of the hybrid nanomaterial was carried out from hydrothermal
synthesis of iron oxides which allowed obtaining NT-Fe3O4 from the thermal
reduction of the nanotubes of Fe2O3 in the presence of H2 flow Finally the
coupling of the PAMAM dendrimer to the surface of the nanotube was performed
by covalent immobilization mediated by a coupling agent The hybrid nanomaterial
was characterized by thermogravimetry X-ray diffraction scanning electron
microscopy transmission electron microscopy magnetic susceptibility
measurements and N2 adsorption-desorption isotherm at -196degC in addition FT-
IR spectroscopy analysis demonstrated the effective immobilization of PAMAM to a
content of 16 by mass The hybrid material (NTFe3O4-PAMAM) maintains the
nanotubular form and the magnetic properties of the starting inorganic support In
the adsorption experiments NT-Fe3O4 was used as the control adsorbent For both
adsorbents NT-Fe3O4-PAMAM and NT-Fe3O4 adsorption kinetic were determined
for two drug models piroxicam (PRX) and silybin (SIL) For both materials the
viii
adsorption of the drugs was adjusted to pseudo-first-order kinetics and the
maximum amount of drug adsorption was improved along with an increase in
adsorption rate by the presence of PAMAM on the surface of the hybrid material
ix
TABLA DE CONTENIDOS
Paacutegina
PROBERVIO ii
AGRADECIMIENTOS iii
RESUMEN v
ABSTRACT vii
IacuteNDICE DE FIGURAS xi
IacuteNDICE DE TABLAS xiii
1 INTRODUCCIOacuteN 1
11 Nanomateriales magneacuteticos 3
12 Dendriacutemeros 8
13 Nanomateriales hiacutebridos oacutexido inorgaacutenicoPAMAM 12
2 HIPOacuteTESIS 14
3 OBJETIVOS 14
31 OBJETIVO GENERALE 14
32 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS 14
4 PARTE EXPERIMENTAL 15
41 Siacutentesis de los nanotransportadores 15
411 Siacutentesis de nanotubos de magnetita (Fe3O4) 15
412 Funcionalizacioacuten de NT-Fe3O4 con el agente de acople
3-glicidoxipropil-trimetoxisilano
15
413 Acoplamiento de NT-Fe3O4-GPTMS con dendriacutemero
PAMAM
16
42 Caracterizacioacuten de los sistemas 17
421 Espectroscopia de Infrarrojo con Transformada de Fourier
(FT-IR)
17
422 Difraccioacuten de Rayos X (DRX) 18
423 Microscopiacutea Electroacutenica de Transmisioacuten (TEM) 20
424 Microscopia Electroacutenica de Barrido (SEM) 21
425 Anaacutelisis Termogravimeacutetrico (TGA) 22
426 Isotermas de Adsorcioacuten-Desorcioacuten de N2 a -196degC 23
x
427 Magnetizacioacuten del material 24
428 Adsorcioacuten de Faacutermacos en Nanotubo Fe3O4 y en
nanotransportador hiacutebrido Fe3O4-PAMAM
26
5 DISCUSOacuteN Y ANAacuteLISIS DE RESULTADOS 28
51 Caracterizacioacuten de los nanomateriales 28
511 Espectroscopia de infrarrojo con transformada de Fourier 28
512 Anaacutelisis Termogravimeacutetrico 29
513 Isotermas de Adsorcioacuten-Desorcioacuten de N2 a -196degC 31
514 Difraccioacuten de Rayos X 33
515 Microscopiacutea Electroacutenica de Barrido y Transmisioacuten 34
516 Propiedades magneacuteticas 37
52 Estudios de la adsorcioacuten de Faacutermacos en Nanotubo Fe3O4
y en nanotransportador hiacutebrido Fe3O4-PAMAM
40
521 Faacutermacos de intereacutes 40
522 Adsorcioacuten de PRX 44
523 Adsorcioacuten de SIL 49
6 CONCLUSIONES Y PERSPECTIVAS 54
REFERENCIAS 56
xi
IacuteNDICE DE FIGURAS
Paacutegina
Figura 1 Algunos tipos de nanomateriales utilizados en el
transporte de faacutermacos y para diagnoacutestico e imagen [17]
2
Figura 2 Esquemas de asociacioacuten componente orgaacutenico en
soportes soacutelidos (a) Adsorcioacuten (b) Adsorcioacuten por
formacioacuten de pares ioacutenicos y (c) Anclaje por enlace
covalente
6
Figura 3 Esquema de anclaje del AAC en el soporte [42] 7
Figura 4 Esquema general de la estructura de un dendriacutemero 9
Figura 5 Dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten (G3) 10
Figura 6 Sistema de reaccioacuten para realizar las modificaciones
superficiales de NT-Fe3O4
16
Figura 7 Esquema del equipamiento de un FT-IR 18
Figura 8 Difraccioacuten de Rayos X producida por los diferentes planos
de un cristal
19
Figura 9 Esquema de un microscopio electroacutenico de transmisioacuten 21
Figura 10 Esquema de un microscopio electroacutenico de barrido 22
Figura 11 Representacioacuten esquemaacutetica de un soacutelido poroso [71] 23
Figura 12 Representacioacuten de curva de magnetizacioacuten para un
material ferromagneacutetico [74]
25
Figura 13 Esquema del sistema de adsorcioacuten de faacutermacos en los
nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM
27
Figura 14 Espectro FT-IR de (a) NT-Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-PAMAM 28
Figura 15 Termogramas de los materiales realizados en atmoacutesfera
de O2 (a) NT- Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-GPTMS y (c) NT-
Fe3O4-PAMAM
30
Figura 16 Isoterma de adsorcioacutendesorcioacuten de N2 a -196degC para (a)
NT-Fe3O4 y (b) NT-Fe3O4-PAMAM
32
Figura 17 Difractograma de rayos X para (a) NT α-Fe2O3 (b) NT- 34
xii
Fe3O4 y (c) NT-Fe3O4-PAMAM
Figura 18 Imaacutegenes de SEM de los materiales (a) NT-Fe3O4 (b)
NT-Fe3O4-PAMAM
35
Figura 19 Micrografiacuteas de TEM de NT-Fe3O4 (a b) NT-Fe3O4-
PAMAM (e f) y las curvas de distribucioacuten del largo (c g) y
diaacutemetro externo (d h) para ambos NT-Fe3O4 y NT-
Fe3O4-PAMAM respectivamente
36
Figura 20 Curva de magnetizacioacuten obtenida para NT-Fe3O4 (a b) y
NT-Fe3O4-PAMAM (c d) utilizando un magnetoacutemetro de
muestra vibrante (VSM) a 17degC
39
Figura 21 Estructuras de los faacutermacos de intereacutes (a) Piroxicam y
(b) Silibinina
40
Figura 22 Cineacutetica y ajustes de modelos cineacuteticos de adsorcioacuten
para PRX en los nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-
Fe3O4-PAMAM
45
Figura 23 Esquema propuesto para la adsorcioacuten de PRX en los
sistemas sintetizados (A) Fe3O4-NT y (B) Fe3O4-NT-
PAMAM
45
Figura 24 Graacutefico de adsorcioacuten de PRX en los nanotransportadores
sintetizados considerando un modelo de difusioacuten
intrapartiacutecula en tres etapas
48
Figura 25 Cineacutetica y ajustes de modelos cineacuteticos de adsorcioacuten
para SIL en los nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-
Fe3O4-PAMAM
49
Figura 26 Graacutefico de adsorcioacuten de SIL en los nanotransportadores
sintetizados considerando un modelo de difusioacuten
intrapartiacutecula en tres etapas
52
xiii
IacuteNDICE DE TABLAS
Paacutegina
Tabla 1 Impacto en la masa molecular y en el tamantildeo de los
dendriacutemeros PAMAM seguacuten crece la generacioacuten [48]
11
Tabla 2 Porcentaje de peacuterdida de masa y material acoplado
GPTMS y PAMAM (G3) al NT-Fe3O4
31
Tabla 3 Superficie especiacutefica tamantildeo promedio de poro y volumen
de poro determinadas por las de BET y BJH [73 86] para
los materiales en base a NT-Fe3O4 sintetizados
33
Tabla 4 Resumen de paraacutemetros magneacuteticos para los materiales
preparados a 17degC
37
Tabla 5 Modelos cineacuteticos para la adsorcioacuten de PRX en los
adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM
46
Tabla 6 Modelo de difusioacuten intra-partiacutecula para la adsorcioacuten de
PRX en los adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM
considerando dos etapas determinantes en la adsorcioacuten
del faacutermaco y una tercera de equilibrio
49
Tabla 7 Modelos cineacuteticos para la adsorcioacuten de SIL en los
adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM
51
Tabla 8 Modelo de difusioacuten intra-partiacutecula para la adsorcioacuten de SIL
en los adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM
considerando dos etapas determinantes en la adsorcioacuten
del faacutermaco y una tercera de equilibrio
53
1
1 INTRODUCCIOacuteN
En la actualidad existe una amplia gama de faacutermacos disponibles para el
tratamiento de diferentes tipos de enfermedades En el tratamiento de un proceso
fisiopatoloacutegico se espera que la administracioacuten de los medicamentos se realice de
forma tal que alcance su lugar de accioacuten con una determinada concentracioacuten No
obstante algunos medicamentos muestran una escasa solubilidad en el plasma
sanguiacuteneo asiacute como tambieacuten en el medio inter-intracelular Por lo general solo el
1 de la dosis administrada llega al sitio diana mientras que el resto del faacutermaco
se distribuye a traveacutes del resto de ceacutelulas y tejidos Esta desventaja impone la
administracioacuten de altas dosis de faacutermacos para lograr un aumento de su
concentracioacuten local lo que provoca numerosos efectos toxicoloacutegicos e
inmunoloacutegicos indeseables [1-3]
Esta limitante estaacute siendo superada gracias al desarrollo de una variedad de
transportadores de faacutermacos los que actuacutean por asociacioacuten fiacutesica yo quiacutemica
entre la sustancia activa y el transportador Entre las muacuteltiples ventajas que
pueden aportar los transportadores de faacutermacos se destaca el control de las
concentraciones plasmaacuteticas y de la distribucioacuten tisular gracias a que protege la
sustancia activa contra la inactivacioacuten (quiacutemica enzimaacutetica o inmunoloacutegica) desde
el lugar de administracioacuten hasta el sitio de accioacuten [2 4-7] Los sistemas
transportadores han sido clasificados de acuerdo a su naturaleza quiacutemica o a su
tamantildeo pero en las uacuteltimas deacutecadas son aquellos denominados
nanotransportadores los que han mostrado los resultados maacutes promisorios en el
desarrollo de sistemas vectorizados de transporte y liberacioacuten de faacutermacos para el
tratamiento especiacutefico de enfermedades
Los nanotransportadores son sistemas que se caracterizan por ser de tamantildeo
nanomeacutetrico donde sus medidas pueden fluctuar entre 1 y 100 nm en una o maacutes
de sus dimensiones [8 9] (ver Figura 1) La adsorcioacuten del faacutermaco ocurre
generalmente al interior de cavidades del nanotransportador las cuaacuteles permiten
2
alojar las moleacuteculas de faacutermaco en un fenoacutemeno que se describe como
encapsulacioacuten [10 11] Dentro de los nanotransportadores de faacutermacos que
cumplen con estos requisitos se encuentran aqueacutellos que se basan en sistemas
inorgaacutenicos orgaacutenicos y aqueacutellos denominados hiacutebridos que son una mezcla de
ambos
De la familia de transportadores basados en nanomateriales (NM) inorgaacutenicos se
pueden mencionar algunos como nanotubos de carbono (CNTs) [12] nanotubos
de oacutexidos inorgaacutenicos como TiO2 [13] y Al2O3 [14] nanopartiacuteculas de oacutexidos
inorgaacutenicos como SiO2 [15] y Fe3O4 [16] entre otros La principal caracteriacutestica de
estos sistemas es su nula solubilidad en el plasma sanguiacuteneo La habilidad de
adsorber faacutermacos de estos materiales viene dada principalmente porque
disponen de un aacuterea superficial y porosidad que permiten el alojamiento del
faacutermaco al interior de los poros lo que ralentiza su liberacioacuten una vez internalizado
en el hueacutesped
Figura 1 Algunos tipos de nanomateriales utilizados en el transporte de faacutermacos
y para diagnoacutestico e imagen [17]
Los NM orgaacutenicos tambieacuten se han considerado una buena alternativa para su uso
como sistemas nanotransportadores de faacutermacos de los que se pueden mencionar
a los dendriacutemeros [18] micelas [19] poliacutemeros [20] y liposomas [21] entre otros A
diferencia de los materiales inorgaacutenicos los nanomateriales orgaacutenicos pueden
Poliacutemero lineal Quantum Dots Nanopartiacutecula
Micela polimeacuterica Liposoma Dendriacutemero
3
actuar de forma soluble o insoluble en el plasma sanguiacuteneo El principio de
adsorcioacuten se basa en la diferencia de afinidad del faacutermaco frente al medio
dispersante De forma general faacutermacos que son poco solubles en agua se
adsorben de forma efectiva en sistemas que posean cavidades hidroacutefobas
Los sistemas nanotransportadores hiacutebridos nacen de la necesidad de combinar
propiedades de los sistemas inorgaacutenicos yo orgaacutenicos con el fin de producir un
NM que muestre una alta sinergia entre ambos componentes en el proceso de
adsorcioacuten y liberacioacuten de faacutermacos [1314 22] Dependiendo de la naturaleza del
sistema hiacutebrido se pueden clasificar en hiacutebridos inorgaacutenicoinorgaacutenico [23]
hiacutebridos inorgaacutenicoorgaacutenico [24] e hiacutebridos orgaacutenicoorgaacutenico [25]
11 Nanomateriales magneacuteticos
Dentro de los NM inorgaacutenicos maacutes interesantes se encuentran las
nanoestructuras de oacutexidos hierro El oacutexido de hierro existe en la naturaleza en tres
fases magnetita (Fe3O4) maghemita (γ-Fe2O3) y hematita (α-Fe2O3) [26] La
magnetita presenta las propiedades maacutes interesantes entre todos los demaacutes
oacutexidos de hierro debido a la presencia de cationes de hierro en dos estados de
valencia (Fe2+ y Fe3+) en su estructura cubica centrada en la cara de tipo espinela
(AB2O4) inversa En ella el oxiacutegeno forma un empaquetado cuacutebico compacto
donde la mitad de los cationes Fe3+ ocupan sitios tetraeacutedricos (A) mientras que la
otra mitad de Fe3+ y los cationes Fe2+ ocupan los sitios octaeacutedricos (B) [27] lo cual
le confiere susceptibilidad magneacutetica
El nuacutemero de cationes Fe3+ en cada sitio de la red cristalina (tetraeacutedrico y
octaeacutedrico) es el mismo pero con direcciones opuestas del espiacuten magneacutetico por
lo tanto los momentos magneacuteticos de los cationes Fe3+ se anulan entre siacute como
resultado los cationes Fe2+ son los responsables del momento magneacutetico neto en
la magnetita Por lo cual la magnetita posee un comportamiento ferrimagneacutetico es
decir los espines magneacuteticos son antiparalelos y sus magnitudes son desiguales
4
El comportamiento de este material magneacutetico puede cambiar draacutesticamente
dependiendo del tamantildeo A medida que el tamantildeo de la estructura disminuye los
multidominios magneacuteticos cambian hasta obtener una estructura conformada por
un solo dominio magneacutetico [27-29] dando como resultado una nueva propiedad
magneacutetica denominada superpara-magnetismo Esta propiedad se define como la
capacidad de ciertos NM magneacuteticos que poseen alta susceptibilidad y saturacioacuten
de magnetizacioacuten bajo la influencia de un campo magneacutetico las que pierden
completamente una vez que se elimina el campo magneacutetico lo que resulta una
remanencia magneacutetica y coercitividad de cero [30] Debido a su baja toxicidad y
alta biocompatibilidad ademaacutes de la alta estabilidad mecaacutenica teacutermica y quiacutemica
la magnetita ha atraiacutedo mucho la atencioacuten para aplicaciones biomeacutedicas tales
como resonancia magneacutetica hipertermia magneacutetica terapia del caacutencer liberacioacuten
controlada de faacutermacos ingenieriacutea de tejidos entre otras [29-32]
Muchos esfuerzos tambieacuten se han llevado a cabo en la siacutentesis y propiedades de
las nanoestructuras de oacutexido de hierro con morfologiacuteas bien definidas como
nanocristales poliedros cubos varillas tubos entre otros [26] Varios meacutetodos
sinteacuteticos han sido reportados para la preparacioacuten de nanopartiacuteculas de oacutexido de
hierro que incluyen co-precipitacioacuten irradiacioacuten de ultrasonido siacutentesis
solvotermal siacutentesis hidrotermal microemulsioacuten siacutentesis viacutea microondas y la
descomposicioacuten teacutermica [33] La siacutentesis hidrotermal es una ruta de precipitacioacuten
en fase acuosa que se lleva a cabo en reactores que soportan altas presiones y
temperaturas la que se emplea ampliamente para sintetizar nanoestructuras
funcionales con formas especiacuteficas [26 27] ya que es un proceso simple y de alto
rendimiento con el cual se obtienen nano-arquitecturas de tamantildeo y morfologiacutea
reproducible [31]
Jia y colaboradores han reportado un proceso sencillo para producir nanoanillos
de Fe3O4 en el cual se utiliza la ruta hidrotermal con la participacioacuten de los
aniones dobles SO42- y H2PO4
- como controladores de la morfologiacutea para producir
Fe2O3 como base estructural el cual es sometido a un tratamiento de reduccioacuten en
5
atmoacutesfera de H2 para producir el material en base a magnetita [34] Este meacutetodo
abre la posibilidad de crear una gama de estructuras tridimensionales variando las
relaciones de iones SO42-H2PO4
- durante el tratamiento de siacutentesis hidrotermal
[34] Se ha demostrado que los iones SO42- tienen el efecto de aumentar el
tamantildeo de partiacutecula debido a que aumenta la superficie de las nanoestruturas
Fe2O3 formadas [35] La presencia de iones H2PO4- es el factor crucial que induce
la formacioacuten de una estructura tubular producto de la adsorcioacuten selectiva de iones
fosfato en la superficie de las partiacuteculas de Fe2O3 y su capacidad de coordinar con
los iones feacuterricos [36] Estas estructuras tubulares o nanotubos magneacuteticos (NT-
Fe3O4) no soacutelo conservan el fondo y la forma de una nanovarilla tambieacuten
proporcionan cavidad interna que lo proyectan como un material que permite la
encapsulacioacuten y liberacioacuten controlada de faacutermacos oligoacutemeros supramoleacuteculas
yo macromoleacuteculas entre otras especies [37] las cuales se pueden transportar
de forma segura en el sistema in vivo evitando la degradacioacuten hidroliacutetica o la
precipitacioacuten de faacutermacos hidroacutefobos durante la entrega en el sitio especiacutefico
La principal ventaja de los NT-Fe3O4 como transportadores de faacutermacos es que
pueden poseer la propiedad del para- o superpara-magnetismo para realizar un
seguimiento de la administracioacuten de faacutermacos El traslado de los NTs puede ser
controlado por un campo magneacutetico externo dirigieacutendolo de forma especiacutefica a los
sitios fisioloacutegicos de accioacuten [38] La combinacioacuten de las propiedades magneacuteticas
con una estructura tubular hace de los NT-Fe3O4 un candidato ideal como
nanotransportador empleado en aplicaciones biomeacutedicas La principal limitante
para el empleo de este tipo de sistemas es el tipo de moleacuteculas que pueden ser
adsorbidas ya que en general se ha observado que moleacuteculas de pequentildeo
tamantildeo no son adsorbidas en forma eficiente [34 39]
Una forma de poder superar la baja capacidad de adsorcioacuten de faacutermacos por parte
de los NT-Fe3O4 es generando sistemas hiacutebridos que sean capaces de incorporar
una segunda unidad que incrementen su capacidad de adsorcioacuten Esto se puede
conseguir recubriendo al NT-Fe3O4 con un segundo componente generalmente de
6
naturaleza orgaacutenica obtenido de una fuente natural o sinteacutetica proveyendo
nanoestructuras hibridas con propiedades mejoradas frente a sus componentes
puros La asociacioacuten del componente orgaacutenico con el NM inorgaacutenico puede
realizarse empleando 3 rutas tal como se muestra en la Figura 2
(a) (b) (c)
Figura 2 Esquemas de asociacioacuten componente orgaacutenico en soportes soacutelidos (a)
Adsorcioacuten (b) Adsorcioacuten por formacioacuten de pares ioacutenicos y (c) Anclaje por enlace
covalente
La asociacioacuten por formacioacuten de enlaces covalentes ha sido la teacutecnica maacutes
prometedora y puede llevarse a cabo gracias al uso de moleacuteculas intermediarias
denominadas agentes de acople los cuales son capaces de modificar la superficie
de un soacutelido inorgaacutenico y a su vez unirse covalentemente al estabilizante a traveacutes
de una funcioacuten orgaacutenica reactiva Algunos agentes de acople (AAC) se pueden
clasificar en cuatro grupos aacutecidos carboxiacutelicos poliacutemeros silanos y moleacuteculas
organofosforadas Los AAC del tipo silano son los maacutes utilizadas en los NM
inorgaacutenicos la formula general de este tipo AAC muestra dos clases de
funcionalidades (R1-(CH2)n-Si-(R2)3) Los grupos R1 representan al grupo orgaacutenico
funcional como NH2 SH epoxi metacrilato etc y los grupos R2 representan a un
grupo funcional hidrolizable tal como OCH3 OCH2CH3 o Cl [40 41]
7
Debido a que la superficie de NM inorgaacutenicos de tipo oacutexido poseen grupos
hidroxilos (-OH) eacutestos se utilizan como sitios de reaccioacuten para el proceso de
anclaje El proceso de acoplamiento se logra a traveacutes de la reaccioacuten quiacutemica
entre los grupos trialcoacutexido del AAC y los grupos hidroxilos superficiales del NM
inorgaacutenico [41] tal como se muestra en el esquema de la Figura 3
Figura 3 Esquema de anclaje del AAC en el soporte [42]
Dependiendo de la naturaleza de la moleacutecula orgaacutenica a anclar hay dos formas de
incorporarla en la superficie del soporte anclaje de AAC en la superficie del NM y
posterior reaccioacuten con la moleacutecula de intereacutes o reaccioacuten previa entre moleacutecula y
AAC para realizar el posterior anclaje en la superficie del NM
En este contexto se ha propuesto que la utilizacioacuten de sistemas
nanotransportadores hiacutebridos podriacutean mejoran las variadas limitaciones que
presentan la mayoriacutea de los sistemas nanotransportadores basados en materiales
inorgaacutenicos con baja capacidad de adsorcioacuten Algunos sistemas hiacutebridos
8
propuestos para la adsorcioacuten de faacutermacos han sido nanopartiacuteculas de siacutelice
funcionalizadas con poliacutemeros que contienen guanidina donde se ha estudiado el
comportamiento de carga y liberacioacuten de doxorrubicina y sulfasalazina [22]
nanopartiacuteculas de ZnO-poli(N-isopropilacrilamida) en las cuales se ha estudiado la
liberacioacuten del faacutermaco doxorrubicina en ceacutelulas tumorales [43] nanotubos de
carbono-dendriacutemero los cuales han permitido el aumento significativo de la
solubilidad del faacutermaco carvedilol [44] nanotubos de TiO2 y Al2O3 acoplados a
dendriacutemeros PAMAM cuyo objetivo es combinar las propiedades de adsorcioacuten y
liberacioacuten de metotrexato silibinina y curcumina [13 14]
12 Dendriacutemeros
En el uacuteltimo tiempo ha habido un creciente intereacutes en el uso de macromoleacuteculas
sinteacuteticas en base a poliacutemeros de masa molar controlada y estructura quiacutemica
definida como vectores en la administracioacuten controlada de faacutermacos y otras
aplicaciones terapeacuteuticas o de diagnoacutestico donde se destacan los dendriacutemeros
[45] Los dendriacutemeros son una clase de macromoleacuteculas polimeacutericas de forma
globular altamente ramificadas y monodispersas que constan de un nuacutecleo
central a partir del cual se originan una serie de ramificaciones La palabra
dendriacutemero deriva del teacutermino griego dendron que significa aacuterbol y meros es
decir parte La estructura de un dendriacutemero incluye tres partes un nuacutecleo central
unidades ramificadas y grupos superficiales Las unidades ramificadas estaacuten
dispuestas en capas denominadas generaciones (G) y la zona de la cual emergen
estas ramificaciones se conoce como nodo [23] tal como se muestra en la Figura
4 El tamantildeo de los dendriacutemeros variacutea entre 10-130 Aring de diaacutemetro dependiendo
de la generacioacuten del dendriacutemero [45-47] A pesar de su gran tamantildeo molecular
muestran una muy baja polidispersidad en comparacioacuten con los poliacutemeros
sinteacuteticos tradicionales [48]
La principal ventaja de los dendriacutemeros es que de acuerdo a su estructura
quiacutemica poseen cavidades hidrofoacutebicas caraacutecter que se acentuacutea a medida que
9
crece la generacioacuten del dendriacutemero Esta propiedad favorece la adsorcioacuten de
faacutermacos poco solubles en su interior destacaacutendolos como agentes de transporte
para faacutermacos poco solubles [49-52]
Figura 4 Esquema general de la estructura de un dendriacutemero
Fuente Elaboracioacuten propia
Por otra parte estos nanotransportadores poseen en su superficie un nuacutemero
definido de grupos funcionales (amino carboxilo hidroxilo etc) los que le
confieren una gran versatilidad ya que no soacutelo poseen capacidad para la
adsorcioacuten de faacutermacos en la cavidad interna de la macromoleacutecula sino que al
mismo tiempo los grupos funcionales superficiales permiten realizar
modificaciones brindaacutendoles una alta capacidad de vectorizacioacuten [17 53]
Los dendriacutemeros poliamidoaminas (PAMAM) fueron la primera familia de
dendriacutemeros sintetizados y caracterizados [54] siendo uno materiales de mayor
intereacutes en estudios de nanotransportadores en relacioacuten a su biocompatibilidad Los
dendriacutemeros PAMAM estaacuten constituidos por un nuacutecleo de 12-etilendiamina y
ramificaciones de poliamidoamina [48] En solucioacuten acuosa estos poliacutemeros se
comportan como polielectrolitos ya que las aminas terciarias presente en la
cavidad interna (pKa 30 ndash 60) y las aminas primarias superficiales del dendriacutemero
Nuacutecleo
Ramas
Punto divergente
Grupos funcionales
superficiales
10
(pKa 94 ndash 97) pueden ser protonadas a diferentes pH [13 51] lo cual conlleva a
un cambio en la conformacioacuten tamantildeo y carga del dendriacutemero Los dendriacutemeros
PAMAM estaacuten disponibles comercialmente hasta la deacutecima generacioacuten (G10) Los
de baja generacioacuten (G1-G3) son poco sensibles a los cambios frente a variaciones
de pH poseen conformaciones abiertas [55] y cavidades internas que permiten la
encapsulacioacuten de faacutermacos hidroacutefobos mientras que los grupos superficiales
estaacuten disponibles para interacciones electrostaacuteticas o conjugacioacuten covalente En la
Figura 5 se observa un dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten (G3)
Figura 5 Dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten (G3) Fuente Elaboracioacuten
propia
En la Tabla 1 se puede observar algunas propiedades de los PAMAM A medida
que aumenta la generacioacuten del dendriacutemero hay un aumento progresivo de su
11
tamantildeo (aprox 10 nm en cada generacioacuten) y como consecuencia se observa un
incremento exponencial en el nuacutemero de grupos aminos superficiales
Los dendriacutemeros PAMAM han demostrado ser efectivos como
nanotransportadores de faacutermacos pues poseen baja citotoxicidad son
biodegradables y no inmunogeacutenicos por lo menos hasta la generacioacuten 5 [56 57]
Tabla 1 Impacto en la masa molecular y en el tamantildeo de los dendriacutemeros
PAMAM seguacuten crece la generacioacuten [48]
Dendriacutemeros
PAMAM
generacioacuten
Masa molecular
(kDa)
Diaacutemetro en
nanoacutemetros (nm)
Nuacutemero de
grupos en
superficie
0 0517 15 4
1 1430 22 8
2 3256 29 16
3 6909 36 32
4 14215 45 64
5 28826 54 128
6 58048 67 256
7 116493 81 512
8 233383 97 1024
9 467162 114 2048
10 934720 135 4096
Algunos ejemplos reportados en bibliografiacutea han demostrado el aumento de la
solubilidad de algunos faacutermacos poco solubles en medio acuoso como nifedipina
adsorbida en PAMAM-G3 y PAMAM-G4 [58] aacutecido mefenaacutemico adsorbida en
PAMAM-G2 y PAMAM-G3 [51] piroxicam en PAMAM-G3 [59] metotrexato y
adriamicina en complejos PAMAM-G3-pegilado y PAMAM-G4-pegilado [60] entre
otros
12
La principal aplicacioacuten de los PAMAM como nanotransportadores ha sido en la
adsorcioacuten y liberacioacuten de faacutermacos antineoplaacutesicos [61] Lamentablemente los
sistemas PAMAM no muestran especificidad como para considerarlos potenciales
candidatos para terapias dirigidas en el tratamiento de enfermedades sin ser
previamente vectorizados Es por esto que la investigacioacuten que se ha desarrollado
en los uacuteltimos 10 antildeos ha estado focalizada en la siacutentesis de nanotransportadores
PAMAM modificados con algunas moleacuteculas capaces de conferirle especificidad
en orden a aumentar la liberacioacuten de los faacutermacos adsorbidos en la zona donde se
encuentran los receptores farmacoloacutegicos para asiacute disminuir al miacutenimo su
concentracioacuten en otras zonas del organismo [62 63] Ademaacutes variados estudios
han mostrado que los dendriacutemeros PAMAM poseen una limitada capacidad de
adsorcioacuten de faacutermacos soacutelo de unos cuantos miligramos de faacutermaco por gramo de
dendriacutemero Esto unido a la raacutepida liberacioacuten de las moleacuteculas de faacutermacos bajo
condiciones fisioloacutegicas impone el desarrollo de nuevas estrategias para el disentildeo
de nanotransportadores de faacutermacos en base a dendriacutemeros PAMAM
13 Nanomateriales hiacutebridos oacutexido inorgaacutenicoPAMAM
Dada la capacidad de adsorber faacutermacos del sistema PAMAM y su habilidad de
poder sufrir modificaciones en sus grupos aminos superficiales es que se ha
considerado como un componente que mejorariacutea la capacidad de adsorcioacuten de
faacutermacos poco solubles en sistemas inorgaacutenicos De acuerdo a la experiencia del
grupo de investigacioacuten se sabe que la preparacioacuten de nanotransportadores
hiacutebridos en base a nanotubos de TiO2 y Al2O3 acoplados con dendriacutemeros
PAMAM G3 han demostrado un incremento en la capacidad de adsorcioacuten de
faacutermacos poco solubles como metotrexato silibinina y curcumina [13 14]
En base a las evidencias previas reportadas en relacioacuten al empleo de materiales
hiacutebridos en base a nanotubos de oacutexidos inorgaacutenicos acoplados a dendriacutemeros
PAMAM y las caracteriacutesticas de NM del tipo NT-Fe3O4 es que se ha propuesto la
siacutentesis caracterizacioacuten y evaluacioacuten de la capacidad de adsorcioacuten de faacutermacos
13
de materiales en base a NT-Fe3O4 acoplados a PAMAM G3 los que podriacutean
constituir sistemas con una capacidad de adsorcioacuten superior respecto del NT-
Fe3O4 ademaacutes de exhibir propiedades para- o superpara-magneacuteticas que le
confeririacutean la capacidad de ser magneto-dirigido a los sitios de accioacuten Se espera
realizar la inmovilizacioacuten por medio de la unioacuten covalente entre el NT-Fe3O4 y
PAMAM mediada por un agente de acople de tipo 3-glicidoxipropil-trimetoxisilano
(GPTMS) Los estudios de adsorcioacuten se hicieron con dos faacutermacos poco solubles
como modelos silibinina (SIL) y piroxicam (PRX) empleando como adsorbentes
NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM G3
14
2 HIPOacuteTESIS
La inmovilizacioacuten covalente del dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten en un
NT magneacutetico en base a Fe3O4 permitiraacute adsorber efectivamente faacutermacos que
poseen baja solubilidad en agua
3 OBJETIVOS
31 OBJETIVO GENERAL
Sintetizar un nanotransportador hiacutebrido Fe3O4-PAMAM (G3) con la capacidad de
adsorber faacutermacos con baja solubilidad en agua
32 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
Sintetizar y caracterizar una nanoestructura magneacutetica basada en nanotubos
de Fe3O4 obtenidos por una reduccioacuten de nanotubos Fe2O3
Funcionalizar la nanoestructura magneacutetica con agente de acople por medio de
enlaces covalentes
Obtener un nanomaterial hiacutebrido basado en la inmovilizacioacuten covalente del
dendriacutemero PAMAM en la nanoestructura magneacutetica funcionalizada
Estudiar la adsorcioacuten de los faacutermacos piroxicam y silibinina en el nanomaterial
hiacutebrido
15
4 PARTE EXPERIMENTAL
41 Siacutentesis de los nanotransportadores
411 Siacutentesis de nanotubos de magnetita (Fe3O4)
Para la obtencioacuten de estos nanotubos magneacuteticos primero se realizoacute la siacutentesis de
nanotubos de hematita (α-Fe2O3) como precursor de forma los que fueron
obtenidos por tratamiento hidrotermal de una mezcla de disoluciones de
FeCl36H2O (JTBakerreg) NH4H2PO4 (Sigma-Aldrichreg) y Na2SO4 (Merckreg) de
acuerdo al trabajo reportado por Jia y colaboradores [34] Las relaciones molares
empleadas de la sal precursora y los agentes directores de estructura fueron
FeCl3NH4H2PO4Na2SO4 36121 las que se prepararon en agua desionizada y se
llevaron a un autoclave de 100 mL de capacidad La mezcla se calentoacute a 220degC
durante 48h El precipitado obtenido se separoacute por centrifugacioacuten y se lavoacute tres
veces con agua desionizada y etanol absoluto (Merckreg) respectivamente Despueacutes
el soacutelido se secoacute en una estufa a vaciacuteo por 12h a 80degC para obtener los nanotubos
de Fe2O3 Finalmente los NT-Fe3O4 fueron obtenidos por reduccioacuten de los NT-
Fe2O3 a 360degC bajo flujo continuo de H2 5vv en Ar durante 5h en una rampa de
calentamiento de 1degCmin El rendimiento de la siacutentesis fue de un 91
412 Funcionalizacioacuten de NT-Fe3O4 con el agente de acople
3-glicidoxipropil-trimetoxisilano
Los NT-Fe3O4 se dispersaron en tolueno (Merckreg) seco el cual fue previamente
desgasificado con N2 por 1h en un reactor de vidrio provisto de agitacioacuten mecaacutenica
y atmoacutesfera controlada (ver Figura 6) Al tolueno se agregoacute 1 g de NT- Fe3O4
formando una dispersioacuten negra la que se calentoacute hasta alcanzar la temperatura de
ebullicioacuten Una vez alcanzada la temperatura deseada se inyectoacute el agente de
acople 3-glicidoxipropil-trimetoxisilano (GPTMS 98 Aldrichreg) en relacioacuten 1 mL
GPTMS por 1 g de soporte [13 14] La reaccioacuten se mantuvo a reflujo por 24h Una
16
vez obtenido NT-Fe3O4-GPTMS se lavoacute con acetona (Merckreg) para eliminar el
exceso de GPTMS y se secoacute en estufa a vaciacuteo por 12h a 40degC El rendimiento de
la reaccioacuten acople se determinoacute por medio de anaacutelisis termogravimeacutetrico el cual se
adjunta en la seccioacuten 512
Figura 6 Sistema de reaccioacuten para realizar las modificaciones superficiales de NT-
Fe3O4 Fuente Elaboracioacuten propia
413 Acoplamiento de NT-Fe3O4-GPTMS con dendriacutemero PAMAM
En un reactor de vidrio provisto de agitacioacuten mecaacutenica (Figura 6) se agregaron
050 g de NT-Fe3O4-GPTMS con 25 mL de dimetilsulfoacutexido (DMSO Merckreg) seco
generaacutendose una dispersioacuten negra que se agitoacute durante 1h en N2 a 40degC
Posteriormente se disolvioacute 863 mg de dendriacutemero PAMAM G3 (20 mm en
metanol Sigma-Aldrichreg) seco en 5 mL de DMSO seco y se agregoacute al sistema de
reaccioacuten el cual se mantuvo en agitacioacuten mecaacutenica y a 40degC por un periodo de
48h El material obtenido se lavoacute exhaustivamente con metanol (Merckreg) para
eliminar los restos de DMSO y PAMAM adsorbidos Por uacuteltimo el soacutelido NT-Fe3O4-
PAMAM se secoacute al vaciacuteo a 40degC por un periodo de 24h El rendimiento de la
reaccioacuten conjugacioacuten se determinoacute por medio de anaacutelisis termogravimeacutetrico el cual
se adjunta en la seccioacuten 512
17
42 Caracterizacioacuten de los sistemas
421 Espectroscopia de Infrarrojo con Transformada de Fourier (FT-IR)
Un espectro IR se obtiene al pasar radiacioacuten IR a traveacutes de una muestra y
determinar que fraccioacuten de esta radiacioacuten incidente ha sido absorbida La energiacutea
particular a la que aparece cada banda en el espectro guarda relacioacuten con la
frecuencia de vibracioacuten de una parte de la moleacutecula Los espectros en la regioacuten
infrarroja estaacuten asociados a las transiciones entre niveles de energiacutea vibracional
estos niveles corresponden a vibraciones tensioacuten-contraccioacuten (stretching) y
flexiones (bending) de los enlaces y otros movimientos complejos de las moleacuteculas
[64] La regioacuten IR del espectro electromagneacutetico se encuentra entre 14290-10 cm-1
El intervalo que abarca la espectroscopia infrarroja puede dividirse en tres
regiones IR cercano (NIR) 14290-4000 cm-1 IR medio 4000-400 cm-1 IR lejano
400-10 cm-1 siendo en el IR medio donde se dan la mayoriacutea de las aplicaciones
analiacuteticas tradicionales
En los experimentos comunes de FT-IR un haz de luz infrarroja atraviesa la
muestra y se registra la cantidad de energiacutea absorbida a cada longitud de onda
Esto puede lograrse barriendo el espectro con un haz de luz monocromaacutetico el
cual cambia su longitud de onda a traveacutes del tiempo o usando una transformada de
Fourier para medir todas las longitudes de onda a la vez como se muestra en la
Figura 7 A partir de esto se obtiene un espectro de transmitancia o absorbancia
el cual permite una interpretacioacuten de la naturaleza de los enlaces quiacutemicos
presentes La teacutecnica de FTIR se ha utilizado para estudiar materiales de tamantildeo
nanoescala como moleacuteculas funcionales injertadas covalentemente en nanotubos
de carbono [65] y nanotubos de TiO2 acoplados a dendriacutemero PAMAM [13]
18
Figura 7 Esquema del equipamiento de un FT-IR Fuente Elaboracioacuten propia
Equipamiento
Los materiales puros e hiacutebridos se analizaron en el equipo Nicolet marca Nexus
FT-IR en la zona del IR medio usando como blanco pastilla KBr Para ello se
homogeneizoacute 1 mg de muestra en 100 mg KBr seguido por la obtencioacuten de la
pastilla en prensa hidraacuteulica por uacuteltimo se colocoacute en el portamuestra la pastilla y se
midioacute el espectro a temperatura ambiente barriendo nuacutemeros de onda en el
intervalo medio (4000-400 cm-1) y con un nuacutemero de acumulaciones de 64 scan
422 Difraccioacuten de Rayos X (DRX)
Los rayos X son una forma de radiacioacuten electromagneacutetica que tiene elevada
energiacutea y corta longitud de onda del orden de los espacios interatoacutemicos de los
soacutelidos Cuando un haz de rayos X atraviesa un soacutelido la radiacioacuten se dispersa al
interaccionar con los electrones de los aacutetomos En este caso cada capa de aacutetomos
reflejara parte del haz de rayos X los haces reflejados en las capas sucesivas de
aacutetomos del soacutelido pueden presentar ondas que en una determinada direccioacuten
concuerdan en fase con las ondas reflejadas por otras capas es decir se produce
una interferencia constructiva a este fenoacutemeno se le llama difraccioacuten de rayos X
19
La difraccioacuten de rayos X se puede describir simplemente como la reflexioacuten de un
haz de rayos X incide sobre los planos cristalinos de una muestra soacutelida
empleando la ley de Bragg tal como se muestra en la Figura 8 [64]
Figura 8 Difraccioacuten de Rayos X producida por los diferentes planos de un cristal
Fuente Elaboracioacuten propia
La teacutecnica de difraccioacuten maacutes comuacuten utiliza una muestra pulverizada o policristalina
consistente en muchas partiacuteculas diminutas y orientadas al azar que se exponen a
una radiacioacuten de rayos X monocromaacutetica Como cada partiacutecula de polvo es un
cristal teniendo una gran cantidad de ellos orientados libremente se asegura que
algunas partiacuteculas esteacuten orientadas adecuadamente para que sus planos
cristalograacuteficos cumplan las condiciones para la difraccioacuten y de esta forma obtener
perfiles de difraccioacuten tiacutepicos de cada material
Equipamiento
En este estudio se utilizoacute el difractoacutemetro Rigaku modelo Geigerflex II empleando
el meacutetodo de polvo y usando como estaacutendar interno silicio (cuarzo) La muestra
previamente pulverizada se coloca en un porta objeto para ser irradiado con la
liacutenea κα1 del anticaacutetodo de Fe (λ 19360 Aring) a 35kV y 15mA usando un filtro de
manganeso para eliminar la liacutenea de κβ
20
423 Microscopiacutea Electroacutenica de Transmisioacuten (TEM)
La teacutecnica maacutes utilizada para la caracterizacioacuten de nanomateriales es la
microscopia electroacutenica de transmisioacuten (TEM) la que ofrece imaacutegenes directas de
los nanomateriales con una resolucioacuten espacial hasta el nivel de las dimensiones
atoacutemicas 10-9 m [66] El fundamento del TEM se basa en un haz de electrones que
manejados a traveacutes de lentes electromagneacuteticas se proyecta sobre una muestra
muy delgada situada en una columna de alto vaciacuteo Electrones que atraviesan la
muestran son recogidos y focalizados por la lente objetivo generando una imagen
intermedia ampliada La imagen es ampliada auacuten maacutes gracias a las lentes
proyectoras las cuales controlan la ampliacioacuten de la imagen en la pantalla
fluorescente como se muestra de forma esquemaacutetica en la Figura 9 [67] El TEM
mejora los anaacutelisis morfoloacutegicos y estructurales de nanomateriales ademaacutes
proporciona una mejor resolucioacuten espacial y la capacidad para mediciones
analiacuteticas adicionales [66]
Equipamiento
Las muestras analizadas fueron previamente tratadas tomando una pequentildea
porcioacuten del soacutelido el que se molioacute y disgregoacute en un mortero de aacutegata hasta obtener
un polvo fino Eacuteste se dispersoacute en una mezcla de etanolagua (50 vv) y se
sembroacute en una gradilla de cobre recubierta por una capa de carboacuten y colodioacuten Las
muestras fueron analizadas en un microscopio TEM modelo JEOL JEM -1200EX
II con una resolucioacuten de 5Aring a 120Kv las imaacutegenes obtenidas fueron trabajadas en
el software ImageJ donde se determinaron los diaacutemetros promedio y el largo
promedio de las partiacuteculas empleando la data estadiacutestica entregada directamente
por el software
21
Figura 9 Esquema de un microscopio electroacutenico de transmisioacuten Fuente
Elaboracioacuten propia
424 Microscopia Electroacutenica de Barrido (SEM)
La microscopia electroacutenica de barrido (SEM) es una teacutecnica que permite la
observacioacuten y caracterizacioacuten superficial de materiales inorgaacutenicos y orgaacutenicos
entregando informacioacuten morfoloacutegica del material analizado ademaacutes del
procesamiento y anaacutelisis de imaacutegenes obtenidas Las principales utilidades del
SEM son su alta resolucioacuten la gran profundidad de campo que resuelve una
imagen tridimensional de la muestra y la relativa sencillez de preparacioacuten de las
muestras [66 68] La imagen entregada por el SEM se genera por la interaccioacuten de
un haz de electrones que barre un aacuterea determinada sobre la superficie de la
muestra tal como se muestra la Figura 10 La teacutecnica consiste en hacer incidir en
la muestra un haz de electrones Este bombardeo de electrones provoca la
aparicioacuten de diferentes sentildeales que captadas con detectores adecuados
proporcionan informacioacuten acerca de la naturaleza de la muestra
22
Figura 10 Esquema de un microscopio electroacutenico de barrido Fuente Elaboracioacuten
propia
Equipamiento
Las materiales se analizaron tomando 10 mg de muestra deposinatnadolos en un
porta objeto de aluminio y posteriormente fue analizado en microscopio SEM
modelo JEOL JSM-6380LV
425 Anaacutelisis Termogravimeacutetrico (TGA)
El anaacutelisis termogravimeacutetrico (TGA) es una teacutecnica que consiste en la medida
continua en funcioacuten de la temperatura de la ganancia o peacuterdida de la masa de un
compuesto en una atmoacutesfera determinada [69] Este anaacutelisis suministra
informacioacuten acerca de la estabilidad teacutermica y la composicioacuten porcentual de la
muestra original La instrumentacioacuten utilizada en termogravimetriacutea se denomina
termobalanza y consta baacutesicamente de cinco elementos balanza de precisioacuten
horno calefactor controlado por un programador sensor de temperatura (termopar)
sistema de admisioacuten de gases y sistema de adquisicioacuten de datos Las condiciones
requeridas para la balanza son anaacutelogas a cualquier balanza analiacutetica exactitud
sensibilidad y reproducibilidad
23
Equipamiento
Las muestras fueron llevadas a un analizador teacutermico modelo TGASDTA 851e
Los perfiles de descomposicioacuten teacutermica se barrieron entre 25-1000degC a una
velocidad de calentamiento de 5degC min-1 en un flujo de 20 mLmin-1 de N2 u O2
empleando un crisol de Al2O3
426 Isotermas de Adsorcioacuten-Desorcioacuten de N2 a -196degC
La caracterizacioacuten superficial de materiales porosos como oacutexidos metaacutelicos
zeolitas o poliacutemeros orgaacutenicos mediante isotermas de adsorcioacuten-desorcioacuten permite
determinar paraacutemetros tales como el aacuterea superficial el volumen y la distribucioacuten
del tamantildeo de poros [13 70] Cualquier material soacutelido que contiene cavidades
canales o intersticios puede ser considerado como poroso (Figura 11) Los poros
se pueden clasificar en cerrados y abiertos Los cerrados son aquellos que influyen
en propiedades macroscoacutepicas como densidad o resistencia mecaacutenica pero no
son accesibles a procesos de adsorcioacuten Los abiertos a su vez se pueden
clasificar seguacuten su forma o manera de conexioacuten con el exterior La rugosidad de la
superficie externa de la muestra se distingue de la porosidad en que su
profundidad es menor que su anchura
Figura 11 Representacioacuten esquemaacutetica de un soacutelido poroso [71]
24
La estructura porosa se analiza mediante isotermas de adsorcioacuten de gases Esta
consiste en la adsorcioacuten fiacutesica de un gas (adsorbato) sobre un soacutelido (adsorbente)
a una temperatura dada para distintas presiones relativas de gas
Los adsorbatos maacutes utilizados son el N2 CO2 CO NO benceno y algunos
hidrocarburos alifaacuteticos de cadena corta La adsorcioacuten de N2 a -196degC (77 K) es la
maacutes utilizada debido a que cubre todo el rango de porosidad e interacciona
deacutebilmente con la mayoriacutea de los soacutelidos Ademaacutes la misma isoterma puede ser
utilizada para el anaacutelisis del tamantildeo de poro y para superficie especifica empleando
una variedad de modelos El modelo maacutes usado es el de Brunauer-Emett-Teller
(BET) el cual se basa en dos hipoacutetesis principales a) la superficie del adsorbente
se supone uniforme y no porosa b) las moleacuteculas del gas se adsorben sobre la
superficie en capas sucesivas completas o no en equilibrio dinaacutemico entre siacute y
con las moleacuteculas del gas [72 73]
Equipamiento
Los valores de superficie especiacutefica se obtuvieron a partir de las isotermas de
adsorcioacuten de nitroacutegeno a -196degC realizados en un equipo automaacutetico Micromeritics
modelo ASAP 2010 en el rango de presioacuten relativa de 005-03 Se utilizoacute el meacutetodo
BET para calcular las superficies especiacuteficas utilizando la parte lineal del graacutefico de
acuerdo con las recomendaciones de la IUPAC El volumen de poro y las
distribuciones de tamantildeo de poro fueron calculados a partir de las ramas de
desorcioacuten de las isotermas utilizando el meacutetodo de Barret-Joyner-Halenda (BHJ)
427 Magnetizacioacuten del material
Cuando un material se expone a un campo magneacutetico el giro de sus electrones
producen un momento magneacutetico paralelo al campo al que estaacute expuesto esto es
en el material se ha inducido una magnetizacioacuten (M) que es proporcional al campo
magneacutetico externo (H)
25
En la Figura 12 se observa la curva de magnetizacioacuten de un material
ferromagneacutetico que corresponde a un graacutefico de la magnetizacioacuten (M) frente a un
campo aplicado (H) Inicialmente a medida que aumenta la intensidad del campo
aplicado H M tambieacuten aumenta hasta alcanzar el punto de saturacioacuten Ms
Entonces cuando la intensidad del campo H comienza a disminuir por debajo del
punto de saturacioacuten M no lo hace en la misma proporcioacuten que antes sino que a
valores correspondientes a la curva superior Esto comportamiento se conoce
como histeacuteresis y se produce porque los dominios magneacuteticos que se alinean con
un incremento del campo no vuelven a su orientacioacuten original si el campo es
menor Cuando el campo aplicado H regresa al valor cero el material aun
presenta magnetizacioacuten denominada magnetizacioacuten remanente Mr Para eliminar
la magnetizacioacuten remanente se debe aplicar un campo Hc en sentido contrario al
campo inicialmente aplicado conocido como campo coercitivo Si se continuacutea
aumentando el campo se produce otra saturacioacuten en direccioacuten contraria Si desde
esa posicioacuten se disminuye el campo aplicado se vuelve a repetir el mismo
comportamiento dando lugar auacuten ciclo de histeacuteresis [74]
Figura 12 Representacioacuten de curva de magnetizacioacuten para un material
ferromagneacutetico [74]
26
Los paraacutemetros Ms Mr y Hc obtenidos a partir de la curva de magnetizacioacuten
corresponden a propiedades intriacutensecas de un material aunque los uacuteltimos dos
paraacutemetros mencionados no solo depende del tipo del material sino ademaacutes del
tamantildeo y forma del material temperatura y defecto del material [75]
Con la finalidad de comparar el comportamiento magneacutetico de diferentes materiales
frente a un campo aplicado eacutestos se pueden clasificar en diamagneacutetico
paramagneacutetico ferromagneacutetico (Figura 12) ferrimagneacutetico superparamagneacutetico
antiferromagneacutetico El instrumento maacutes utilizado en los anaacutelisis de materiales
magneacuteticos es el magnetoacutemetro de muestra vibrante (VSM) disentildeado para la
medicioacuten de la magnetizacioacuten y del cual se obtiene el ciclo de histeacuteresis [76 77]
Equipamiento
Para las curvas de magnetizacioacuten se pesaron 10 mg de las muestras las que se
depositaron en caacutepsula de policarbonato Dicha caacutepsula fue llevada al portamuestra
del magnetoacutemetro de muestra vibrante (VSM) modelo MLVSM9 MagLab 9T Oxford
Instrument Todas las mediciones se realizaron a 17degC
428 Adsorcioacuten de Faacutermacos en Nanotubo Fe3O4 y en nanotransportador
hiacutebrido Fe3O4-PAMAM
Los ensayos se disentildearon para seguir la adsorcioacuten del faacutermaco en funcioacuten del
tiempo Para ello en un vaso de precipitado colocado sobre una placa agitadora
con control de temperatura se contactan 200 mL de una disolucioacuten acuosa de SIL
(005 mgmL) con 10 mg del nanotransportador dispersos en 2 mL de agua
desionizada y colocados en el interior de bolsa de diaacutelisis (Thermo Scientific
SnakeSkin Dialysis Tubing 10K MWCO 22mm) tal como se muestra
esquemaacuteticamente en la Figura 13 La cineacutetica de la adsorcioacuten se siguioacute por medio
de espectroscopia de UV-visible tomando aliacutecuotas de 10 mL y monitoreadas a
una longitud de onda de maacutexima absorcioacuten (λmaacutex) del faacutermaco (288 nm) cada una
hora empleando un espectrofotoacutemetro UV-VIS (UV2310IISpectrophotometer) hasta
27
que no se detecta variacioacuten en las lecturas absorbancia en funcioacuten
Figura 13 Esquema del sistema de adsorcioacuten de faacutermacos en los
nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
El mismo procedimiento fue empleado para evaluar la capacidad de encapsulacioacuten
de piroxicam (PRX) donde se empleoacute una concentracioacuten inicial de 001 mgmL y
las medidas de absorbancia se siguieron a λmaacutex = 350 nm Todas las medidas de
absorbancia se realizaron por triplicado y la cuantificacioacuten se realizoacute empleando las
respectivas curvas de calibracioacuten de cada faacutermaco Para ambos sistemas NT-
Fe3O4 y Fe3O4-PAMAM las medidas de encapsulacioacuten se realizaron por duplicado
28
5 DISCUSIOacuteN Y ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
51 Caracterizacioacuten de los nanomateriales
511 Espectroscopia de infrarrojo con transformada de Fourier
La caracterizacioacuten espectroscoacutepica por FT-IR entrega informacioacuten sobre los
grupos superficiales existente en una muestra En la Figura 14 se observa el
espectro de NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM En el caso de NT-Fe3O4 se observa
una banda a 574 cm-1 que corresponde al stretching del enlace de Fe-O de la
magnetita seguido por la banda ubicada entre 945-980 cm-1 asociada al bending
del enlace FendashOndashH atribuido a los grupos hidroxilos adsorbidos en la superficie de
NT-Fe3O4 El bending a 1628 cm-1 se asigna a la vibracioacuten de las moleacuteculas de
H2O fisisorbidas sobre la superficie de la magnetita [78] por uacuteltimo entre 3090-
3430 cm-1 se observa una banda ancha correspondiente al stretching de los
grupos FendashOH superficiales [79 80]
Figura 14 Espectro FT-IR de (a) NT-Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-PAMAM Fuente
Elaboracioacuten propia
29
El NT-Fe3O4-PAMAM tiene un espectro similar al NT-Fe3O4 pero se pueden
identificar la banda asociada al bending N-H de las aminas primarias del PAMAM
a 1541 cm-1 mientras que a 1638 cm-1 se observa una banda atribuida al grupo
carbonilo (C=O) de las amidas que componen ramas de crecimiento internas del
dendriacutemero Las bandas entre 2849-2912 cm-1 corresponden a los stretching de
los grupos metileno (-CH2-) presentes en el agente de acople GPTMS y en la
cadena alifaacutetica del dendriacutemero PAMAM [13 81] Por uacuteltimo la banda de vibracioacuten
atribuida de los grupos ndashNH2 terminales se solapa con la sentildeal de los grupos ndashOH
de la superficie del NT-Fe3O4 Con lo anterior se verifica la presencia del
dendriacutemero PAMAM y la superficie del NT-Fe3O4 utilizando como agente de
acople GPTMS
512 Anaacutelisis Termogravimeacutetrico
Por medio del estudio de TGA se ha podido determinar la cantidad de PAMAM
conjugada en el soacutelido NT-Fe3O4 En la Figura 15 se muestran las curvas de
peacuterdida de masa porcentual en funcioacuten de la temperatura para los tres sistemas
preparados En el caso de NT-Fe3O4 se observa una curva continua hasta
alrededor de los 200degC donde comienza la peacuterdida de materia que corresponde a
desorcioacuten de agua fuertemente fisisorbida en el material En una segunda etapa a
500degC se detecta la peacuterdida en masa atribuida a la oxidacioacuten de las especies Fe2+
a Fe3+ con la consecuente peacuterdida de agua [82 83]
2Fe3O4 (s) + 12O2 (g) rarr 3Fe2O3 (s)
Posterior a 650degC se detecta una continua peacuterdida de masa la que se asume
corresponde a la deshidroxilacioacuten de las especies Fe-OH remanentes de la
formacioacuten de Fe2O3 Cuando al material se le inmoviliza el agente de acople
GPTMS se observa un perfil de peacuterdida en masa diferente al material de partida
La temperatura de inicio es de alrededor de 250degC en la cual comienza la
combustioacuten de la materia orgaacutenica atribuida al anclaje del agente de acople en la
30
superficie de NT-Fe3O4 finalizando alrededor de los 430degC En la zona del
termograma que denota la oxidacioacuten de las especies Fe2+ a Fe3+ se observa un
desplazamiento a 550degC atribuido a la estabilizacioacuten superficial que le confieren
los enlaces Fe-O-Si que se han formado durante el proceso de anclaje [84 85]
Figura 15 Termogramas de los materiales realizados en atmoacutesfera de O2 (a) NT-
Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-GPTMS y (c) NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten
propia
La diferencia en las masas remanentes entre ambas curvas ha permitido estimar
la cantidad de GPTMS que se ha inmovilizado en NT-Fe3O4 el cual se resume en
la Tabla 2 Soacutelo se puede determinar un estimado por esta teacutecnica pues se sabe
que las especies Fe-O-Si presente en la muestra se pueden sustituir en la matriz
del NT-Fe3O4 durante el proceso produciendo la mineralizacioacuten del GPTMS
4(Fe-O)3Si(CH2)3-(CH2OCH2)(s) + 25O2(g) rarr 2(Fe-O)3Si-O-Si(O-Fe)3(s) +
20CO2(g) + 16H2O(g)
31
Lo que al mismo tiempo podriacutea provocar el desplazamiento de la oxidacioacuten de las
especies Fe2+ a temperaturas superiores
Tabla 2 Porcentaje de peacuterdida de masa y material acoplado GPTMS y PAMAM
(G3) al NT-Fe3O4 Fuente Elaboracioacuten propia
Por uacuteltimo para el material hiacutebrido NT-Fe3O4-PAMAM muestra un perfil de
peacuterdida de masa continua desde los 75degC en adelante atribuido a la desorcioacuten de
H2O fisisorbida la que se incrementa respecto de los materiales precursores
atribuidos a la alta capacidad de adsorber agua por parte del dendriacutemero
inmovilizado en superficie Por sobre los 250degC comienza una segunda etapa de
peacuterdida en masa la que corresponde a la calcinacioacuten de la materia orgaacutenica
conferida por GPTMS-PAMAM la que ocurre en dos etapas 1) combustioacuten de la
materia orgaacutenica alifaacutetica (250degC) y 2) a la combustioacuten asociada a los enlaces
amidas de la ramas de crecimiento de PAMAM (450degC) la que al mismo tiempo se
acopla con la oxidacioacuten de la especies Fe2+ del material inorgaacutenico Comparando
los resultados obtenidos para NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-GPTMS se puede estimar el
contenido de PAMAM conjugado a la nanoestructura lo cual se resume en la
Tabla 2 Con estos resultados se puede inferir que la reaccioacuten de inmovilizacioacuten ha
afectado el contenido en masa del material el que se puede atribuir a la
conjugacioacuten de PAMAM en los NT-Fe3O4
513 Isotermas de Adsorcioacuten-Desorcioacuten de N2 a -196degC
Las isotermas de adsorcioacutendesorcioacuten de N2 a -196degC de los materiales NT-Fe3O4
y NT-Fe3O4-PAMAM se presentan en la Figura 16 Ambas isotermas son del tipo
IV de acuerdo a la calificacioacuten BDDT tiacutepica de soacutelidos mesoporosos y con ciclo
de histeacuteresis tipo H1 [72 73] caracteriacutesticas de capilares de forma tubular con
Material () (μmolg) (μmolm2)
NT-Fe3O4-GPTMS 39 165 66
NT-Fe3O4-PAMAM 168 243 097
32
abertura en sus extremos En la Tabla 3 se resumen los valores de superficies
especiacuteficas (SBET) distribuciones de tamantildeo promedio de poro de los materiales
(dPoro) y volumen total (VPoro) mostrando que la funcionalizacioacuten con GPTMS
seguido por la inmovilizacioacuten con dendriacutemero PAMAM en la superficie del NT-
Fe3O4 provoca una disminucioacuten de los valores
Figura 16 Isoterma de adsorcioacutendesorcioacuten de N2 a -196degC para (a) NT-Fe3O4 y (b)
NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Lo anterior se debe a que el GPTMS y PAMAM producen el cubrimiento parcial
de la superficie del material tubular NT-Fe3O4 lo que lleva a que los poros se
cierren o tapen estrechando sus cavidades y haciendo que el proceso de
desorcioacuten ocurra a menores presiones relativas Lo descrito con anterioridad
concuerda con el cambio en el ciclo de histeacuteresis gracias a una disminucioacuten del
diaacutemetro promedio de poro o bien un aumento en el grosor de la pared del
material tubular Esto es una evidencia experimental de la modificacioacuten superficial
del nanotubo la que presumiblemente ocurre de forma preferente en la superficie
interna del material
33
Tabla 3 Superficie especiacutefica tamantildeo promedio de poro y volumen de poro
determinadas por las de BET y BJH [73 86] para los materiales en base a NT-
Fe3O4 sintetizados Fuente Elaboracioacuten propia
condiciones normales Presioacuten y temperatura
514 Difraccioacuten de Rayos X
En la Figura 17 se muestran los perfiles de DRX para de NT α-Fe2O3 NT-Fe3O4 y
NT-Fe3O4-PAMAM El primer material corresponde a NT α-Fe2O3 debido a la
siacutentesis previa de nanotubos de hematita precursor de los nanotubos de
magnetita Se observan las difracciones propias de la hematita la cual coincide
con su estructura hexagonal (JCDS 33-0664) [87-89] Ademaacutes en la figura 17 se
observa la desaparicioacuten y aparicioacuten de picos desde el primer al segundo material
en este uacuteltimo aparecen los picos de la magnetita esto indica la reaccioacuten de
reduccioacuten de la hematita a magnetita con el consecuente cambio estructural
Los materiales NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM se detectan las difracciones tiacutepicas
para Fe3O4 con estructura cristalina del tipo magnetita la cual corresponde a una
estructura cuacutebica centrada en la cara de tipo espinela (AB2O4) inversa (JCPDS 19-
0629) [29 79 80] La modificacioacuten superficial con agente de acople seguido por el
acoplamiento con dendriacutemero PAMAM no provoca cambios en la estructura
cristalina del material NT-Fe3O4
Material SBET
(m2g-1)
dPoro
(nm)
VPoro
(cm3g-1)
NT-Fe3O4 59 33 01
NT-Fe3O4-PAMAM 25 19 005
34
Figura 17 Difractograma de rayos X para (a) NT α-Fe2O3 (b) NT-Fe3O4 y (c) NT-
Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
515 Microscopiacutea Electroacutenica de Barrido y Transmisioacuten
La estructura tubular de estos materiales se siguioacute por medio de microscopiacutea
electroacutenica de barrido y transmisioacuten En relacioacuten a la morfologiacutea superficial se
puede observar en la Figura 18 que en ambos materiales muestran la forma tiacutepica
de materiales nanotubulares huecos lo cual ratifica los resultados en la forma de
los ciclos de histeacuteresis observados en la caracterizacioacuten por isotermas de
adsorcioacuten de N2 a -196degC (Figura 16) En relacioacuten a la modificacioacuten superficial del
material NT-Fe3O4 con GPTMS y PAMAM se mantiene la morfologiacutea del material
inorgaacutenico en acuerdo con la caracterizacioacuten por DRX
35
Figura 18 Imaacutegenes de SEM de los materiales (a) NT-Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-
PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Para poder determinar de forma directa los tamantildeos partiacutecula longitud y diaacutemetro
de NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM se ha realizado la caracterizacioacuten por TEM y
sus respectivas micrografiacuteas se muestran en la Figura 19 Al igual que en el caso
de SEM se observan nanoestructuras que muestran una morfologiacutea definida de
tipo tubular con una cavidad regular abierta en sus extremos
A traveacutes del conteo de los nanotubos y la medicioacuten directa de sus tamantildeos se han
determinado las curvas de distribucioacuten para el largo y diaacutemetro externo de los
nanotubos tal como se muestra en la Figura 19 Los valores promedio del largo
fueron del orden de 280 y 286 nm y los diaacutemetros externos fueron 151 y 159 nm
para NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM respectivamente Al comparar las imaacutegenes y
sus correspondientes dimensiones obtenidas se puede observar que la
morfologiacutea del material no se ve afectada al modificar la superficie del NT-Fe3O4
durante el proceso de conjugacioacuten con el dendriacutemero PAMAM
(b) (a)
36
Figura 19 Micrografiacuteas de TEM de NT-Fe3O4 (a b) NT-Fe3O4-PAMAM (e f) y las
curvas de distribucioacuten del largo (c g) y diaacutemetro externo (d h) para ambos NT-
Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM respectivamente Fuente Elaboracioacuten propia
(a) (b)
(h) (g)
(f) (e)
(d) (c)
37
516 Propiedades magneacuteticas
Las propiedades magneacuteticas de NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM fueron estudiadas
por medio de un anaacutelisis VSM y las curvas de magnetizacioacuten se muestran en la
Figura 20 dando como resultado para ambos materiales la propiedad
ferrimagneacutetica Aquello se debe a que la foacutermula de la magnetita Fe3O4 puede
escribirse en la forma Fe3+[Fe2+Fe3+]O4 seguacuten la foacutermula general AB2O4 de tipo
espinela inversa Donde la mitad de los cationes Fe3+ ocupan sitios tetraeacutedricos
mientras que la otra mitad de Fe3+ y los cationes Fe2+ ocupan los sitios
octaeacutedricos Los cationes de Fe3+ se distribuyen por tanto en dos posiciones
diferentes en la estructura pero con direcciones opuestas de espiacuten magneacutetico por
lo tanto los momentos magneacuteticos de los cationes Fe3+ se anulan entre siacute
mientras que los momentos magneacuteticos de los cationes Fe2+ que posee espiacuten de
menor magnitud comparado con Fe3+ son los responsables del momento
magneacutetico neto en la magnetita [27 77 90] De la graacutefica de la Figura 20 se
observa que el ciclo de magnetizacioacuten muestra un ciclo de histeacuteresis de similares
caracteriacutesticas Este resultado permite suponer que la modificacioacuten con el agente
de acople GPTMS y posterior anclaje de PAMAM no perturboacute las propiedades
magneacuteticas del soporte durante la siacutentesis De la Figura 20 se pueden extraer el
valor de la magnetizacioacuten remanente (Mr) y coercitividad (Hc) en ausencia del
campo aplicado y el valor de magnetizacioacuten de saturacioacuten (Ms) los cuales se
resumen en la Tabla 4
Tabla 4 Resumen de paraacutemetros magneacuteticos para los materiales preparados a
17degC Fuente Elaboracioacuten propia
Material Ms
(emug)
Mr
(emug)
Hc
(Oe)
Fe3O4 bulk 92 - lt 100
NT-Fe3O4 67 16 249
NT-Fe3O4-PAMAM 58 10 240
38
Los valores de Ms que se encuentran en los materiales nanoestructurados son
generalmente maacutes pequentildeos que la magnetita bulk lo cual puede ser atribuido al
aumento de efectos superficiales y a la presencia de dendriacutemero PAMAM A su
vez se han reportado valores experimentales para Ms en nanopartiacuteculas de
magnetita que abarcan entre 30-50 emug inferior al valor del mineral magnetita
90 emug [39 91-93] Por el contrario los valores de Hc encontrados para ambas
nanoestructuras son mayores al ser comparado con la magnetita bulk debido a la
disminucioacuten del tamantildeo de partiacutecula
39
Figura 20 Curva de magnetizacioacuten obtenida para NT-Fe3O4 (a b) y NT-Fe3O4-
PAMAM (c d) utilizando un magnetoacutemetro de muestra vibrante (VSM) a 17degC
Fuente Elaboracioacuten propia
(a) (b)
(c) (d)
40
52 Estudios de la adsorcioacuten de Faacutermacos en Nanotubo Fe3O4 y en
nanotransportador hiacutebrido Fe3O4-PAMAM
521 Faacutermacos de intereacutes
Luego de la caracterizacioacuten de los materiales puro e hiacutebrido se procedioacute a realizar
en cada uno de ellos la adsorcioacuten de faacutermacos Esto con la finalidad de determinar
el tiempo y capacidad maacutexima de adsorcioacuten mediante estudios de cineacutetica de
adsorcioacuten
En esta investigacioacuten se ha decidioacute emplear dos clases de faacutermacos poco solubles
para estudiar la capacidad de adsorcioacuten de los nanotransportadores sintetizados
El piroxicam (PRX M 331348 gmol) es una clase de faacutermaco antiinflamatorio no
esteroidal perteneciente al grupo oxicam [94 95] como se observa en la Figura
21 (a) posee un grupo enoacutelico (pKa 18) y un grupo piridiacutenico (pKa 63) [96 97]
presenta propiedades analgeacutesicas antipireacuteticas a su vez alivia dolores para la
artritis reumatoide la artrosis y los siacutentomas de la dismenorrea [59]
(a) (b)
Figura 21 Estructuras de los faacutermacos de intereacutes (a) Piroxicam y (b) Silibinina
Fuente Elaboracioacuten propia
41
No obstante PRX provoca efectos secundarios principalmente uacutelceras gaacutestricas
ademaacutes es praacutecticamente insoluble en agua [98 99] Para reducir estos efectos
existen investigaciones que tienen relacioacuten con el transporte y liberacioacuten de
faacutermacos que pueden cargar eficazmente el faacutermaco para apuntar hacia el sitio de
accioacuten aumentando la eficacia terapeacuteutica y reducir al miacutenimo los efectos
secundarios donde sistemas de microesferas de albuacutemina de suero bovino han
sido utilizadas para la liberacioacuten piroxicam [100]
El otro faacutermaco de intereacutes estudiado es la silibinina (SIL M 48244 gmol) que es
un flavonoide polifenoacutelico natural que se aiacutesla de la planta de cardo de leche
Silybum marianum Posee cinco grupos hidroxilos un grupo carbonilo y tres
grupos fenilos tal como se muestra en la Figura 21 (b) Esta moleacutecula tiene varios
grupos ionizables con sus respectivos pKa1 70 pKa2 877 pKa3 957 pKa4
1166 [101] y ha sido ampliamente utilizada por sus efectos hepatoprotectores
Sin embargo la eficacia de silibinina como faacutermaco estaacute muy limitada debido a su
escasa solubilidad en agua y una baja biodisponibilidad despueacutes de su
administracioacuten oral A fin de superar los defectos de la silibinina libre muchos
enfoques se han adoptado como son los sistemas de entrega liposomal de
transporte lipiacutedicos nanoestructurados de complejo silibinina-fosfoliacutepido y
nanosuspensiones [102]
Es importante notar que los estudios de la cineacutetica de adsorcioacuten son
determinantes en teacuterminos de conocer coacutemo variacutea la concentracioacuten de faacutermaco
adsorbida en funcioacuten del tiempo para una proporcioacuten faacutermacoadsorbente dada La
cineacutetica de adsorcioacuten permite conocer el tiempo en que se realiza el proceso de
adsorcioacuten y ha de practicarse antes de la determinacioacuten de una isoterma de
adsorcioacuten Puesto que se trabaja con disolucioacuten se debe en cuenta los factores
que influyen en el proceso ya que el tiempo necesario para alcanzar el equilibrio
estaacute en funcioacuten de las caracteriacutesticas del adsorbente y del adsorbato de la
quiacutemica de la disolucioacuten de la temperatura y del pH La data de la cineacutetica de
adsorcioacuten de los faacutermacos en los nanotransportadores se ajustoacute a los modelos
42
cineacuteticos de pseudo-primer orden pseudo-segundo orden y cineacuteticas que
involucran quimisorcioacuten [103-106] para ambos nanotransportadores en presencia
de los faacutermacos PRX y SIL
De forma general se puede decir que el modelo de pseudo-primer orden o modelo
de Lagergren se basa en la suposicioacuten de que cada moleacutecula de adsorbato se
adsorbe en un sitio del adsorbente lo cual en teacuterminos de cineacutetica de reaccioacuten se
expresa como
(1)
y la forma integrada de esta ecuacioacuten queda definida como
(2)
donde la qe y qt (mgfarmgads) son la cantidad maacutexima de faacutermaco adsorbida una
vez alcanzado el equilibrio (trarr) y la cantidad de faacutermaco adsorbida al tiempo t
respectivamente y k1 (h-1) es la constante cineacutetica de pseudo-primer orden
Para el caso del modelo de pseudo-segundo orden o modelo de Ho desarrollado
por Ho y McKay [107] supone que el adsorbato se adsorbe en dos sitios activos
del adsorbente En este caso la ecuacioacuten de la cineacutetica de adsorcioacuten se expresa
como
(3)
y la forma integrada de esta ecuacioacuten queda definida como
(4)
43
donde k2 (gadsmgfarmmiddoth) es la constante cineacutetica de adsorcioacuten de pseudo-segundo
orden Es importante mencionar que ambos modelos cineacuteticos se basan en la
homogeneidad de la superficie del adsorbente y donde soacutelo se considera la
cantidad de sitios involucrados en el proceso Esto se puede interpretar en
teacuterminos cineacuteticos en que la energiacutea de activacioacuten asociada a la adsorcioacuten del
faacutermaco en la superficie es constante y uacutenica en todos los sitios del adsorbente
No obstante cuando la superficie es heterogeacutenea en los sitios de adsorcioacuten se
observa que los modelos propuestos pueden perder validez En estos casos se
prefiere emplear el modelo de Elovich de aplicacioacuten general en procesos de
quimisorcioacuten el cual supone que los sitios activos del adsorbente son
heterogeacuteneos y por ello exhiben diferentes energiacuteas de activacioacuten basaacutendose en
un mecanismo de reaccioacuten de segundo orden para un proceso de reaccioacuten
heterogeacutenea Este modelo ha mostrado resultados satisfactorios en la
identificacioacuten del mecanismo controlante en procesos de adsorcioacuten de un soluto
en fase liacutequida a partir de un soacutelido adsorbente [106 108] y queda descrito
matemaacuteticamente como
(5)
y la forma integrada de esta ecuacioacuten queda definida como
(5)
donde α (mgfarmgadsmiddoth) es la constante de velocidad inicial de adsorcioacuten y β estaacute
relacionado con la superficie cubierta y la energiacutea de activacioacuten por
quimiadsorcioacuten (mgfarmgads) denominada constante de velocidad de desorcioacuten
Finalmente debe considerarse tambieacuten alguna hipoacutetesis sobre el mecanismo de
difusioacuten de los faacutermacos al interior de la estructura de los nanotransportadores Un
modelo aceptado en la literatura es el de difusioacuten intraparticular en el interior de
44
los poros de la partiacutecula de adsorbente el que se basa en el transporte de soluto a
traveacutes de la estructura interna de los poros de adsorbente y la difusioacuten
propiamente dicha en el soacutelido lo que conlleva a asumir que el adsorbente posee
una estructura porosa homogeacutenea Weber y Morris (1963) concluyeron que en un
proceso controlado por la adsorcioacuten en los poros la velocidad inicial es
directamente proporcional a la concentracioacuten del soluto La difusioacuten intraparticular
se caracteriza por la dependencia entre la adsorcioacuten especiacutefica y la raiacutez cuadrada
del tiempo siendo la pendiente la velocidad de difusioacuten intraparticular
Con base en lo anterior la ecuacioacuten que define la difusioacuten intraparticular viene
dada por
(5)
Donde ki (mgfarmgadsmiddoth 12) es la constante de velocidad de difusioacuten intraparticular y
Ci entrega informacioacuten sobre el grosor de la capa de adsorbato [105] Esta
ecuacioacuten ha sido utilizada por diferentes investigadores para determinar si la
difusioacuten intraparticular es la etapa controlante de la dinaacutemica de adsorcioacuten de
especies ioacutenicas [109 110]
522 Adsorcioacuten de PRX
Las cineacuteticas de adsorcioacuten de ambos nanotransportadores para PRX se muestran
en la Figura 22 Para ellos se realizaron ajustes no lineales de la data
experimental y los valores obtenidos los cuales se reportan en la Tabla 5 Los
faacutermacos son moleacuteculas capaces de establecer interacciones supramoleculares
con nanomateriales las que dependeraacuten de los grupos funcionales que posean
del solvente en el cual se encuentran disueltos y el pH del medio Las
interacciones supramoleculares maacutes frecuentes son las electrostaacuteticas enlaces de
hidroacutegeno van der Waals e hidrofoacutebicas [111 112]
45
En el caso de lo nanotransportadores empleados en este estudio se observa que
ambos materiales adsorben PRX y los datos experimentales se ajustan a una
cineacutetica de pseudo-primer orden Se ha elegido este modelo pues las funciones
estadiacutesticas de coeficiente de correlacioacuten (R2) y el test de chi-cuadrado (χ2) el cual
es una prueba de hipoacutetesis que compara la distribucioacuten observada de los datos
con una distribucioacuten esperada de los datos Ambos caacutelculos se realizaron
mediante empleando el software Origin Pro 80 mediante la funcioacuten de anaacutelisis no
lineal donde se ajustaron los tres modelos estudiados
Figura 22 Cineacutetica y ajustes de modelos cineacuteticos de adsorcioacuten para PRX en los
nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Figura 23 Esquema propuesto para la adsorcioacuten de PRX en los sistemas
sintetizados (A) Fe3O4-NT y (B) Fe3O4-NT-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Sistema aislado Sistema en disolucioacuten
Sistema aislado Sistema en disolucioacuten
46
Tabla 5 Modelos cineacuteticos para la adsorcioacuten de PRX en los adsorbentes NT-
Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
qe exp (mgPRXgads) 391 487
Pseudo primer-orden (Modelo de Lagergren)
qe (mgPRXgads) 413 488
k1 (h-1) 0038 0079
R2 09964 09911
χ2 0817 287
Pseudo segundo-orden (Modelo de Ho)
qe (mgPRXgads) 539 566
k2 (gAdsmgPRXmiddoth) 649x10-4 168x10-3
R2 09921 09935
χ2 179 210
Quimisoricioacuten (Modelo de Elovich)
α (mgPRXgadsmiddoth) 595 1629
β (mgPRXg) 0100 0097
R2 09501 09613
χ2 1030 1085
Cabe mencionar que de acuerdo a los reportes Rozou y col [96] el faacutermaco PRX
al pH de adsorcioacuten se encuentra en su forma zwitterioacutenica El Fe3O4 es un material
inorgaacutenico que muestra un pI de 68 [113] A las condiciones de adsorcioacuten
estudiadas el pH del agua fue de 60 luego la superficie del NT-Fe3O4 se
encuentra cargada de forma positiva esperaacutendose que la interaccioacuten del faacutermaco
con el adsorbente sea mediada por interacciones electroestaacuteticas tal como se
muestra en el esquema de la Figura 23
Con la incorporacioacuten del PAMAM a la fase inorgaacutenica se observa un incremento
de un 25 en la capacidad de adsorcioacuten de PRX Esto se puede interpretar en
47
teacuterminos moleculares haciendo la aproximacioacuten de los moles disponibles de
PAMAM en funcioacuten de la cantidad adsorbida en comparacioacuten a NT-Fe3O4 sin
modificar Desde la Tabla 2 se sabe que hay una cantidad de 243 micromol de
PAMAM por gramo de adsorbente debido a que el incremento en la adsorcioacuten
fueron 96 mg de PRX (o 290 micromol de PRX) se puede asumir una estequiometriacutea
PRXPAMAM = 119 De acuerdo a reportes previos publicados por nuestro grupo
de investigacioacuten se sabe que PRX a pH 70 se adsorbe efectivamente en la
estructura PAMAM alcanzando una estequiometriacutea PRXPAMAM = 23 [59] En
este caso pH 60 no hay cambios significativos en la estructura del faacutermaco ni
en la del dendriacutemero por lo que deberiacutea haberse esperado un incremento
significativo de la adsorcioacuten de PRX en relacioacuten al nanotransportador NT-Fe3O4
Sin embargo este efecto no fue observado en el nanotubo hiacutebrido funcionalizado
con PAMAM Con estos resultados se puede asumir que la afinidad del PRX
mucho mayor por la adsorcioacuten en el material inorgaacutenico que por la adsorcioacuten en
los bolsillos de la cavidades internas del PAMAM
En relacioacuten a los resultados cineacuteticos se observa un aumento en la pseudo-
constante cineacutetica de adsorcioacuten siendo k1(NT-Fe3O4) lt k1(NT-Fe3O4-PAMAM) Para poder
interpretar el fenoacutemeno en forma mecaniacutestica la data experimental se ha ajustado
al modelo de difusioacuten intrapartiacutecula de Weber-Morris el que se muestra en la
Figura 24 En esta figura se puede observar tres segmentos lineales lo cual indica
que el proceso de adsorcioacuten de PRX en los nanotubos procede en tres etapas
para ambos sistemas Una situacioacuten similar ha sido observada en el caso de la
cineacutetica de adsorcioacuten de cefalosporina en micropartiacuteculas polimeacutericas por Cigu y
colaboradores quienes han descritos las diferentes etapas de la siguiente
forma[105]
a) Adsorcioacuten del adsorbato en la superficie del adsorbente
b) Difusioacuten intrapartiacutecula desde la zona externa a la superficie del adsorbente
c) Equilibrio de adsorcioacuten donde quedan muy pocos sitios disponibles para la
adsorcioacuten
48
Figura 24 Graacutefico de adsorcioacuten de PRX en los nanotransportadores sintetizados
considerando un modelo de difusioacuten intrapartiacutecula en tres etapas Fuente
Elaboracioacuten propia
Ambos sistemas muestran el mismo perfil de difusioacuten intrapartiacutecula y los valores
de las constantes de velocidad para las etapas (a) y (b) presentan valores
relativamente bajos aunque difieren levemente tal como se resume en la Tabla 6
En el caso de NT-Fe3O4 se observa que la etapa limitante corresponde a la
adsorcioacuten de PRX en la superficie del nanomaterial a diferencia de NT-Fe3O4-
PAMAM donde se observa que la etapa limitante es la difusioacuten intrapartiacutecula Esta
diferencia se puede explicar debido a que PAMAM posee grupos ndashNH2
superficiales que al pH de adsorcioacuten estaacuten protonados (ver Figura 23) lo que
incrementa la carga eleacutectrica superficial del nanotransportador este hecho podriacutea
provocar un aumento en la velocidad inicial de adsorcioacuten de PRX si los efectos
electroestaacuteticos gobiernan la velocidad de reaccioacuten en esta etapa considerando
que el PRX presenta una estructura dipolar a pH 60 Sin embargo en la etapa
subsiguiente caracterizada por la adsorcioacuten gradual de PRX las moleacuteculas de
PAMAM unidas covalentes a la superficie de NT-Fe3O4 dificultan el proceso de
difusioacuten intrapartiacutecula provocando una caiacuteda en la constante k(b)
49
Tabla 6 Modelo de difusioacuten intra-partiacutecula para la adsorcioacuten de PRX en los
adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM considerando dos etapas
determinantes en la adsorcioacuten del faacutermaco y una tercera de equilibrio Fuente
Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
Modelo de difusioacuten intrapartiacutecula (Modelo de Weber-Morris)
k(a) (mgPRXgadsh12) 311 766
R(a)2 09879 09903
k(b) (mgPRXgadsh12) 683 409
R(b)2 09872 09944
523 Adsorcioacuten de SIL
En la Figura 25 se muestran las graacuteficas cineacuteticas para la adsorcioacuten de SIL en los
dos nanotransportadores sintetizados Las consideraciones de ajuste de los
modelos cineacuteticos se hicieron de la misma forma que para los estudios realizados
con PRX y los valores obtenidos se resumen en la Tabla 7
Figura 25 Cineacutetica y ajustes de modelos cineacuteticos de adsorcioacuten para SIL en los
nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
50
El comportamiento de los sistemas frente a la adsorcioacuten de SIL muestra la misma
tendencia que la observada en el caso de PRX Ambos nanomateriales adsorben
SIL y la capacidad maacutexima se ve incrementada por la presencia de PAMAM Sin
embargo en este caso ambos sistemas nanotransportadores presentan una gran
afinidad por el faacutermaco obtenieacutendose cargas maacuteximas superiores a 650 mg de
SIL por gramo de nanomaterial valores muy superiores a los obtenidos en el caso
de PRX
El faacutermaco SIL se encuentra como moleacutecula neutra al pH de adsorcioacuten (pKa1 70
pKa2 877 pKa3 957 pKa4 1166) Para la adsorcioacuten en NT-Fe3O4 se espera
que las fuerzas que estaacuten predominando en la adsorcioacuten del faacutermaco sean del tipo
Van der Waals y enlace de hidroacutegeno entre los grupos funcionales de SIL y los
grupos hidroxilos de la NT-Fe3O4 Por otro lado las contribuciones hidrofoacutebicas
tambieacuten deberiacutean jugar un rol importante en la adsorcioacuten del faacutermaco en estos
nanomateriales especialmente en el sistema hiacutebrido NT-Fe3O4-PAMAM En el
caso del PAMAM estudios recientes realizados en nuestro grupo de investigacioacuten
han mostrado la gran afinidad que presenta el dendriacutemero por SIL y
experimentos NOESY han demostrado la adsorcioacuten de las moleacuteculas de SIL en las
cavidades internas del PAMAM
Asiacute para el material NT-Fe3O4-PAMAM se observa un incremento significativo de
la adsorcioacuten en relacioacuten al material inorgaacutenico En este caso el faacutermaco SIL
interacciona no solo con NT-Fe3O4 sino que tambieacuten con el dendriacutemero presente
Si se hace el caacutelculo entre la cantidad adsorbida de SIL en presencia de PAMAM
(1504 mg o 3117 micromol por gramo de adsorbente respectivamente) se obtiene
una relacioacuten molar de SILPAMAM = 128 Considerando esta evidencia puede
suponerse que el faacutermaco en el adsorbente NT-Fe3O4-PAMAM no soacutelo se adsorbe
en la superficie del oacutexido inorgaacutenico sino que tambieacuten se estaacute adsorbiendo en las
cavidades del PAMAM con estequiometriacuteas similares a las observadas para otros
faacutermacos insolubles previamente estudiados por nuestro grupo [51 59]
51
Tabla 7 Modelos cineacuteticos para la adsorcioacuten de SIL en los adsorbentes NT-Fe3O4
y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
qe exp (mgSILgads) 6750 8254
Pseudo primer-orden (Modelo de Lagergren)
qe (mgSILgads) 6853 8837
k1 (h-1) 0052 0062
R2 09975 09956
χ2 1656 4415
Pseudo segundo-orden (Modelo de Ho)
qe (mgSILgads) 8706 10233
k2 (gAdsmgSILmiddoth) 673x10-5 535x10-5
R2 09936 09954
χ2 4209 4576
Quimisorcioacuten (Modelo de Elovich)
α (mgSILgadsmiddoth) 1319 1956
β (mgSILg) 569x10-3 548x10-3
R2 09695 09510
χ2 18184 45945
En relacioacuten a los modelos de adsorcioacuten se observa que ambos sistemas se
ajustan mejor a cineacuteticas de pseudo-primer orden con respecto a la adsorcioacuten de
SIL con coeficientes de correlacioacuten y test de chi-cuadrado confiables para el
modelo Las constantes pseudo primer-orden son similares para ambos sistemas
k1(NT-Fe3O4) ~ k1(NT-Fe3O4-PAMAM) y del mismo orden de magnitud que las
determinadas en el caso de la adsorcioacuten de PRX En la Figura 25 se observa que
el maacuteximo de adsorcioacuten de SIL se alcanza a tiempos superiores a 50 horas para
ambos adsorbentes
52
Para entender de manera maacutes acabada la forma en que operan los fenoacutemenos
cineacuteticos de adsorcioacuten se ha realizado el ajuste de Weber-Morris para el modelo
de difusioacuten de intrapartiacutecula el que se muestra en la Figura 26 el cual nuevamente
revela un proceso de adsorcioacuten en tres etapas y los valores de las constantes de
velocidad para las etapas (a) y (b) presentan valores relativamente altos como se
resume en la Tabla 8
Figura 26 Graacutefico de adsorcioacuten de SIL en los nanotransportadores sintetizados
considerando un modelo de difusioacuten intrapartiacutecula en tres etapas Fuente
Elaboracioacuten propia
Considerando que a pH 60 el NT- Fe3O4 se encuentra en su forma protonada SIL
para adsorberse en la superficie del material deberaacute desplazar ese equilibrio para
ocupar un sitio de la superficie tal como se muestra en el siguiente esquema
Fe-OH + H2O [Fe-O-H-OH2]+
[Fe-O-H-OH2]+ + SIL [Fe-O-H-O-SIL] + H2O
Este equilibrio es el que determina la cineacutetica del proceso de adsorcioacuten en el caso
del adsorbente NT-Fe3O4 En el caso del nanotransportador hiacutebrido tambieacuten se
53
observa que la etapa de adsorcioacuten es la limitante de la velocidad del proceso
Comparando ambos sistemas se detecta que k(a)(NT-Fe3O4) ~ k(a)(NT-Fe3O4-PAMAM)
Esta diferencia se puede atribuir a la presencia del dendriacutemero PAMAM en el caso
del nanotransportador hiacutebrido En teacuterminos de naturaleza superficial se espera
que la asociacioacuten SIL-PAMAM incremente la velocidad del proceso con respecto al
nanotransportador inorgaacutenico
Tabla 8 Modelo de difusioacuten intra-partiacutecula para la adsorcioacuten de SIL en los
adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM considerando dos etapas
determinantes en la adsorcioacuten del faacutermaco y una tercera de equilibrio Fuente
Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
Modelo de difusioacuten intrapartiacutecula (Modelo de Weber-Morris)
k(a) (mgSILgadsh12) 577 885
R(a)2 09881 09935
k(b) (mgSILgadsh12) 1059 1135
R(b)2 09803 09828
54
6 CONCLUSIONES Y PERSPECTIVAS
Se logroacute sintetizar los nanotubos de magnetita NT-Fe3O4 obtenidos por la
reduccioacuten de los nanotubos de hematita α-Fe2O3 sintetizados a partir de
tratamiento hidrotermal Se verificoacute la estructura de la magnetita su forma tubular
y propiedades magneacuteticas a traveacutes de las teacutecnicas de caracterizacioacuten difraccioacuten de
rayos X microscopiacutea electroacutenica de transmisioacuten y medidas de susceptibilidad
magneacutetica respectivamente
El nanotubo inorgaacutenico obtenido sirvioacute de soporte para la conjugacioacuten de
dendriacutemero de poli-(amidoamina) de tercera generacioacuten el cual se logroacute inmovilizar
en la superficie de NT-Fe3O4 con un contenido del 16 en masa respecto del
material hiacutebrido El proceso de inmovilizacioacuten no perturboacute las propiedades del
soporte inorgaacutenico en relacioacuten a las propiedades magneacuteticas cristalinas o de
tamantildeo y forma
Los materiales obtenidos fueron capaces de actuar como adsorbentes de los
faacutermacos piroxicam y silibinina siendo eacuteste uacuteltimo quien mostroacute incrementar la
capacidad de adsorcioacuten en presencia de PAMAM Para ambos sistemas y
faacutermacos se determinaron las curvas cineacuteticas de adsorcioacuten donde se logroacute
determinar que independiente del faacutermaco ambos nanotransportadores muestran
ajustarse a cineacuteticas de pseudo-primer orden Finalmente la presencia de PAMAM
no soacutelo potencia la capacidad de adsorcioacuten en los faacutermacos testeados sino que
tambieacuten acelera la etapa de adsorcioacuten superficial con respecto a la determinada
para el adsorbente NT-Fe3O4 por medio del modelo de difusioacuten de Weber-Morris
Para el faacutermaco piroxicam se observoacute que la adsorcioacuten fue mediada
principalmente por interacciones del tipo electroestaacuteticas entre la forma
zwitterioacutenica de piroxicam y la superficie de los nanotransportadores La etapa
limitante de la cineacutetica adsorcioacuten para el caso de NT-Fe3O4 fue la adsorcioacuten
55
superficial y en el caso de NT-Fe3O4-PAMAM fue la etapa de difusioacuten
intrapartiacutecula
Finalmente para el faacutermaco silibinina se observoacute que la adsorcioacuten fue mediada
por las fuerzas de tipo Van der Waals y enlace de hidroacutegeno entre los grupos
funcionales de SIL y los grupos hidroxilos de NT-Fe3O4 Por otro lado las
contribuciones hidrofoacutebicas tambieacuten juegan un rol importante en la adsorcioacuten del
faacutermaco en estos nanomateriales especialmente en el sistema hiacutebrido NT-Fe3O4-
PAMAM Por uacuteltimo se determinoacute que la capacidad de adsorcioacuten se vio
directamente mejorada por la asociacioacuten PAMAM-SIL la que alcanzoacute una relacioacuten
molar SILPAMAM = 12 En ambos casos se observoacute que la etapa limitante de la
cineacutetica de adsorcioacuten fue la adsorcioacuten superficial de SIL en los adsorbentes
56
REFERENCIAS
[1] AZ Wilczewska K Niemirowicz KH Markiewicz H Car Pharmacological
Reports 64 (2012) 1020-1037
[2] S Parveen R Misra SK Sahoo Nanomedicine Nanotechnology Biology
and Medicine 8 (2012) 147-166
[3] V Grazu M Moros C Saacutenchez-Espinel MdlF Jesus V Grazu Frontiers
of Nanoscience Elsevier 2012 pp 337-440
[4] F Danhier O Feron V Preacuteat Journal of Controlled Release 148 (2010)
135-146
[5] A Wicki D Witzigmann V Balasubramanian J Huwyler Journal of
Controlled Release 200 (2015) 138-157
[6] JH Lee Y Yeo Chemical Engineering Science 125 (2015) 75-84
[7] S Manchun CR Dass P Sriamornsak Life Sciences 90 (2012
) 381-387
[8] JHE Arts M Hadi AM Keene R Kreiling D Lyon M Maier K Michel
T Petry UG Sauer D Warheit K Wiench R Landsiedel Regulatory Toxicology
and Pharmacology 70 (2014) 492-506
[9] KA Pramod CP Sunny Nanobiomaterials Handbook CRC Press 2011
pp 1-24
[10] A Khorsand S Jamehbozorgi R Ghiasi M Rezvani Physica E Low-
dimensional Systems and Nanostructures 72 (2015) 120-127
[11] V Loacutepez-Daacutevila AM Seifalian M Loizidou Current Opinion in
Pharmacology 12 (2012 ) 414-419
[12] P-C Lee C-L Peng M-J Shieh Journal of Controlled Release 225
(2016) 140-151
[13] CC Torres CH Campos C Diaacutez VA Jimeacutenez F Vidal L Guzmaacuten JB
Alderete Materials Science and Engineering C 65 (2016) 164-171
[14] CH Campos CF Diacuteaz JL Guzmaacuten JB Alderete CC Torres VA
Jimeacutenez Macromolecular Chemistry and Physics 217 (2016) 1712-1722
[15] D Chang Y Gao L Wang G Liu Y Chen T Wang W Tao L Mei L
57
Huang X Zeng Journal of Colloid and Interface Science 463 (2016) 279-287
[16] J Zaloga M Poumlttler G Leitinger RP Friedrich G Almer S Lyer E
Baum R Tietze R Heimke-Brinck H Mangge F Dorje G Lee C Alexiou
European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics 101 (2016) 152-162
[17] RS Dhanikula P Hildgen Bioconjugate Chemistry 17 (2006) 29-41
[18] A Kesavan P Ilaiyaraja W Sofi Beaula V Veena Kumari J Sugin Lal C
Arunkumar G Anjana S Srinivas A Ramesh SK Rayala D Ponraju G
Venkatraman European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics 96
(2015) 255-263
[19] S Biswas P Kumari PM Lakhani B Ghosh European Journal of
Pharmaceutical Sciences 83 (2016) 184-202
[20] ML Tebaldi RM Belardi SR Montoro Design and Applications of
Nanostructured Polymer Blends and Nanocomposite Systems William Andrew
Publishing Boston 2016 pp 171-186
[21] D Bansal A Gulbake J Tiwari SK Jain International Journal of
Biological Macromolecules 82 (2016) 687-695
[22] AS Timin EV Balantseva SY Khashirova EV Rumyantsev TY
Osadchaya Colloids and Surfaces A Physicochemical and Engineering Aspects
477 (2015) 26-34
[23] J Gautier E Allard-Vannier E Munnier M Souceacute I Chourpa Journal of
Controlled Release 169 (2013) 48-61
[24] SL Leung Z Zha C Cohn Z Dai X Wu Colloids and Surfaces B
Biointerfaces 121 (2014) 141-149
[25] Y Liu Y Ng MR Toh GNC Chiu Journal of Controlled Release 220
Part A (2015) 438-446
[26] G Xu L Li Z Shen Z Tao Y Zhang H Tian X Wei G Shen G Han
Journal of Alloys and Compounds 629 (2015) 36-42
[27] MF Horst V Lassalle ML Ferreira Frontiers of Environmental Science amp
Engineering 9 (2015) 746-769
[28] TJ Bastow A Trinchi MR Hill R Harris TH Muster Journal of
Magnetism and Magnetic Materials 321 (2009) 2677-2681
58
[29] S Bagheri D Ramimoghadam A TermehYousefi SB Abd Hamid
International Journal of Hydrogen Energy 40 (2015) 16178-16183
[30] G Kandasamy D Maity International Journal of Pharmaceutics 496 (2015)
191-218
[31] DS Keerthana K Namratha K Byrappa HS Yathirajan Journal of
Magnetism and Magnetic Materials 378 (2015) 551-557
[32] M Darroudi M Hakimi E Goodarzi R Kazemi Oskuee Ceramics
International 40 (2014) 14641-14645
[33] G Sharma P Jeevanandam RSC Advances 3 (2013) 189-200
[34] C-J Jia L-D Sun F Luo X-D Han LJ Heyderman Z-G Yan C-H
Yan K Zheng Z Zhang M Takano N Hayashi M Eltschka M Klaumlui U
Ruumldiger T Kasama L Cervera-Gontard RE Dunin-Borkowski G Tzvetkov J
Raabe Journal of the American Chemical Society 130 (2008) 16968-16977
[35] N Mizutani T Iwasaki S Watano T Yanagida T Kawai Current Applied
Physics 10 (2010) 801-806
[36] C-J Jia L-D Sun Z-G Yan L-P You F Luo X-D Han Y-C Pang Z
Zhang C-H Yan Angewandte Chemie 117 (2005) 4402-4407
[37] Z-G Yue W Wei Z-X You Q-Z Yang H Yue Z-G Su G-H Ma
Advanced Functional Materials 21 (2011) 3446-3453
[38] SJ Son X Bai SB Lee Drug Discovery Today 12 (2007) 650-656
[39] SJ Son J Reichel B He M Schuchman SB Lee Journal of the
American Chemical Society 127 (2005) 7316-7317
[40] GT Hermanson Bioconjugate Techniques (Third edition) Academic Press
Boston 2013 pp 535-548
[41] S Mallakpour M Madani Progress in Organic Coatings 86 (2015) 194-207
[42] P Yu J He L Yang M Pu X Guo Journal of Catalysis 260 (2008) 81-85
[43] X Zheng T Wang H Jiang Y Li T Jiang J Zhang S Wang Asian
Journal of Pharmaceutical Sciences 8 (2013) 278-286
[44] L Tan J Liu W Zhou J Wei Z Peng Materials Science and Engineering
C 45 (2014) 524-529
[45] ER Gillies JMJ Freacutechet Journal of the American Chemical Society 124
59
(2002) 14137-14146
[46] S Khoee K Hemati Polymer 54 (2013) 5574-5585
[47] U Gupta O Perumal SGKTL Deng Natural and Synthetic Biomedical
Polymers Elsevier Oxford 2014 pp 243-257
[48] U Boas PMH Heegaard Chemical Society Reviews 33 (2004) 43-63
[49] U Gupta HB Agashe A Asthana NK Jain Biomacromolecules 7 (2006)
649-658
[50] A Shakhbazau I Isayenka N Kartel N Goncharova I Seviaryn S
Kosmacheva M Potapnev D Shcharbin M Bryszewska International Journal of
Pharmaceutics 383 (2010) 228-235
[51] PA Barra L Barraza VA Jimeacutenez JA Gaviacuten JB Alderete
Macromolecular Chemistry and Physics 215 (2014) 372-383
[52] PM Patel R Patel D Wadia RM Patel Asian Journal of Pharmaceutical
Sciences 10 (2015) 306-313
[53] L Mei Z Zhang L Zhao L Huang X-L Yang J Tang S-S Feng
Advanced Drug Delivery Reviews 65 (2013) 880-890
[54] Sn Svenson DA Tomalia Advanced Drug Delivery Reviews 57 (2005)
2106-2129
[55] L Porcar Y Liu R Verduzco K Hong PD Butler LJ Magid GS Smith
W-R Chen The Journal of Physical Chemistry B 112 (2008) 14772-14778
[56] E Markatou V Gionis GD Chryssikos S Hatziantoniou A
Georgopoulos C Demetzos International Journal of Pharmaceutics 339 (2007)
231-236
[57] K Borowska S Wołowieca A Rubaj K Głowniakc E Sieniawska S
Radej International Journal of Pharmaceutics 426 (2012) 280-283
[58] S Kavyani S Amjad-Iranagh H Modarress The Journal of Physical
Chemistry B 118 (2014) 3257-3266
[59] PA Barra L Barraza VA Jimeacutenez JA Gaviacuten JB Alderete Structural
Chemistry 25 (2014) 1443-1455
[60] C Kojima K Kono K Maruyama T Takagishi Bioconjugate Chemistry 11
(2000) 910-917
60
[61] AK Patri JF Kukowska-Latallo JR Baker Jr Advanced Drug Delivery
Reviews 57 (2005) 2203-2214
[62] D Luong P Kesharwani R Deshmukh MCI Mohd Amin U Gupta K
Greish AK Iyer Acta Biomaterialia 43 (2016) 14-29
[63] X Xu J Li S Han C Tao L Fang Y Sun J Zhu Z Liang F Li
European Journal of Pharmaceutical Sciences 88 (2016) 178-190
[64] P-C Lin S Lin PC Wang R Sridhar Biotechnology Advances 32 (2014)
711-726
[65] C Baudot CM Tan JC Kong Infrared Physics amp Technology 53 (2010)
434-438
[66] JB Hall MA Dobrovolskaia AK Patri SE McNeil Nanomedicine 2
(2007) 709-803
[67] DB Williams CB Carter Transmission Electron Microscopy A Textbook
for Materials Science Springer US Boston MA 2009 pp 3-22
[68] H Wang PK Chu S Bose Characterization of Biomaterials Academic
Press Oxford 2013 pp 105-174
[69] M Rudolph J Erler UA Peuker Colloids and Surfaces A
Physicochemical and Engineering Aspects 397 (2012) 16-23
[70] T Zhao W Luo Y Deng Y Luo P Xu Y Liu L Wang Y Ren W Jiang
Nano Energy 26 (2016) 16-25
[71] F Rouquerol J Rouqueron K Sing Adsorption by Powders and Porous
Solids Academic Press 1999
[72] M Naderi Progress in Filtration and Separation Academic Press Oxford
2015 pp 585-608
[73] J Rouquerol F Rouquerol P Llewellyn G Maurin KSW Sing
Adsorption by powders and porous solids principles methodology and
applications Academic press 2014
[74] CP Poole FJ Owens Introduccioacuten a la nanotecnologiacutea Editorial Reverte
2007
[75] JL Kirschvink DS Jones BJ MacFadden Magnetite Biomineralization
and Magnetoreception in Organisms A New Biomagnetism Springer US 2013
61
[76] TM El-Alaily MK El-Nimr SA Saafan MM Kamel TM Meaz ST
Assar Journal of Magnetism and Magnetic Materials 386 (2015) 25-30
[77] DJ Dunlop Ouml Oumlzdemir Treatise on Geophysics (Second Edition)
Elsevier Oxford 2015 pp 255-308
[78] A Savić D Čokeša S Lazarević B Jokić D Janaćković R Petrović LS
Živković Powder Technology 301 (2016) 511-519
[79] S Rajput CU Pittman Jr D Mohan Journal of Colloid and Interface
Science 468 (2016) 334-346
[80] M Kumari CU Pittman Jr D Mohan Journal of Colloid and Interface
Science 442 (2015) 120-132
[81] Y Mansourpanah Z Jafari Reactive and Functional Polymers 93 (2015)
178-189
[82] S Sundar R Mariappan S Piraman Powder Technology 266 (2014) 321-
328
[83] P Roonasi A Holmgren Applied Surface Science 255 (2009) 5891-5895
[84] J Safari Z Zarnegar Journal of Molecular Structure 1072 (2014) 53-60
[85] KL Pickering S Raa Khimi S Ilanko Composites Part A Applied Science
and Manufacturing 68 (2015) 377-386
[86] AK Ladavos AP Katsoulidis A Iosifidis KS Triantafyllidis TJ
Pinnavaia PJ Pomonis Microporous and Mesoporous Materials 151 (2012) 126-
133
[87] VMdS Rocha MdG Pereira LR Teles MOdG Souza Materials
Science and Engineering B 185 (2014) 13-20
[88] JZ Marinho RHO Montes AP de Moura E Longo JA Varela RAA
Munoz RC Lima Materials Research Bulletin 49 (2014) 572-576
[89] PM Huang Y Li ME Sumner Handbook of Soil Sciences Properties and
Processes Second Edition Taylor amp Francis 2011
[90] C Klein CS Hurlbut Manual de mineralogiacutea Reverte 1996
[91] Y-F Lin J-L Chen C-Y Xu T-W Chung Chemical Engineering Journal
250 (2014) 409-415
[92] AK Gupta M Gupta Biomaterials 26 (2005) 3995-4021
62
[93] C Sun JSH Lee M Zhang Advanced Drug Delivery Reviews 60 (2008)
1252-1265
[94] N Rai M Sarkar S Raha Pharmacological Reports 67 (2015) 1215-1223
[95] Z Lavrič J Pirnat J Lužnik U Puc Z Trontelj S Srčič Journal of
Pharmaceutical Sciences 104 (2015) 1909-1918
[96] S Rozou A Voulgari E Antoniadou-Vyza European Journal of
Pharmaceutical Sciences 21 (2004) 661-669
[97] H-S Gwak J-S Choi H-K Choi International Journal of Pharmaceutics
297 (2005) 156-161
[98] RP Aquino G Auriemma M dacuteAmore AM DacuteUrsi T Mencherini P Del
Gaudio Carbohydrate Polymers 89 (2012) 740-748
[99] IE Shohin JI Kulinich GV Ramenskaya B Abrahamsson S Kopp P
Langguth JE Polli VP Shah DW Groot DM Barends JB Dressman
Journal of Pharmaceutical Sciences 103 (2014) 367-377
[100] R Silva H Ferreira AC Carvalho AC Gomes A Cavaco-Paulo Colloids
and Surfaces B Biointerfaces 92 (2012) 277-285
[101] M Meloun D Burkoˇnovaacute T Syrovyacute A Vraacutena Analytica Chimica Acta 486
(2003) 125-141
[102] D Zheng Y Wang D Zhang Z Liu C Duan L Jia F Wang Y Liu G
Liu L Hao Q Zhang Cancer Letters 307 (2011) 158-164
[103] Q Wang R Liu X Shen L Zou D Wu Journal of Nanoscience and
Nanotechnology 14 (2014) 2871-2877
[104] N Caliskan AR Kul S Alkan EG Sogut I Alacabey Journal of
Hazardous Materials 193 (2011) 27-36
[105] TA Cigu S Vasiliu S Racovita C Lionte V Sunel M Popa C Cheptea
European Polymer Journal 82 (2016) 132-152
[106] M Oumlzacar İA Şengil Process Biochemistry 40 (2005) 565-572
[107] YS Ho G McKay Process Biochemistry 34 (1999) 451-465
[108] AB Peacuterez-Mariacuten VM Zapata JF Ortuntildeo M Aguilar J Saacuteez M Lloreacutens
Journal of Hazardous Materials 139 (2007) 122-131
[109] BF Urbano I Villenas BL Rivas CH Campos Chemical Engineering
63
Journal 268 (2015) 362-370
[110] J Peacuterez L Toledo CH Campos BL Rivas J Yantildeez BF Urbano
Chemical Engineering Journal 287 (2016) 744-754
[111] JW Steed DR Turner K Wallace Core Concepts in Supramolecular
Chemistry and Nanochemistry Wiley 2007
[112] A Buczkowski D Waliszewski P Urbaniak B Palecz International
Journal of Pharmaceutics 505 (2016) 1-13
[113] M Kosmulski Advances in Colloid and Interface Science
viii
adsorption of the drugs was adjusted to pseudo-first-order kinetics and the
maximum amount of drug adsorption was improved along with an increase in
adsorption rate by the presence of PAMAM on the surface of the hybrid material
ix
TABLA DE CONTENIDOS
Paacutegina
PROBERVIO ii
AGRADECIMIENTOS iii
RESUMEN v
ABSTRACT vii
IacuteNDICE DE FIGURAS xi
IacuteNDICE DE TABLAS xiii
1 INTRODUCCIOacuteN 1
11 Nanomateriales magneacuteticos 3
12 Dendriacutemeros 8
13 Nanomateriales hiacutebridos oacutexido inorgaacutenicoPAMAM 12
2 HIPOacuteTESIS 14
3 OBJETIVOS 14
31 OBJETIVO GENERALE 14
32 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS 14
4 PARTE EXPERIMENTAL 15
41 Siacutentesis de los nanotransportadores 15
411 Siacutentesis de nanotubos de magnetita (Fe3O4) 15
412 Funcionalizacioacuten de NT-Fe3O4 con el agente de acople
3-glicidoxipropil-trimetoxisilano
15
413 Acoplamiento de NT-Fe3O4-GPTMS con dendriacutemero
PAMAM
16
42 Caracterizacioacuten de los sistemas 17
421 Espectroscopia de Infrarrojo con Transformada de Fourier
(FT-IR)
17
422 Difraccioacuten de Rayos X (DRX) 18
423 Microscopiacutea Electroacutenica de Transmisioacuten (TEM) 20
424 Microscopia Electroacutenica de Barrido (SEM) 21
425 Anaacutelisis Termogravimeacutetrico (TGA) 22
426 Isotermas de Adsorcioacuten-Desorcioacuten de N2 a -196degC 23
x
427 Magnetizacioacuten del material 24
428 Adsorcioacuten de Faacutermacos en Nanotubo Fe3O4 y en
nanotransportador hiacutebrido Fe3O4-PAMAM
26
5 DISCUSOacuteN Y ANAacuteLISIS DE RESULTADOS 28
51 Caracterizacioacuten de los nanomateriales 28
511 Espectroscopia de infrarrojo con transformada de Fourier 28
512 Anaacutelisis Termogravimeacutetrico 29
513 Isotermas de Adsorcioacuten-Desorcioacuten de N2 a -196degC 31
514 Difraccioacuten de Rayos X 33
515 Microscopiacutea Electroacutenica de Barrido y Transmisioacuten 34
516 Propiedades magneacuteticas 37
52 Estudios de la adsorcioacuten de Faacutermacos en Nanotubo Fe3O4
y en nanotransportador hiacutebrido Fe3O4-PAMAM
40
521 Faacutermacos de intereacutes 40
522 Adsorcioacuten de PRX 44
523 Adsorcioacuten de SIL 49
6 CONCLUSIONES Y PERSPECTIVAS 54
REFERENCIAS 56
xi
IacuteNDICE DE FIGURAS
Paacutegina
Figura 1 Algunos tipos de nanomateriales utilizados en el
transporte de faacutermacos y para diagnoacutestico e imagen [17]
2
Figura 2 Esquemas de asociacioacuten componente orgaacutenico en
soportes soacutelidos (a) Adsorcioacuten (b) Adsorcioacuten por
formacioacuten de pares ioacutenicos y (c) Anclaje por enlace
covalente
6
Figura 3 Esquema de anclaje del AAC en el soporte [42] 7
Figura 4 Esquema general de la estructura de un dendriacutemero 9
Figura 5 Dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten (G3) 10
Figura 6 Sistema de reaccioacuten para realizar las modificaciones
superficiales de NT-Fe3O4
16
Figura 7 Esquema del equipamiento de un FT-IR 18
Figura 8 Difraccioacuten de Rayos X producida por los diferentes planos
de un cristal
19
Figura 9 Esquema de un microscopio electroacutenico de transmisioacuten 21
Figura 10 Esquema de un microscopio electroacutenico de barrido 22
Figura 11 Representacioacuten esquemaacutetica de un soacutelido poroso [71] 23
Figura 12 Representacioacuten de curva de magnetizacioacuten para un
material ferromagneacutetico [74]
25
Figura 13 Esquema del sistema de adsorcioacuten de faacutermacos en los
nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM
27
Figura 14 Espectro FT-IR de (a) NT-Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-PAMAM 28
Figura 15 Termogramas de los materiales realizados en atmoacutesfera
de O2 (a) NT- Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-GPTMS y (c) NT-
Fe3O4-PAMAM
30
Figura 16 Isoterma de adsorcioacutendesorcioacuten de N2 a -196degC para (a)
NT-Fe3O4 y (b) NT-Fe3O4-PAMAM
32
Figura 17 Difractograma de rayos X para (a) NT α-Fe2O3 (b) NT- 34
xii
Fe3O4 y (c) NT-Fe3O4-PAMAM
Figura 18 Imaacutegenes de SEM de los materiales (a) NT-Fe3O4 (b)
NT-Fe3O4-PAMAM
35
Figura 19 Micrografiacuteas de TEM de NT-Fe3O4 (a b) NT-Fe3O4-
PAMAM (e f) y las curvas de distribucioacuten del largo (c g) y
diaacutemetro externo (d h) para ambos NT-Fe3O4 y NT-
Fe3O4-PAMAM respectivamente
36
Figura 20 Curva de magnetizacioacuten obtenida para NT-Fe3O4 (a b) y
NT-Fe3O4-PAMAM (c d) utilizando un magnetoacutemetro de
muestra vibrante (VSM) a 17degC
39
Figura 21 Estructuras de los faacutermacos de intereacutes (a) Piroxicam y
(b) Silibinina
40
Figura 22 Cineacutetica y ajustes de modelos cineacuteticos de adsorcioacuten
para PRX en los nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-
Fe3O4-PAMAM
45
Figura 23 Esquema propuesto para la adsorcioacuten de PRX en los
sistemas sintetizados (A) Fe3O4-NT y (B) Fe3O4-NT-
PAMAM
45
Figura 24 Graacutefico de adsorcioacuten de PRX en los nanotransportadores
sintetizados considerando un modelo de difusioacuten
intrapartiacutecula en tres etapas
48
Figura 25 Cineacutetica y ajustes de modelos cineacuteticos de adsorcioacuten
para SIL en los nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-
Fe3O4-PAMAM
49
Figura 26 Graacutefico de adsorcioacuten de SIL en los nanotransportadores
sintetizados considerando un modelo de difusioacuten
intrapartiacutecula en tres etapas
52
xiii
IacuteNDICE DE TABLAS
Paacutegina
Tabla 1 Impacto en la masa molecular y en el tamantildeo de los
dendriacutemeros PAMAM seguacuten crece la generacioacuten [48]
11
Tabla 2 Porcentaje de peacuterdida de masa y material acoplado
GPTMS y PAMAM (G3) al NT-Fe3O4
31
Tabla 3 Superficie especiacutefica tamantildeo promedio de poro y volumen
de poro determinadas por las de BET y BJH [73 86] para
los materiales en base a NT-Fe3O4 sintetizados
33
Tabla 4 Resumen de paraacutemetros magneacuteticos para los materiales
preparados a 17degC
37
Tabla 5 Modelos cineacuteticos para la adsorcioacuten de PRX en los
adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM
46
Tabla 6 Modelo de difusioacuten intra-partiacutecula para la adsorcioacuten de
PRX en los adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM
considerando dos etapas determinantes en la adsorcioacuten
del faacutermaco y una tercera de equilibrio
49
Tabla 7 Modelos cineacuteticos para la adsorcioacuten de SIL en los
adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM
51
Tabla 8 Modelo de difusioacuten intra-partiacutecula para la adsorcioacuten de SIL
en los adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM
considerando dos etapas determinantes en la adsorcioacuten
del faacutermaco y una tercera de equilibrio
53
1
1 INTRODUCCIOacuteN
En la actualidad existe una amplia gama de faacutermacos disponibles para el
tratamiento de diferentes tipos de enfermedades En el tratamiento de un proceso
fisiopatoloacutegico se espera que la administracioacuten de los medicamentos se realice de
forma tal que alcance su lugar de accioacuten con una determinada concentracioacuten No
obstante algunos medicamentos muestran una escasa solubilidad en el plasma
sanguiacuteneo asiacute como tambieacuten en el medio inter-intracelular Por lo general solo el
1 de la dosis administrada llega al sitio diana mientras que el resto del faacutermaco
se distribuye a traveacutes del resto de ceacutelulas y tejidos Esta desventaja impone la
administracioacuten de altas dosis de faacutermacos para lograr un aumento de su
concentracioacuten local lo que provoca numerosos efectos toxicoloacutegicos e
inmunoloacutegicos indeseables [1-3]
Esta limitante estaacute siendo superada gracias al desarrollo de una variedad de
transportadores de faacutermacos los que actuacutean por asociacioacuten fiacutesica yo quiacutemica
entre la sustancia activa y el transportador Entre las muacuteltiples ventajas que
pueden aportar los transportadores de faacutermacos se destaca el control de las
concentraciones plasmaacuteticas y de la distribucioacuten tisular gracias a que protege la
sustancia activa contra la inactivacioacuten (quiacutemica enzimaacutetica o inmunoloacutegica) desde
el lugar de administracioacuten hasta el sitio de accioacuten [2 4-7] Los sistemas
transportadores han sido clasificados de acuerdo a su naturaleza quiacutemica o a su
tamantildeo pero en las uacuteltimas deacutecadas son aquellos denominados
nanotransportadores los que han mostrado los resultados maacutes promisorios en el
desarrollo de sistemas vectorizados de transporte y liberacioacuten de faacutermacos para el
tratamiento especiacutefico de enfermedades
Los nanotransportadores son sistemas que se caracterizan por ser de tamantildeo
nanomeacutetrico donde sus medidas pueden fluctuar entre 1 y 100 nm en una o maacutes
de sus dimensiones [8 9] (ver Figura 1) La adsorcioacuten del faacutermaco ocurre
generalmente al interior de cavidades del nanotransportador las cuaacuteles permiten
2
alojar las moleacuteculas de faacutermaco en un fenoacutemeno que se describe como
encapsulacioacuten [10 11] Dentro de los nanotransportadores de faacutermacos que
cumplen con estos requisitos se encuentran aqueacutellos que se basan en sistemas
inorgaacutenicos orgaacutenicos y aqueacutellos denominados hiacutebridos que son una mezcla de
ambos
De la familia de transportadores basados en nanomateriales (NM) inorgaacutenicos se
pueden mencionar algunos como nanotubos de carbono (CNTs) [12] nanotubos
de oacutexidos inorgaacutenicos como TiO2 [13] y Al2O3 [14] nanopartiacuteculas de oacutexidos
inorgaacutenicos como SiO2 [15] y Fe3O4 [16] entre otros La principal caracteriacutestica de
estos sistemas es su nula solubilidad en el plasma sanguiacuteneo La habilidad de
adsorber faacutermacos de estos materiales viene dada principalmente porque
disponen de un aacuterea superficial y porosidad que permiten el alojamiento del
faacutermaco al interior de los poros lo que ralentiza su liberacioacuten una vez internalizado
en el hueacutesped
Figura 1 Algunos tipos de nanomateriales utilizados en el transporte de faacutermacos
y para diagnoacutestico e imagen [17]
Los NM orgaacutenicos tambieacuten se han considerado una buena alternativa para su uso
como sistemas nanotransportadores de faacutermacos de los que se pueden mencionar
a los dendriacutemeros [18] micelas [19] poliacutemeros [20] y liposomas [21] entre otros A
diferencia de los materiales inorgaacutenicos los nanomateriales orgaacutenicos pueden
Poliacutemero lineal Quantum Dots Nanopartiacutecula
Micela polimeacuterica Liposoma Dendriacutemero
3
actuar de forma soluble o insoluble en el plasma sanguiacuteneo El principio de
adsorcioacuten se basa en la diferencia de afinidad del faacutermaco frente al medio
dispersante De forma general faacutermacos que son poco solubles en agua se
adsorben de forma efectiva en sistemas que posean cavidades hidroacutefobas
Los sistemas nanotransportadores hiacutebridos nacen de la necesidad de combinar
propiedades de los sistemas inorgaacutenicos yo orgaacutenicos con el fin de producir un
NM que muestre una alta sinergia entre ambos componentes en el proceso de
adsorcioacuten y liberacioacuten de faacutermacos [1314 22] Dependiendo de la naturaleza del
sistema hiacutebrido se pueden clasificar en hiacutebridos inorgaacutenicoinorgaacutenico [23]
hiacutebridos inorgaacutenicoorgaacutenico [24] e hiacutebridos orgaacutenicoorgaacutenico [25]
11 Nanomateriales magneacuteticos
Dentro de los NM inorgaacutenicos maacutes interesantes se encuentran las
nanoestructuras de oacutexidos hierro El oacutexido de hierro existe en la naturaleza en tres
fases magnetita (Fe3O4) maghemita (γ-Fe2O3) y hematita (α-Fe2O3) [26] La
magnetita presenta las propiedades maacutes interesantes entre todos los demaacutes
oacutexidos de hierro debido a la presencia de cationes de hierro en dos estados de
valencia (Fe2+ y Fe3+) en su estructura cubica centrada en la cara de tipo espinela
(AB2O4) inversa En ella el oxiacutegeno forma un empaquetado cuacutebico compacto
donde la mitad de los cationes Fe3+ ocupan sitios tetraeacutedricos (A) mientras que la
otra mitad de Fe3+ y los cationes Fe2+ ocupan los sitios octaeacutedricos (B) [27] lo cual
le confiere susceptibilidad magneacutetica
El nuacutemero de cationes Fe3+ en cada sitio de la red cristalina (tetraeacutedrico y
octaeacutedrico) es el mismo pero con direcciones opuestas del espiacuten magneacutetico por
lo tanto los momentos magneacuteticos de los cationes Fe3+ se anulan entre siacute como
resultado los cationes Fe2+ son los responsables del momento magneacutetico neto en
la magnetita Por lo cual la magnetita posee un comportamiento ferrimagneacutetico es
decir los espines magneacuteticos son antiparalelos y sus magnitudes son desiguales
4
El comportamiento de este material magneacutetico puede cambiar draacutesticamente
dependiendo del tamantildeo A medida que el tamantildeo de la estructura disminuye los
multidominios magneacuteticos cambian hasta obtener una estructura conformada por
un solo dominio magneacutetico [27-29] dando como resultado una nueva propiedad
magneacutetica denominada superpara-magnetismo Esta propiedad se define como la
capacidad de ciertos NM magneacuteticos que poseen alta susceptibilidad y saturacioacuten
de magnetizacioacuten bajo la influencia de un campo magneacutetico las que pierden
completamente una vez que se elimina el campo magneacutetico lo que resulta una
remanencia magneacutetica y coercitividad de cero [30] Debido a su baja toxicidad y
alta biocompatibilidad ademaacutes de la alta estabilidad mecaacutenica teacutermica y quiacutemica
la magnetita ha atraiacutedo mucho la atencioacuten para aplicaciones biomeacutedicas tales
como resonancia magneacutetica hipertermia magneacutetica terapia del caacutencer liberacioacuten
controlada de faacutermacos ingenieriacutea de tejidos entre otras [29-32]
Muchos esfuerzos tambieacuten se han llevado a cabo en la siacutentesis y propiedades de
las nanoestructuras de oacutexido de hierro con morfologiacuteas bien definidas como
nanocristales poliedros cubos varillas tubos entre otros [26] Varios meacutetodos
sinteacuteticos han sido reportados para la preparacioacuten de nanopartiacuteculas de oacutexido de
hierro que incluyen co-precipitacioacuten irradiacioacuten de ultrasonido siacutentesis
solvotermal siacutentesis hidrotermal microemulsioacuten siacutentesis viacutea microondas y la
descomposicioacuten teacutermica [33] La siacutentesis hidrotermal es una ruta de precipitacioacuten
en fase acuosa que se lleva a cabo en reactores que soportan altas presiones y
temperaturas la que se emplea ampliamente para sintetizar nanoestructuras
funcionales con formas especiacuteficas [26 27] ya que es un proceso simple y de alto
rendimiento con el cual se obtienen nano-arquitecturas de tamantildeo y morfologiacutea
reproducible [31]
Jia y colaboradores han reportado un proceso sencillo para producir nanoanillos
de Fe3O4 en el cual se utiliza la ruta hidrotermal con la participacioacuten de los
aniones dobles SO42- y H2PO4
- como controladores de la morfologiacutea para producir
Fe2O3 como base estructural el cual es sometido a un tratamiento de reduccioacuten en
5
atmoacutesfera de H2 para producir el material en base a magnetita [34] Este meacutetodo
abre la posibilidad de crear una gama de estructuras tridimensionales variando las
relaciones de iones SO42-H2PO4
- durante el tratamiento de siacutentesis hidrotermal
[34] Se ha demostrado que los iones SO42- tienen el efecto de aumentar el
tamantildeo de partiacutecula debido a que aumenta la superficie de las nanoestruturas
Fe2O3 formadas [35] La presencia de iones H2PO4- es el factor crucial que induce
la formacioacuten de una estructura tubular producto de la adsorcioacuten selectiva de iones
fosfato en la superficie de las partiacuteculas de Fe2O3 y su capacidad de coordinar con
los iones feacuterricos [36] Estas estructuras tubulares o nanotubos magneacuteticos (NT-
Fe3O4) no soacutelo conservan el fondo y la forma de una nanovarilla tambieacuten
proporcionan cavidad interna que lo proyectan como un material que permite la
encapsulacioacuten y liberacioacuten controlada de faacutermacos oligoacutemeros supramoleacuteculas
yo macromoleacuteculas entre otras especies [37] las cuales se pueden transportar
de forma segura en el sistema in vivo evitando la degradacioacuten hidroliacutetica o la
precipitacioacuten de faacutermacos hidroacutefobos durante la entrega en el sitio especiacutefico
La principal ventaja de los NT-Fe3O4 como transportadores de faacutermacos es que
pueden poseer la propiedad del para- o superpara-magnetismo para realizar un
seguimiento de la administracioacuten de faacutermacos El traslado de los NTs puede ser
controlado por un campo magneacutetico externo dirigieacutendolo de forma especiacutefica a los
sitios fisioloacutegicos de accioacuten [38] La combinacioacuten de las propiedades magneacuteticas
con una estructura tubular hace de los NT-Fe3O4 un candidato ideal como
nanotransportador empleado en aplicaciones biomeacutedicas La principal limitante
para el empleo de este tipo de sistemas es el tipo de moleacuteculas que pueden ser
adsorbidas ya que en general se ha observado que moleacuteculas de pequentildeo
tamantildeo no son adsorbidas en forma eficiente [34 39]
Una forma de poder superar la baja capacidad de adsorcioacuten de faacutermacos por parte
de los NT-Fe3O4 es generando sistemas hiacutebridos que sean capaces de incorporar
una segunda unidad que incrementen su capacidad de adsorcioacuten Esto se puede
conseguir recubriendo al NT-Fe3O4 con un segundo componente generalmente de
6
naturaleza orgaacutenica obtenido de una fuente natural o sinteacutetica proveyendo
nanoestructuras hibridas con propiedades mejoradas frente a sus componentes
puros La asociacioacuten del componente orgaacutenico con el NM inorgaacutenico puede
realizarse empleando 3 rutas tal como se muestra en la Figura 2
(a) (b) (c)
Figura 2 Esquemas de asociacioacuten componente orgaacutenico en soportes soacutelidos (a)
Adsorcioacuten (b) Adsorcioacuten por formacioacuten de pares ioacutenicos y (c) Anclaje por enlace
covalente
La asociacioacuten por formacioacuten de enlaces covalentes ha sido la teacutecnica maacutes
prometedora y puede llevarse a cabo gracias al uso de moleacuteculas intermediarias
denominadas agentes de acople los cuales son capaces de modificar la superficie
de un soacutelido inorgaacutenico y a su vez unirse covalentemente al estabilizante a traveacutes
de una funcioacuten orgaacutenica reactiva Algunos agentes de acople (AAC) se pueden
clasificar en cuatro grupos aacutecidos carboxiacutelicos poliacutemeros silanos y moleacuteculas
organofosforadas Los AAC del tipo silano son los maacutes utilizadas en los NM
inorgaacutenicos la formula general de este tipo AAC muestra dos clases de
funcionalidades (R1-(CH2)n-Si-(R2)3) Los grupos R1 representan al grupo orgaacutenico
funcional como NH2 SH epoxi metacrilato etc y los grupos R2 representan a un
grupo funcional hidrolizable tal como OCH3 OCH2CH3 o Cl [40 41]
7
Debido a que la superficie de NM inorgaacutenicos de tipo oacutexido poseen grupos
hidroxilos (-OH) eacutestos se utilizan como sitios de reaccioacuten para el proceso de
anclaje El proceso de acoplamiento se logra a traveacutes de la reaccioacuten quiacutemica
entre los grupos trialcoacutexido del AAC y los grupos hidroxilos superficiales del NM
inorgaacutenico [41] tal como se muestra en el esquema de la Figura 3
Figura 3 Esquema de anclaje del AAC en el soporte [42]
Dependiendo de la naturaleza de la moleacutecula orgaacutenica a anclar hay dos formas de
incorporarla en la superficie del soporte anclaje de AAC en la superficie del NM y
posterior reaccioacuten con la moleacutecula de intereacutes o reaccioacuten previa entre moleacutecula y
AAC para realizar el posterior anclaje en la superficie del NM
En este contexto se ha propuesto que la utilizacioacuten de sistemas
nanotransportadores hiacutebridos podriacutean mejoran las variadas limitaciones que
presentan la mayoriacutea de los sistemas nanotransportadores basados en materiales
inorgaacutenicos con baja capacidad de adsorcioacuten Algunos sistemas hiacutebridos
8
propuestos para la adsorcioacuten de faacutermacos han sido nanopartiacuteculas de siacutelice
funcionalizadas con poliacutemeros que contienen guanidina donde se ha estudiado el
comportamiento de carga y liberacioacuten de doxorrubicina y sulfasalazina [22]
nanopartiacuteculas de ZnO-poli(N-isopropilacrilamida) en las cuales se ha estudiado la
liberacioacuten del faacutermaco doxorrubicina en ceacutelulas tumorales [43] nanotubos de
carbono-dendriacutemero los cuales han permitido el aumento significativo de la
solubilidad del faacutermaco carvedilol [44] nanotubos de TiO2 y Al2O3 acoplados a
dendriacutemeros PAMAM cuyo objetivo es combinar las propiedades de adsorcioacuten y
liberacioacuten de metotrexato silibinina y curcumina [13 14]
12 Dendriacutemeros
En el uacuteltimo tiempo ha habido un creciente intereacutes en el uso de macromoleacuteculas
sinteacuteticas en base a poliacutemeros de masa molar controlada y estructura quiacutemica
definida como vectores en la administracioacuten controlada de faacutermacos y otras
aplicaciones terapeacuteuticas o de diagnoacutestico donde se destacan los dendriacutemeros
[45] Los dendriacutemeros son una clase de macromoleacuteculas polimeacutericas de forma
globular altamente ramificadas y monodispersas que constan de un nuacutecleo
central a partir del cual se originan una serie de ramificaciones La palabra
dendriacutemero deriva del teacutermino griego dendron que significa aacuterbol y meros es
decir parte La estructura de un dendriacutemero incluye tres partes un nuacutecleo central
unidades ramificadas y grupos superficiales Las unidades ramificadas estaacuten
dispuestas en capas denominadas generaciones (G) y la zona de la cual emergen
estas ramificaciones se conoce como nodo [23] tal como se muestra en la Figura
4 El tamantildeo de los dendriacutemeros variacutea entre 10-130 Aring de diaacutemetro dependiendo
de la generacioacuten del dendriacutemero [45-47] A pesar de su gran tamantildeo molecular
muestran una muy baja polidispersidad en comparacioacuten con los poliacutemeros
sinteacuteticos tradicionales [48]
La principal ventaja de los dendriacutemeros es que de acuerdo a su estructura
quiacutemica poseen cavidades hidrofoacutebicas caraacutecter que se acentuacutea a medida que
9
crece la generacioacuten del dendriacutemero Esta propiedad favorece la adsorcioacuten de
faacutermacos poco solubles en su interior destacaacutendolos como agentes de transporte
para faacutermacos poco solubles [49-52]
Figura 4 Esquema general de la estructura de un dendriacutemero
Fuente Elaboracioacuten propia
Por otra parte estos nanotransportadores poseen en su superficie un nuacutemero
definido de grupos funcionales (amino carboxilo hidroxilo etc) los que le
confieren una gran versatilidad ya que no soacutelo poseen capacidad para la
adsorcioacuten de faacutermacos en la cavidad interna de la macromoleacutecula sino que al
mismo tiempo los grupos funcionales superficiales permiten realizar
modificaciones brindaacutendoles una alta capacidad de vectorizacioacuten [17 53]
Los dendriacutemeros poliamidoaminas (PAMAM) fueron la primera familia de
dendriacutemeros sintetizados y caracterizados [54] siendo uno materiales de mayor
intereacutes en estudios de nanotransportadores en relacioacuten a su biocompatibilidad Los
dendriacutemeros PAMAM estaacuten constituidos por un nuacutecleo de 12-etilendiamina y
ramificaciones de poliamidoamina [48] En solucioacuten acuosa estos poliacutemeros se
comportan como polielectrolitos ya que las aminas terciarias presente en la
cavidad interna (pKa 30 ndash 60) y las aminas primarias superficiales del dendriacutemero
Nuacutecleo
Ramas
Punto divergente
Grupos funcionales
superficiales
10
(pKa 94 ndash 97) pueden ser protonadas a diferentes pH [13 51] lo cual conlleva a
un cambio en la conformacioacuten tamantildeo y carga del dendriacutemero Los dendriacutemeros
PAMAM estaacuten disponibles comercialmente hasta la deacutecima generacioacuten (G10) Los
de baja generacioacuten (G1-G3) son poco sensibles a los cambios frente a variaciones
de pH poseen conformaciones abiertas [55] y cavidades internas que permiten la
encapsulacioacuten de faacutermacos hidroacutefobos mientras que los grupos superficiales
estaacuten disponibles para interacciones electrostaacuteticas o conjugacioacuten covalente En la
Figura 5 se observa un dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten (G3)
Figura 5 Dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten (G3) Fuente Elaboracioacuten
propia
En la Tabla 1 se puede observar algunas propiedades de los PAMAM A medida
que aumenta la generacioacuten del dendriacutemero hay un aumento progresivo de su
11
tamantildeo (aprox 10 nm en cada generacioacuten) y como consecuencia se observa un
incremento exponencial en el nuacutemero de grupos aminos superficiales
Los dendriacutemeros PAMAM han demostrado ser efectivos como
nanotransportadores de faacutermacos pues poseen baja citotoxicidad son
biodegradables y no inmunogeacutenicos por lo menos hasta la generacioacuten 5 [56 57]
Tabla 1 Impacto en la masa molecular y en el tamantildeo de los dendriacutemeros
PAMAM seguacuten crece la generacioacuten [48]
Dendriacutemeros
PAMAM
generacioacuten
Masa molecular
(kDa)
Diaacutemetro en
nanoacutemetros (nm)
Nuacutemero de
grupos en
superficie
0 0517 15 4
1 1430 22 8
2 3256 29 16
3 6909 36 32
4 14215 45 64
5 28826 54 128
6 58048 67 256
7 116493 81 512
8 233383 97 1024
9 467162 114 2048
10 934720 135 4096
Algunos ejemplos reportados en bibliografiacutea han demostrado el aumento de la
solubilidad de algunos faacutermacos poco solubles en medio acuoso como nifedipina
adsorbida en PAMAM-G3 y PAMAM-G4 [58] aacutecido mefenaacutemico adsorbida en
PAMAM-G2 y PAMAM-G3 [51] piroxicam en PAMAM-G3 [59] metotrexato y
adriamicina en complejos PAMAM-G3-pegilado y PAMAM-G4-pegilado [60] entre
otros
12
La principal aplicacioacuten de los PAMAM como nanotransportadores ha sido en la
adsorcioacuten y liberacioacuten de faacutermacos antineoplaacutesicos [61] Lamentablemente los
sistemas PAMAM no muestran especificidad como para considerarlos potenciales
candidatos para terapias dirigidas en el tratamiento de enfermedades sin ser
previamente vectorizados Es por esto que la investigacioacuten que se ha desarrollado
en los uacuteltimos 10 antildeos ha estado focalizada en la siacutentesis de nanotransportadores
PAMAM modificados con algunas moleacuteculas capaces de conferirle especificidad
en orden a aumentar la liberacioacuten de los faacutermacos adsorbidos en la zona donde se
encuentran los receptores farmacoloacutegicos para asiacute disminuir al miacutenimo su
concentracioacuten en otras zonas del organismo [62 63] Ademaacutes variados estudios
han mostrado que los dendriacutemeros PAMAM poseen una limitada capacidad de
adsorcioacuten de faacutermacos soacutelo de unos cuantos miligramos de faacutermaco por gramo de
dendriacutemero Esto unido a la raacutepida liberacioacuten de las moleacuteculas de faacutermacos bajo
condiciones fisioloacutegicas impone el desarrollo de nuevas estrategias para el disentildeo
de nanotransportadores de faacutermacos en base a dendriacutemeros PAMAM
13 Nanomateriales hiacutebridos oacutexido inorgaacutenicoPAMAM
Dada la capacidad de adsorber faacutermacos del sistema PAMAM y su habilidad de
poder sufrir modificaciones en sus grupos aminos superficiales es que se ha
considerado como un componente que mejorariacutea la capacidad de adsorcioacuten de
faacutermacos poco solubles en sistemas inorgaacutenicos De acuerdo a la experiencia del
grupo de investigacioacuten se sabe que la preparacioacuten de nanotransportadores
hiacutebridos en base a nanotubos de TiO2 y Al2O3 acoplados con dendriacutemeros
PAMAM G3 han demostrado un incremento en la capacidad de adsorcioacuten de
faacutermacos poco solubles como metotrexato silibinina y curcumina [13 14]
En base a las evidencias previas reportadas en relacioacuten al empleo de materiales
hiacutebridos en base a nanotubos de oacutexidos inorgaacutenicos acoplados a dendriacutemeros
PAMAM y las caracteriacutesticas de NM del tipo NT-Fe3O4 es que se ha propuesto la
siacutentesis caracterizacioacuten y evaluacioacuten de la capacidad de adsorcioacuten de faacutermacos
13
de materiales en base a NT-Fe3O4 acoplados a PAMAM G3 los que podriacutean
constituir sistemas con una capacidad de adsorcioacuten superior respecto del NT-
Fe3O4 ademaacutes de exhibir propiedades para- o superpara-magneacuteticas que le
confeririacutean la capacidad de ser magneto-dirigido a los sitios de accioacuten Se espera
realizar la inmovilizacioacuten por medio de la unioacuten covalente entre el NT-Fe3O4 y
PAMAM mediada por un agente de acople de tipo 3-glicidoxipropil-trimetoxisilano
(GPTMS) Los estudios de adsorcioacuten se hicieron con dos faacutermacos poco solubles
como modelos silibinina (SIL) y piroxicam (PRX) empleando como adsorbentes
NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM G3
14
2 HIPOacuteTESIS
La inmovilizacioacuten covalente del dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten en un
NT magneacutetico en base a Fe3O4 permitiraacute adsorber efectivamente faacutermacos que
poseen baja solubilidad en agua
3 OBJETIVOS
31 OBJETIVO GENERAL
Sintetizar un nanotransportador hiacutebrido Fe3O4-PAMAM (G3) con la capacidad de
adsorber faacutermacos con baja solubilidad en agua
32 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
Sintetizar y caracterizar una nanoestructura magneacutetica basada en nanotubos
de Fe3O4 obtenidos por una reduccioacuten de nanotubos Fe2O3
Funcionalizar la nanoestructura magneacutetica con agente de acople por medio de
enlaces covalentes
Obtener un nanomaterial hiacutebrido basado en la inmovilizacioacuten covalente del
dendriacutemero PAMAM en la nanoestructura magneacutetica funcionalizada
Estudiar la adsorcioacuten de los faacutermacos piroxicam y silibinina en el nanomaterial
hiacutebrido
15
4 PARTE EXPERIMENTAL
41 Siacutentesis de los nanotransportadores
411 Siacutentesis de nanotubos de magnetita (Fe3O4)
Para la obtencioacuten de estos nanotubos magneacuteticos primero se realizoacute la siacutentesis de
nanotubos de hematita (α-Fe2O3) como precursor de forma los que fueron
obtenidos por tratamiento hidrotermal de una mezcla de disoluciones de
FeCl36H2O (JTBakerreg) NH4H2PO4 (Sigma-Aldrichreg) y Na2SO4 (Merckreg) de
acuerdo al trabajo reportado por Jia y colaboradores [34] Las relaciones molares
empleadas de la sal precursora y los agentes directores de estructura fueron
FeCl3NH4H2PO4Na2SO4 36121 las que se prepararon en agua desionizada y se
llevaron a un autoclave de 100 mL de capacidad La mezcla se calentoacute a 220degC
durante 48h El precipitado obtenido se separoacute por centrifugacioacuten y se lavoacute tres
veces con agua desionizada y etanol absoluto (Merckreg) respectivamente Despueacutes
el soacutelido se secoacute en una estufa a vaciacuteo por 12h a 80degC para obtener los nanotubos
de Fe2O3 Finalmente los NT-Fe3O4 fueron obtenidos por reduccioacuten de los NT-
Fe2O3 a 360degC bajo flujo continuo de H2 5vv en Ar durante 5h en una rampa de
calentamiento de 1degCmin El rendimiento de la siacutentesis fue de un 91
412 Funcionalizacioacuten de NT-Fe3O4 con el agente de acople
3-glicidoxipropil-trimetoxisilano
Los NT-Fe3O4 se dispersaron en tolueno (Merckreg) seco el cual fue previamente
desgasificado con N2 por 1h en un reactor de vidrio provisto de agitacioacuten mecaacutenica
y atmoacutesfera controlada (ver Figura 6) Al tolueno se agregoacute 1 g de NT- Fe3O4
formando una dispersioacuten negra la que se calentoacute hasta alcanzar la temperatura de
ebullicioacuten Una vez alcanzada la temperatura deseada se inyectoacute el agente de
acople 3-glicidoxipropil-trimetoxisilano (GPTMS 98 Aldrichreg) en relacioacuten 1 mL
GPTMS por 1 g de soporte [13 14] La reaccioacuten se mantuvo a reflujo por 24h Una
16
vez obtenido NT-Fe3O4-GPTMS se lavoacute con acetona (Merckreg) para eliminar el
exceso de GPTMS y se secoacute en estufa a vaciacuteo por 12h a 40degC El rendimiento de
la reaccioacuten acople se determinoacute por medio de anaacutelisis termogravimeacutetrico el cual se
adjunta en la seccioacuten 512
Figura 6 Sistema de reaccioacuten para realizar las modificaciones superficiales de NT-
Fe3O4 Fuente Elaboracioacuten propia
413 Acoplamiento de NT-Fe3O4-GPTMS con dendriacutemero PAMAM
En un reactor de vidrio provisto de agitacioacuten mecaacutenica (Figura 6) se agregaron
050 g de NT-Fe3O4-GPTMS con 25 mL de dimetilsulfoacutexido (DMSO Merckreg) seco
generaacutendose una dispersioacuten negra que se agitoacute durante 1h en N2 a 40degC
Posteriormente se disolvioacute 863 mg de dendriacutemero PAMAM G3 (20 mm en
metanol Sigma-Aldrichreg) seco en 5 mL de DMSO seco y se agregoacute al sistema de
reaccioacuten el cual se mantuvo en agitacioacuten mecaacutenica y a 40degC por un periodo de
48h El material obtenido se lavoacute exhaustivamente con metanol (Merckreg) para
eliminar los restos de DMSO y PAMAM adsorbidos Por uacuteltimo el soacutelido NT-Fe3O4-
PAMAM se secoacute al vaciacuteo a 40degC por un periodo de 24h El rendimiento de la
reaccioacuten conjugacioacuten se determinoacute por medio de anaacutelisis termogravimeacutetrico el cual
se adjunta en la seccioacuten 512
17
42 Caracterizacioacuten de los sistemas
421 Espectroscopia de Infrarrojo con Transformada de Fourier (FT-IR)
Un espectro IR se obtiene al pasar radiacioacuten IR a traveacutes de una muestra y
determinar que fraccioacuten de esta radiacioacuten incidente ha sido absorbida La energiacutea
particular a la que aparece cada banda en el espectro guarda relacioacuten con la
frecuencia de vibracioacuten de una parte de la moleacutecula Los espectros en la regioacuten
infrarroja estaacuten asociados a las transiciones entre niveles de energiacutea vibracional
estos niveles corresponden a vibraciones tensioacuten-contraccioacuten (stretching) y
flexiones (bending) de los enlaces y otros movimientos complejos de las moleacuteculas
[64] La regioacuten IR del espectro electromagneacutetico se encuentra entre 14290-10 cm-1
El intervalo que abarca la espectroscopia infrarroja puede dividirse en tres
regiones IR cercano (NIR) 14290-4000 cm-1 IR medio 4000-400 cm-1 IR lejano
400-10 cm-1 siendo en el IR medio donde se dan la mayoriacutea de las aplicaciones
analiacuteticas tradicionales
En los experimentos comunes de FT-IR un haz de luz infrarroja atraviesa la
muestra y se registra la cantidad de energiacutea absorbida a cada longitud de onda
Esto puede lograrse barriendo el espectro con un haz de luz monocromaacutetico el
cual cambia su longitud de onda a traveacutes del tiempo o usando una transformada de
Fourier para medir todas las longitudes de onda a la vez como se muestra en la
Figura 7 A partir de esto se obtiene un espectro de transmitancia o absorbancia
el cual permite una interpretacioacuten de la naturaleza de los enlaces quiacutemicos
presentes La teacutecnica de FTIR se ha utilizado para estudiar materiales de tamantildeo
nanoescala como moleacuteculas funcionales injertadas covalentemente en nanotubos
de carbono [65] y nanotubos de TiO2 acoplados a dendriacutemero PAMAM [13]
18
Figura 7 Esquema del equipamiento de un FT-IR Fuente Elaboracioacuten propia
Equipamiento
Los materiales puros e hiacutebridos se analizaron en el equipo Nicolet marca Nexus
FT-IR en la zona del IR medio usando como blanco pastilla KBr Para ello se
homogeneizoacute 1 mg de muestra en 100 mg KBr seguido por la obtencioacuten de la
pastilla en prensa hidraacuteulica por uacuteltimo se colocoacute en el portamuestra la pastilla y se
midioacute el espectro a temperatura ambiente barriendo nuacutemeros de onda en el
intervalo medio (4000-400 cm-1) y con un nuacutemero de acumulaciones de 64 scan
422 Difraccioacuten de Rayos X (DRX)
Los rayos X son una forma de radiacioacuten electromagneacutetica que tiene elevada
energiacutea y corta longitud de onda del orden de los espacios interatoacutemicos de los
soacutelidos Cuando un haz de rayos X atraviesa un soacutelido la radiacioacuten se dispersa al
interaccionar con los electrones de los aacutetomos En este caso cada capa de aacutetomos
reflejara parte del haz de rayos X los haces reflejados en las capas sucesivas de
aacutetomos del soacutelido pueden presentar ondas que en una determinada direccioacuten
concuerdan en fase con las ondas reflejadas por otras capas es decir se produce
una interferencia constructiva a este fenoacutemeno se le llama difraccioacuten de rayos X
19
La difraccioacuten de rayos X se puede describir simplemente como la reflexioacuten de un
haz de rayos X incide sobre los planos cristalinos de una muestra soacutelida
empleando la ley de Bragg tal como se muestra en la Figura 8 [64]
Figura 8 Difraccioacuten de Rayos X producida por los diferentes planos de un cristal
Fuente Elaboracioacuten propia
La teacutecnica de difraccioacuten maacutes comuacuten utiliza una muestra pulverizada o policristalina
consistente en muchas partiacuteculas diminutas y orientadas al azar que se exponen a
una radiacioacuten de rayos X monocromaacutetica Como cada partiacutecula de polvo es un
cristal teniendo una gran cantidad de ellos orientados libremente se asegura que
algunas partiacuteculas esteacuten orientadas adecuadamente para que sus planos
cristalograacuteficos cumplan las condiciones para la difraccioacuten y de esta forma obtener
perfiles de difraccioacuten tiacutepicos de cada material
Equipamiento
En este estudio se utilizoacute el difractoacutemetro Rigaku modelo Geigerflex II empleando
el meacutetodo de polvo y usando como estaacutendar interno silicio (cuarzo) La muestra
previamente pulverizada se coloca en un porta objeto para ser irradiado con la
liacutenea κα1 del anticaacutetodo de Fe (λ 19360 Aring) a 35kV y 15mA usando un filtro de
manganeso para eliminar la liacutenea de κβ
20
423 Microscopiacutea Electroacutenica de Transmisioacuten (TEM)
La teacutecnica maacutes utilizada para la caracterizacioacuten de nanomateriales es la
microscopia electroacutenica de transmisioacuten (TEM) la que ofrece imaacutegenes directas de
los nanomateriales con una resolucioacuten espacial hasta el nivel de las dimensiones
atoacutemicas 10-9 m [66] El fundamento del TEM se basa en un haz de electrones que
manejados a traveacutes de lentes electromagneacuteticas se proyecta sobre una muestra
muy delgada situada en una columna de alto vaciacuteo Electrones que atraviesan la
muestran son recogidos y focalizados por la lente objetivo generando una imagen
intermedia ampliada La imagen es ampliada auacuten maacutes gracias a las lentes
proyectoras las cuales controlan la ampliacioacuten de la imagen en la pantalla
fluorescente como se muestra de forma esquemaacutetica en la Figura 9 [67] El TEM
mejora los anaacutelisis morfoloacutegicos y estructurales de nanomateriales ademaacutes
proporciona una mejor resolucioacuten espacial y la capacidad para mediciones
analiacuteticas adicionales [66]
Equipamiento
Las muestras analizadas fueron previamente tratadas tomando una pequentildea
porcioacuten del soacutelido el que se molioacute y disgregoacute en un mortero de aacutegata hasta obtener
un polvo fino Eacuteste se dispersoacute en una mezcla de etanolagua (50 vv) y se
sembroacute en una gradilla de cobre recubierta por una capa de carboacuten y colodioacuten Las
muestras fueron analizadas en un microscopio TEM modelo JEOL JEM -1200EX
II con una resolucioacuten de 5Aring a 120Kv las imaacutegenes obtenidas fueron trabajadas en
el software ImageJ donde se determinaron los diaacutemetros promedio y el largo
promedio de las partiacuteculas empleando la data estadiacutestica entregada directamente
por el software
21
Figura 9 Esquema de un microscopio electroacutenico de transmisioacuten Fuente
Elaboracioacuten propia
424 Microscopia Electroacutenica de Barrido (SEM)
La microscopia electroacutenica de barrido (SEM) es una teacutecnica que permite la
observacioacuten y caracterizacioacuten superficial de materiales inorgaacutenicos y orgaacutenicos
entregando informacioacuten morfoloacutegica del material analizado ademaacutes del
procesamiento y anaacutelisis de imaacutegenes obtenidas Las principales utilidades del
SEM son su alta resolucioacuten la gran profundidad de campo que resuelve una
imagen tridimensional de la muestra y la relativa sencillez de preparacioacuten de las
muestras [66 68] La imagen entregada por el SEM se genera por la interaccioacuten de
un haz de electrones que barre un aacuterea determinada sobre la superficie de la
muestra tal como se muestra la Figura 10 La teacutecnica consiste en hacer incidir en
la muestra un haz de electrones Este bombardeo de electrones provoca la
aparicioacuten de diferentes sentildeales que captadas con detectores adecuados
proporcionan informacioacuten acerca de la naturaleza de la muestra
22
Figura 10 Esquema de un microscopio electroacutenico de barrido Fuente Elaboracioacuten
propia
Equipamiento
Las materiales se analizaron tomando 10 mg de muestra deposinatnadolos en un
porta objeto de aluminio y posteriormente fue analizado en microscopio SEM
modelo JEOL JSM-6380LV
425 Anaacutelisis Termogravimeacutetrico (TGA)
El anaacutelisis termogravimeacutetrico (TGA) es una teacutecnica que consiste en la medida
continua en funcioacuten de la temperatura de la ganancia o peacuterdida de la masa de un
compuesto en una atmoacutesfera determinada [69] Este anaacutelisis suministra
informacioacuten acerca de la estabilidad teacutermica y la composicioacuten porcentual de la
muestra original La instrumentacioacuten utilizada en termogravimetriacutea se denomina
termobalanza y consta baacutesicamente de cinco elementos balanza de precisioacuten
horno calefactor controlado por un programador sensor de temperatura (termopar)
sistema de admisioacuten de gases y sistema de adquisicioacuten de datos Las condiciones
requeridas para la balanza son anaacutelogas a cualquier balanza analiacutetica exactitud
sensibilidad y reproducibilidad
23
Equipamiento
Las muestras fueron llevadas a un analizador teacutermico modelo TGASDTA 851e
Los perfiles de descomposicioacuten teacutermica se barrieron entre 25-1000degC a una
velocidad de calentamiento de 5degC min-1 en un flujo de 20 mLmin-1 de N2 u O2
empleando un crisol de Al2O3
426 Isotermas de Adsorcioacuten-Desorcioacuten de N2 a -196degC
La caracterizacioacuten superficial de materiales porosos como oacutexidos metaacutelicos
zeolitas o poliacutemeros orgaacutenicos mediante isotermas de adsorcioacuten-desorcioacuten permite
determinar paraacutemetros tales como el aacuterea superficial el volumen y la distribucioacuten
del tamantildeo de poros [13 70] Cualquier material soacutelido que contiene cavidades
canales o intersticios puede ser considerado como poroso (Figura 11) Los poros
se pueden clasificar en cerrados y abiertos Los cerrados son aquellos que influyen
en propiedades macroscoacutepicas como densidad o resistencia mecaacutenica pero no
son accesibles a procesos de adsorcioacuten Los abiertos a su vez se pueden
clasificar seguacuten su forma o manera de conexioacuten con el exterior La rugosidad de la
superficie externa de la muestra se distingue de la porosidad en que su
profundidad es menor que su anchura
Figura 11 Representacioacuten esquemaacutetica de un soacutelido poroso [71]
24
La estructura porosa se analiza mediante isotermas de adsorcioacuten de gases Esta
consiste en la adsorcioacuten fiacutesica de un gas (adsorbato) sobre un soacutelido (adsorbente)
a una temperatura dada para distintas presiones relativas de gas
Los adsorbatos maacutes utilizados son el N2 CO2 CO NO benceno y algunos
hidrocarburos alifaacuteticos de cadena corta La adsorcioacuten de N2 a -196degC (77 K) es la
maacutes utilizada debido a que cubre todo el rango de porosidad e interacciona
deacutebilmente con la mayoriacutea de los soacutelidos Ademaacutes la misma isoterma puede ser
utilizada para el anaacutelisis del tamantildeo de poro y para superficie especifica empleando
una variedad de modelos El modelo maacutes usado es el de Brunauer-Emett-Teller
(BET) el cual se basa en dos hipoacutetesis principales a) la superficie del adsorbente
se supone uniforme y no porosa b) las moleacuteculas del gas se adsorben sobre la
superficie en capas sucesivas completas o no en equilibrio dinaacutemico entre siacute y
con las moleacuteculas del gas [72 73]
Equipamiento
Los valores de superficie especiacutefica se obtuvieron a partir de las isotermas de
adsorcioacuten de nitroacutegeno a -196degC realizados en un equipo automaacutetico Micromeritics
modelo ASAP 2010 en el rango de presioacuten relativa de 005-03 Se utilizoacute el meacutetodo
BET para calcular las superficies especiacuteficas utilizando la parte lineal del graacutefico de
acuerdo con las recomendaciones de la IUPAC El volumen de poro y las
distribuciones de tamantildeo de poro fueron calculados a partir de las ramas de
desorcioacuten de las isotermas utilizando el meacutetodo de Barret-Joyner-Halenda (BHJ)
427 Magnetizacioacuten del material
Cuando un material se expone a un campo magneacutetico el giro de sus electrones
producen un momento magneacutetico paralelo al campo al que estaacute expuesto esto es
en el material se ha inducido una magnetizacioacuten (M) que es proporcional al campo
magneacutetico externo (H)
25
En la Figura 12 se observa la curva de magnetizacioacuten de un material
ferromagneacutetico que corresponde a un graacutefico de la magnetizacioacuten (M) frente a un
campo aplicado (H) Inicialmente a medida que aumenta la intensidad del campo
aplicado H M tambieacuten aumenta hasta alcanzar el punto de saturacioacuten Ms
Entonces cuando la intensidad del campo H comienza a disminuir por debajo del
punto de saturacioacuten M no lo hace en la misma proporcioacuten que antes sino que a
valores correspondientes a la curva superior Esto comportamiento se conoce
como histeacuteresis y se produce porque los dominios magneacuteticos que se alinean con
un incremento del campo no vuelven a su orientacioacuten original si el campo es
menor Cuando el campo aplicado H regresa al valor cero el material aun
presenta magnetizacioacuten denominada magnetizacioacuten remanente Mr Para eliminar
la magnetizacioacuten remanente se debe aplicar un campo Hc en sentido contrario al
campo inicialmente aplicado conocido como campo coercitivo Si se continuacutea
aumentando el campo se produce otra saturacioacuten en direccioacuten contraria Si desde
esa posicioacuten se disminuye el campo aplicado se vuelve a repetir el mismo
comportamiento dando lugar auacuten ciclo de histeacuteresis [74]
Figura 12 Representacioacuten de curva de magnetizacioacuten para un material
ferromagneacutetico [74]
26
Los paraacutemetros Ms Mr y Hc obtenidos a partir de la curva de magnetizacioacuten
corresponden a propiedades intriacutensecas de un material aunque los uacuteltimos dos
paraacutemetros mencionados no solo depende del tipo del material sino ademaacutes del
tamantildeo y forma del material temperatura y defecto del material [75]
Con la finalidad de comparar el comportamiento magneacutetico de diferentes materiales
frente a un campo aplicado eacutestos se pueden clasificar en diamagneacutetico
paramagneacutetico ferromagneacutetico (Figura 12) ferrimagneacutetico superparamagneacutetico
antiferromagneacutetico El instrumento maacutes utilizado en los anaacutelisis de materiales
magneacuteticos es el magnetoacutemetro de muestra vibrante (VSM) disentildeado para la
medicioacuten de la magnetizacioacuten y del cual se obtiene el ciclo de histeacuteresis [76 77]
Equipamiento
Para las curvas de magnetizacioacuten se pesaron 10 mg de las muestras las que se
depositaron en caacutepsula de policarbonato Dicha caacutepsula fue llevada al portamuestra
del magnetoacutemetro de muestra vibrante (VSM) modelo MLVSM9 MagLab 9T Oxford
Instrument Todas las mediciones se realizaron a 17degC
428 Adsorcioacuten de Faacutermacos en Nanotubo Fe3O4 y en nanotransportador
hiacutebrido Fe3O4-PAMAM
Los ensayos se disentildearon para seguir la adsorcioacuten del faacutermaco en funcioacuten del
tiempo Para ello en un vaso de precipitado colocado sobre una placa agitadora
con control de temperatura se contactan 200 mL de una disolucioacuten acuosa de SIL
(005 mgmL) con 10 mg del nanotransportador dispersos en 2 mL de agua
desionizada y colocados en el interior de bolsa de diaacutelisis (Thermo Scientific
SnakeSkin Dialysis Tubing 10K MWCO 22mm) tal como se muestra
esquemaacuteticamente en la Figura 13 La cineacutetica de la adsorcioacuten se siguioacute por medio
de espectroscopia de UV-visible tomando aliacutecuotas de 10 mL y monitoreadas a
una longitud de onda de maacutexima absorcioacuten (λmaacutex) del faacutermaco (288 nm) cada una
hora empleando un espectrofotoacutemetro UV-VIS (UV2310IISpectrophotometer) hasta
27
que no se detecta variacioacuten en las lecturas absorbancia en funcioacuten
Figura 13 Esquema del sistema de adsorcioacuten de faacutermacos en los
nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
El mismo procedimiento fue empleado para evaluar la capacidad de encapsulacioacuten
de piroxicam (PRX) donde se empleoacute una concentracioacuten inicial de 001 mgmL y
las medidas de absorbancia se siguieron a λmaacutex = 350 nm Todas las medidas de
absorbancia se realizaron por triplicado y la cuantificacioacuten se realizoacute empleando las
respectivas curvas de calibracioacuten de cada faacutermaco Para ambos sistemas NT-
Fe3O4 y Fe3O4-PAMAM las medidas de encapsulacioacuten se realizaron por duplicado
28
5 DISCUSIOacuteN Y ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
51 Caracterizacioacuten de los nanomateriales
511 Espectroscopia de infrarrojo con transformada de Fourier
La caracterizacioacuten espectroscoacutepica por FT-IR entrega informacioacuten sobre los
grupos superficiales existente en una muestra En la Figura 14 se observa el
espectro de NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM En el caso de NT-Fe3O4 se observa
una banda a 574 cm-1 que corresponde al stretching del enlace de Fe-O de la
magnetita seguido por la banda ubicada entre 945-980 cm-1 asociada al bending
del enlace FendashOndashH atribuido a los grupos hidroxilos adsorbidos en la superficie de
NT-Fe3O4 El bending a 1628 cm-1 se asigna a la vibracioacuten de las moleacuteculas de
H2O fisisorbidas sobre la superficie de la magnetita [78] por uacuteltimo entre 3090-
3430 cm-1 se observa una banda ancha correspondiente al stretching de los
grupos FendashOH superficiales [79 80]
Figura 14 Espectro FT-IR de (a) NT-Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-PAMAM Fuente
Elaboracioacuten propia
29
El NT-Fe3O4-PAMAM tiene un espectro similar al NT-Fe3O4 pero se pueden
identificar la banda asociada al bending N-H de las aminas primarias del PAMAM
a 1541 cm-1 mientras que a 1638 cm-1 se observa una banda atribuida al grupo
carbonilo (C=O) de las amidas que componen ramas de crecimiento internas del
dendriacutemero Las bandas entre 2849-2912 cm-1 corresponden a los stretching de
los grupos metileno (-CH2-) presentes en el agente de acople GPTMS y en la
cadena alifaacutetica del dendriacutemero PAMAM [13 81] Por uacuteltimo la banda de vibracioacuten
atribuida de los grupos ndashNH2 terminales se solapa con la sentildeal de los grupos ndashOH
de la superficie del NT-Fe3O4 Con lo anterior se verifica la presencia del
dendriacutemero PAMAM y la superficie del NT-Fe3O4 utilizando como agente de
acople GPTMS
512 Anaacutelisis Termogravimeacutetrico
Por medio del estudio de TGA se ha podido determinar la cantidad de PAMAM
conjugada en el soacutelido NT-Fe3O4 En la Figura 15 se muestran las curvas de
peacuterdida de masa porcentual en funcioacuten de la temperatura para los tres sistemas
preparados En el caso de NT-Fe3O4 se observa una curva continua hasta
alrededor de los 200degC donde comienza la peacuterdida de materia que corresponde a
desorcioacuten de agua fuertemente fisisorbida en el material En una segunda etapa a
500degC se detecta la peacuterdida en masa atribuida a la oxidacioacuten de las especies Fe2+
a Fe3+ con la consecuente peacuterdida de agua [82 83]
2Fe3O4 (s) + 12O2 (g) rarr 3Fe2O3 (s)
Posterior a 650degC se detecta una continua peacuterdida de masa la que se asume
corresponde a la deshidroxilacioacuten de las especies Fe-OH remanentes de la
formacioacuten de Fe2O3 Cuando al material se le inmoviliza el agente de acople
GPTMS se observa un perfil de peacuterdida en masa diferente al material de partida
La temperatura de inicio es de alrededor de 250degC en la cual comienza la
combustioacuten de la materia orgaacutenica atribuida al anclaje del agente de acople en la
30
superficie de NT-Fe3O4 finalizando alrededor de los 430degC En la zona del
termograma que denota la oxidacioacuten de las especies Fe2+ a Fe3+ se observa un
desplazamiento a 550degC atribuido a la estabilizacioacuten superficial que le confieren
los enlaces Fe-O-Si que se han formado durante el proceso de anclaje [84 85]
Figura 15 Termogramas de los materiales realizados en atmoacutesfera de O2 (a) NT-
Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-GPTMS y (c) NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten
propia
La diferencia en las masas remanentes entre ambas curvas ha permitido estimar
la cantidad de GPTMS que se ha inmovilizado en NT-Fe3O4 el cual se resume en
la Tabla 2 Soacutelo se puede determinar un estimado por esta teacutecnica pues se sabe
que las especies Fe-O-Si presente en la muestra se pueden sustituir en la matriz
del NT-Fe3O4 durante el proceso produciendo la mineralizacioacuten del GPTMS
4(Fe-O)3Si(CH2)3-(CH2OCH2)(s) + 25O2(g) rarr 2(Fe-O)3Si-O-Si(O-Fe)3(s) +
20CO2(g) + 16H2O(g)
31
Lo que al mismo tiempo podriacutea provocar el desplazamiento de la oxidacioacuten de las
especies Fe2+ a temperaturas superiores
Tabla 2 Porcentaje de peacuterdida de masa y material acoplado GPTMS y PAMAM
(G3) al NT-Fe3O4 Fuente Elaboracioacuten propia
Por uacuteltimo para el material hiacutebrido NT-Fe3O4-PAMAM muestra un perfil de
peacuterdida de masa continua desde los 75degC en adelante atribuido a la desorcioacuten de
H2O fisisorbida la que se incrementa respecto de los materiales precursores
atribuidos a la alta capacidad de adsorber agua por parte del dendriacutemero
inmovilizado en superficie Por sobre los 250degC comienza una segunda etapa de
peacuterdida en masa la que corresponde a la calcinacioacuten de la materia orgaacutenica
conferida por GPTMS-PAMAM la que ocurre en dos etapas 1) combustioacuten de la
materia orgaacutenica alifaacutetica (250degC) y 2) a la combustioacuten asociada a los enlaces
amidas de la ramas de crecimiento de PAMAM (450degC) la que al mismo tiempo se
acopla con la oxidacioacuten de la especies Fe2+ del material inorgaacutenico Comparando
los resultados obtenidos para NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-GPTMS se puede estimar el
contenido de PAMAM conjugado a la nanoestructura lo cual se resume en la
Tabla 2 Con estos resultados se puede inferir que la reaccioacuten de inmovilizacioacuten ha
afectado el contenido en masa del material el que se puede atribuir a la
conjugacioacuten de PAMAM en los NT-Fe3O4
513 Isotermas de Adsorcioacuten-Desorcioacuten de N2 a -196degC
Las isotermas de adsorcioacutendesorcioacuten de N2 a -196degC de los materiales NT-Fe3O4
y NT-Fe3O4-PAMAM se presentan en la Figura 16 Ambas isotermas son del tipo
IV de acuerdo a la calificacioacuten BDDT tiacutepica de soacutelidos mesoporosos y con ciclo
de histeacuteresis tipo H1 [72 73] caracteriacutesticas de capilares de forma tubular con
Material () (μmolg) (μmolm2)
NT-Fe3O4-GPTMS 39 165 66
NT-Fe3O4-PAMAM 168 243 097
32
abertura en sus extremos En la Tabla 3 se resumen los valores de superficies
especiacuteficas (SBET) distribuciones de tamantildeo promedio de poro de los materiales
(dPoro) y volumen total (VPoro) mostrando que la funcionalizacioacuten con GPTMS
seguido por la inmovilizacioacuten con dendriacutemero PAMAM en la superficie del NT-
Fe3O4 provoca una disminucioacuten de los valores
Figura 16 Isoterma de adsorcioacutendesorcioacuten de N2 a -196degC para (a) NT-Fe3O4 y (b)
NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Lo anterior se debe a que el GPTMS y PAMAM producen el cubrimiento parcial
de la superficie del material tubular NT-Fe3O4 lo que lleva a que los poros se
cierren o tapen estrechando sus cavidades y haciendo que el proceso de
desorcioacuten ocurra a menores presiones relativas Lo descrito con anterioridad
concuerda con el cambio en el ciclo de histeacuteresis gracias a una disminucioacuten del
diaacutemetro promedio de poro o bien un aumento en el grosor de la pared del
material tubular Esto es una evidencia experimental de la modificacioacuten superficial
del nanotubo la que presumiblemente ocurre de forma preferente en la superficie
interna del material
33
Tabla 3 Superficie especiacutefica tamantildeo promedio de poro y volumen de poro
determinadas por las de BET y BJH [73 86] para los materiales en base a NT-
Fe3O4 sintetizados Fuente Elaboracioacuten propia
condiciones normales Presioacuten y temperatura
514 Difraccioacuten de Rayos X
En la Figura 17 se muestran los perfiles de DRX para de NT α-Fe2O3 NT-Fe3O4 y
NT-Fe3O4-PAMAM El primer material corresponde a NT α-Fe2O3 debido a la
siacutentesis previa de nanotubos de hematita precursor de los nanotubos de
magnetita Se observan las difracciones propias de la hematita la cual coincide
con su estructura hexagonal (JCDS 33-0664) [87-89] Ademaacutes en la figura 17 se
observa la desaparicioacuten y aparicioacuten de picos desde el primer al segundo material
en este uacuteltimo aparecen los picos de la magnetita esto indica la reaccioacuten de
reduccioacuten de la hematita a magnetita con el consecuente cambio estructural
Los materiales NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM se detectan las difracciones tiacutepicas
para Fe3O4 con estructura cristalina del tipo magnetita la cual corresponde a una
estructura cuacutebica centrada en la cara de tipo espinela (AB2O4) inversa (JCPDS 19-
0629) [29 79 80] La modificacioacuten superficial con agente de acople seguido por el
acoplamiento con dendriacutemero PAMAM no provoca cambios en la estructura
cristalina del material NT-Fe3O4
Material SBET
(m2g-1)
dPoro
(nm)
VPoro
(cm3g-1)
NT-Fe3O4 59 33 01
NT-Fe3O4-PAMAM 25 19 005
34
Figura 17 Difractograma de rayos X para (a) NT α-Fe2O3 (b) NT-Fe3O4 y (c) NT-
Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
515 Microscopiacutea Electroacutenica de Barrido y Transmisioacuten
La estructura tubular de estos materiales se siguioacute por medio de microscopiacutea
electroacutenica de barrido y transmisioacuten En relacioacuten a la morfologiacutea superficial se
puede observar en la Figura 18 que en ambos materiales muestran la forma tiacutepica
de materiales nanotubulares huecos lo cual ratifica los resultados en la forma de
los ciclos de histeacuteresis observados en la caracterizacioacuten por isotermas de
adsorcioacuten de N2 a -196degC (Figura 16) En relacioacuten a la modificacioacuten superficial del
material NT-Fe3O4 con GPTMS y PAMAM se mantiene la morfologiacutea del material
inorgaacutenico en acuerdo con la caracterizacioacuten por DRX
35
Figura 18 Imaacutegenes de SEM de los materiales (a) NT-Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-
PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Para poder determinar de forma directa los tamantildeos partiacutecula longitud y diaacutemetro
de NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM se ha realizado la caracterizacioacuten por TEM y
sus respectivas micrografiacuteas se muestran en la Figura 19 Al igual que en el caso
de SEM se observan nanoestructuras que muestran una morfologiacutea definida de
tipo tubular con una cavidad regular abierta en sus extremos
A traveacutes del conteo de los nanotubos y la medicioacuten directa de sus tamantildeos se han
determinado las curvas de distribucioacuten para el largo y diaacutemetro externo de los
nanotubos tal como se muestra en la Figura 19 Los valores promedio del largo
fueron del orden de 280 y 286 nm y los diaacutemetros externos fueron 151 y 159 nm
para NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM respectivamente Al comparar las imaacutegenes y
sus correspondientes dimensiones obtenidas se puede observar que la
morfologiacutea del material no se ve afectada al modificar la superficie del NT-Fe3O4
durante el proceso de conjugacioacuten con el dendriacutemero PAMAM
(b) (a)
36
Figura 19 Micrografiacuteas de TEM de NT-Fe3O4 (a b) NT-Fe3O4-PAMAM (e f) y las
curvas de distribucioacuten del largo (c g) y diaacutemetro externo (d h) para ambos NT-
Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM respectivamente Fuente Elaboracioacuten propia
(a) (b)
(h) (g)
(f) (e)
(d) (c)
37
516 Propiedades magneacuteticas
Las propiedades magneacuteticas de NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM fueron estudiadas
por medio de un anaacutelisis VSM y las curvas de magnetizacioacuten se muestran en la
Figura 20 dando como resultado para ambos materiales la propiedad
ferrimagneacutetica Aquello se debe a que la foacutermula de la magnetita Fe3O4 puede
escribirse en la forma Fe3+[Fe2+Fe3+]O4 seguacuten la foacutermula general AB2O4 de tipo
espinela inversa Donde la mitad de los cationes Fe3+ ocupan sitios tetraeacutedricos
mientras que la otra mitad de Fe3+ y los cationes Fe2+ ocupan los sitios
octaeacutedricos Los cationes de Fe3+ se distribuyen por tanto en dos posiciones
diferentes en la estructura pero con direcciones opuestas de espiacuten magneacutetico por
lo tanto los momentos magneacuteticos de los cationes Fe3+ se anulan entre siacute
mientras que los momentos magneacuteticos de los cationes Fe2+ que posee espiacuten de
menor magnitud comparado con Fe3+ son los responsables del momento
magneacutetico neto en la magnetita [27 77 90] De la graacutefica de la Figura 20 se
observa que el ciclo de magnetizacioacuten muestra un ciclo de histeacuteresis de similares
caracteriacutesticas Este resultado permite suponer que la modificacioacuten con el agente
de acople GPTMS y posterior anclaje de PAMAM no perturboacute las propiedades
magneacuteticas del soporte durante la siacutentesis De la Figura 20 se pueden extraer el
valor de la magnetizacioacuten remanente (Mr) y coercitividad (Hc) en ausencia del
campo aplicado y el valor de magnetizacioacuten de saturacioacuten (Ms) los cuales se
resumen en la Tabla 4
Tabla 4 Resumen de paraacutemetros magneacuteticos para los materiales preparados a
17degC Fuente Elaboracioacuten propia
Material Ms
(emug)
Mr
(emug)
Hc
(Oe)
Fe3O4 bulk 92 - lt 100
NT-Fe3O4 67 16 249
NT-Fe3O4-PAMAM 58 10 240
38
Los valores de Ms que se encuentran en los materiales nanoestructurados son
generalmente maacutes pequentildeos que la magnetita bulk lo cual puede ser atribuido al
aumento de efectos superficiales y a la presencia de dendriacutemero PAMAM A su
vez se han reportado valores experimentales para Ms en nanopartiacuteculas de
magnetita que abarcan entre 30-50 emug inferior al valor del mineral magnetita
90 emug [39 91-93] Por el contrario los valores de Hc encontrados para ambas
nanoestructuras son mayores al ser comparado con la magnetita bulk debido a la
disminucioacuten del tamantildeo de partiacutecula
39
Figura 20 Curva de magnetizacioacuten obtenida para NT-Fe3O4 (a b) y NT-Fe3O4-
PAMAM (c d) utilizando un magnetoacutemetro de muestra vibrante (VSM) a 17degC
Fuente Elaboracioacuten propia
(a) (b)
(c) (d)
40
52 Estudios de la adsorcioacuten de Faacutermacos en Nanotubo Fe3O4 y en
nanotransportador hiacutebrido Fe3O4-PAMAM
521 Faacutermacos de intereacutes
Luego de la caracterizacioacuten de los materiales puro e hiacutebrido se procedioacute a realizar
en cada uno de ellos la adsorcioacuten de faacutermacos Esto con la finalidad de determinar
el tiempo y capacidad maacutexima de adsorcioacuten mediante estudios de cineacutetica de
adsorcioacuten
En esta investigacioacuten se ha decidioacute emplear dos clases de faacutermacos poco solubles
para estudiar la capacidad de adsorcioacuten de los nanotransportadores sintetizados
El piroxicam (PRX M 331348 gmol) es una clase de faacutermaco antiinflamatorio no
esteroidal perteneciente al grupo oxicam [94 95] como se observa en la Figura
21 (a) posee un grupo enoacutelico (pKa 18) y un grupo piridiacutenico (pKa 63) [96 97]
presenta propiedades analgeacutesicas antipireacuteticas a su vez alivia dolores para la
artritis reumatoide la artrosis y los siacutentomas de la dismenorrea [59]
(a) (b)
Figura 21 Estructuras de los faacutermacos de intereacutes (a) Piroxicam y (b) Silibinina
Fuente Elaboracioacuten propia
41
No obstante PRX provoca efectos secundarios principalmente uacutelceras gaacutestricas
ademaacutes es praacutecticamente insoluble en agua [98 99] Para reducir estos efectos
existen investigaciones que tienen relacioacuten con el transporte y liberacioacuten de
faacutermacos que pueden cargar eficazmente el faacutermaco para apuntar hacia el sitio de
accioacuten aumentando la eficacia terapeacuteutica y reducir al miacutenimo los efectos
secundarios donde sistemas de microesferas de albuacutemina de suero bovino han
sido utilizadas para la liberacioacuten piroxicam [100]
El otro faacutermaco de intereacutes estudiado es la silibinina (SIL M 48244 gmol) que es
un flavonoide polifenoacutelico natural que se aiacutesla de la planta de cardo de leche
Silybum marianum Posee cinco grupos hidroxilos un grupo carbonilo y tres
grupos fenilos tal como se muestra en la Figura 21 (b) Esta moleacutecula tiene varios
grupos ionizables con sus respectivos pKa1 70 pKa2 877 pKa3 957 pKa4
1166 [101] y ha sido ampliamente utilizada por sus efectos hepatoprotectores
Sin embargo la eficacia de silibinina como faacutermaco estaacute muy limitada debido a su
escasa solubilidad en agua y una baja biodisponibilidad despueacutes de su
administracioacuten oral A fin de superar los defectos de la silibinina libre muchos
enfoques se han adoptado como son los sistemas de entrega liposomal de
transporte lipiacutedicos nanoestructurados de complejo silibinina-fosfoliacutepido y
nanosuspensiones [102]
Es importante notar que los estudios de la cineacutetica de adsorcioacuten son
determinantes en teacuterminos de conocer coacutemo variacutea la concentracioacuten de faacutermaco
adsorbida en funcioacuten del tiempo para una proporcioacuten faacutermacoadsorbente dada La
cineacutetica de adsorcioacuten permite conocer el tiempo en que se realiza el proceso de
adsorcioacuten y ha de practicarse antes de la determinacioacuten de una isoterma de
adsorcioacuten Puesto que se trabaja con disolucioacuten se debe en cuenta los factores
que influyen en el proceso ya que el tiempo necesario para alcanzar el equilibrio
estaacute en funcioacuten de las caracteriacutesticas del adsorbente y del adsorbato de la
quiacutemica de la disolucioacuten de la temperatura y del pH La data de la cineacutetica de
adsorcioacuten de los faacutermacos en los nanotransportadores se ajustoacute a los modelos
42
cineacuteticos de pseudo-primer orden pseudo-segundo orden y cineacuteticas que
involucran quimisorcioacuten [103-106] para ambos nanotransportadores en presencia
de los faacutermacos PRX y SIL
De forma general se puede decir que el modelo de pseudo-primer orden o modelo
de Lagergren se basa en la suposicioacuten de que cada moleacutecula de adsorbato se
adsorbe en un sitio del adsorbente lo cual en teacuterminos de cineacutetica de reaccioacuten se
expresa como
(1)
y la forma integrada de esta ecuacioacuten queda definida como
(2)
donde la qe y qt (mgfarmgads) son la cantidad maacutexima de faacutermaco adsorbida una
vez alcanzado el equilibrio (trarr) y la cantidad de faacutermaco adsorbida al tiempo t
respectivamente y k1 (h-1) es la constante cineacutetica de pseudo-primer orden
Para el caso del modelo de pseudo-segundo orden o modelo de Ho desarrollado
por Ho y McKay [107] supone que el adsorbato se adsorbe en dos sitios activos
del adsorbente En este caso la ecuacioacuten de la cineacutetica de adsorcioacuten se expresa
como
(3)
y la forma integrada de esta ecuacioacuten queda definida como
(4)
43
donde k2 (gadsmgfarmmiddoth) es la constante cineacutetica de adsorcioacuten de pseudo-segundo
orden Es importante mencionar que ambos modelos cineacuteticos se basan en la
homogeneidad de la superficie del adsorbente y donde soacutelo se considera la
cantidad de sitios involucrados en el proceso Esto se puede interpretar en
teacuterminos cineacuteticos en que la energiacutea de activacioacuten asociada a la adsorcioacuten del
faacutermaco en la superficie es constante y uacutenica en todos los sitios del adsorbente
No obstante cuando la superficie es heterogeacutenea en los sitios de adsorcioacuten se
observa que los modelos propuestos pueden perder validez En estos casos se
prefiere emplear el modelo de Elovich de aplicacioacuten general en procesos de
quimisorcioacuten el cual supone que los sitios activos del adsorbente son
heterogeacuteneos y por ello exhiben diferentes energiacuteas de activacioacuten basaacutendose en
un mecanismo de reaccioacuten de segundo orden para un proceso de reaccioacuten
heterogeacutenea Este modelo ha mostrado resultados satisfactorios en la
identificacioacuten del mecanismo controlante en procesos de adsorcioacuten de un soluto
en fase liacutequida a partir de un soacutelido adsorbente [106 108] y queda descrito
matemaacuteticamente como
(5)
y la forma integrada de esta ecuacioacuten queda definida como
(5)
donde α (mgfarmgadsmiddoth) es la constante de velocidad inicial de adsorcioacuten y β estaacute
relacionado con la superficie cubierta y la energiacutea de activacioacuten por
quimiadsorcioacuten (mgfarmgads) denominada constante de velocidad de desorcioacuten
Finalmente debe considerarse tambieacuten alguna hipoacutetesis sobre el mecanismo de
difusioacuten de los faacutermacos al interior de la estructura de los nanotransportadores Un
modelo aceptado en la literatura es el de difusioacuten intraparticular en el interior de
44
los poros de la partiacutecula de adsorbente el que se basa en el transporte de soluto a
traveacutes de la estructura interna de los poros de adsorbente y la difusioacuten
propiamente dicha en el soacutelido lo que conlleva a asumir que el adsorbente posee
una estructura porosa homogeacutenea Weber y Morris (1963) concluyeron que en un
proceso controlado por la adsorcioacuten en los poros la velocidad inicial es
directamente proporcional a la concentracioacuten del soluto La difusioacuten intraparticular
se caracteriza por la dependencia entre la adsorcioacuten especiacutefica y la raiacutez cuadrada
del tiempo siendo la pendiente la velocidad de difusioacuten intraparticular
Con base en lo anterior la ecuacioacuten que define la difusioacuten intraparticular viene
dada por
(5)
Donde ki (mgfarmgadsmiddoth 12) es la constante de velocidad de difusioacuten intraparticular y
Ci entrega informacioacuten sobre el grosor de la capa de adsorbato [105] Esta
ecuacioacuten ha sido utilizada por diferentes investigadores para determinar si la
difusioacuten intraparticular es la etapa controlante de la dinaacutemica de adsorcioacuten de
especies ioacutenicas [109 110]
522 Adsorcioacuten de PRX
Las cineacuteticas de adsorcioacuten de ambos nanotransportadores para PRX se muestran
en la Figura 22 Para ellos se realizaron ajustes no lineales de la data
experimental y los valores obtenidos los cuales se reportan en la Tabla 5 Los
faacutermacos son moleacuteculas capaces de establecer interacciones supramoleculares
con nanomateriales las que dependeraacuten de los grupos funcionales que posean
del solvente en el cual se encuentran disueltos y el pH del medio Las
interacciones supramoleculares maacutes frecuentes son las electrostaacuteticas enlaces de
hidroacutegeno van der Waals e hidrofoacutebicas [111 112]
45
En el caso de lo nanotransportadores empleados en este estudio se observa que
ambos materiales adsorben PRX y los datos experimentales se ajustan a una
cineacutetica de pseudo-primer orden Se ha elegido este modelo pues las funciones
estadiacutesticas de coeficiente de correlacioacuten (R2) y el test de chi-cuadrado (χ2) el cual
es una prueba de hipoacutetesis que compara la distribucioacuten observada de los datos
con una distribucioacuten esperada de los datos Ambos caacutelculos se realizaron
mediante empleando el software Origin Pro 80 mediante la funcioacuten de anaacutelisis no
lineal donde se ajustaron los tres modelos estudiados
Figura 22 Cineacutetica y ajustes de modelos cineacuteticos de adsorcioacuten para PRX en los
nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Figura 23 Esquema propuesto para la adsorcioacuten de PRX en los sistemas
sintetizados (A) Fe3O4-NT y (B) Fe3O4-NT-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Sistema aislado Sistema en disolucioacuten
Sistema aislado Sistema en disolucioacuten
46
Tabla 5 Modelos cineacuteticos para la adsorcioacuten de PRX en los adsorbentes NT-
Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
qe exp (mgPRXgads) 391 487
Pseudo primer-orden (Modelo de Lagergren)
qe (mgPRXgads) 413 488
k1 (h-1) 0038 0079
R2 09964 09911
χ2 0817 287
Pseudo segundo-orden (Modelo de Ho)
qe (mgPRXgads) 539 566
k2 (gAdsmgPRXmiddoth) 649x10-4 168x10-3
R2 09921 09935
χ2 179 210
Quimisoricioacuten (Modelo de Elovich)
α (mgPRXgadsmiddoth) 595 1629
β (mgPRXg) 0100 0097
R2 09501 09613
χ2 1030 1085
Cabe mencionar que de acuerdo a los reportes Rozou y col [96] el faacutermaco PRX
al pH de adsorcioacuten se encuentra en su forma zwitterioacutenica El Fe3O4 es un material
inorgaacutenico que muestra un pI de 68 [113] A las condiciones de adsorcioacuten
estudiadas el pH del agua fue de 60 luego la superficie del NT-Fe3O4 se
encuentra cargada de forma positiva esperaacutendose que la interaccioacuten del faacutermaco
con el adsorbente sea mediada por interacciones electroestaacuteticas tal como se
muestra en el esquema de la Figura 23
Con la incorporacioacuten del PAMAM a la fase inorgaacutenica se observa un incremento
de un 25 en la capacidad de adsorcioacuten de PRX Esto se puede interpretar en
47
teacuterminos moleculares haciendo la aproximacioacuten de los moles disponibles de
PAMAM en funcioacuten de la cantidad adsorbida en comparacioacuten a NT-Fe3O4 sin
modificar Desde la Tabla 2 se sabe que hay una cantidad de 243 micromol de
PAMAM por gramo de adsorbente debido a que el incremento en la adsorcioacuten
fueron 96 mg de PRX (o 290 micromol de PRX) se puede asumir una estequiometriacutea
PRXPAMAM = 119 De acuerdo a reportes previos publicados por nuestro grupo
de investigacioacuten se sabe que PRX a pH 70 se adsorbe efectivamente en la
estructura PAMAM alcanzando una estequiometriacutea PRXPAMAM = 23 [59] En
este caso pH 60 no hay cambios significativos en la estructura del faacutermaco ni
en la del dendriacutemero por lo que deberiacutea haberse esperado un incremento
significativo de la adsorcioacuten de PRX en relacioacuten al nanotransportador NT-Fe3O4
Sin embargo este efecto no fue observado en el nanotubo hiacutebrido funcionalizado
con PAMAM Con estos resultados se puede asumir que la afinidad del PRX
mucho mayor por la adsorcioacuten en el material inorgaacutenico que por la adsorcioacuten en
los bolsillos de la cavidades internas del PAMAM
En relacioacuten a los resultados cineacuteticos se observa un aumento en la pseudo-
constante cineacutetica de adsorcioacuten siendo k1(NT-Fe3O4) lt k1(NT-Fe3O4-PAMAM) Para poder
interpretar el fenoacutemeno en forma mecaniacutestica la data experimental se ha ajustado
al modelo de difusioacuten intrapartiacutecula de Weber-Morris el que se muestra en la
Figura 24 En esta figura se puede observar tres segmentos lineales lo cual indica
que el proceso de adsorcioacuten de PRX en los nanotubos procede en tres etapas
para ambos sistemas Una situacioacuten similar ha sido observada en el caso de la
cineacutetica de adsorcioacuten de cefalosporina en micropartiacuteculas polimeacutericas por Cigu y
colaboradores quienes han descritos las diferentes etapas de la siguiente
forma[105]
a) Adsorcioacuten del adsorbato en la superficie del adsorbente
b) Difusioacuten intrapartiacutecula desde la zona externa a la superficie del adsorbente
c) Equilibrio de adsorcioacuten donde quedan muy pocos sitios disponibles para la
adsorcioacuten
48
Figura 24 Graacutefico de adsorcioacuten de PRX en los nanotransportadores sintetizados
considerando un modelo de difusioacuten intrapartiacutecula en tres etapas Fuente
Elaboracioacuten propia
Ambos sistemas muestran el mismo perfil de difusioacuten intrapartiacutecula y los valores
de las constantes de velocidad para las etapas (a) y (b) presentan valores
relativamente bajos aunque difieren levemente tal como se resume en la Tabla 6
En el caso de NT-Fe3O4 se observa que la etapa limitante corresponde a la
adsorcioacuten de PRX en la superficie del nanomaterial a diferencia de NT-Fe3O4-
PAMAM donde se observa que la etapa limitante es la difusioacuten intrapartiacutecula Esta
diferencia se puede explicar debido a que PAMAM posee grupos ndashNH2
superficiales que al pH de adsorcioacuten estaacuten protonados (ver Figura 23) lo que
incrementa la carga eleacutectrica superficial del nanotransportador este hecho podriacutea
provocar un aumento en la velocidad inicial de adsorcioacuten de PRX si los efectos
electroestaacuteticos gobiernan la velocidad de reaccioacuten en esta etapa considerando
que el PRX presenta una estructura dipolar a pH 60 Sin embargo en la etapa
subsiguiente caracterizada por la adsorcioacuten gradual de PRX las moleacuteculas de
PAMAM unidas covalentes a la superficie de NT-Fe3O4 dificultan el proceso de
difusioacuten intrapartiacutecula provocando una caiacuteda en la constante k(b)
49
Tabla 6 Modelo de difusioacuten intra-partiacutecula para la adsorcioacuten de PRX en los
adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM considerando dos etapas
determinantes en la adsorcioacuten del faacutermaco y una tercera de equilibrio Fuente
Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
Modelo de difusioacuten intrapartiacutecula (Modelo de Weber-Morris)
k(a) (mgPRXgadsh12) 311 766
R(a)2 09879 09903
k(b) (mgPRXgadsh12) 683 409
R(b)2 09872 09944
523 Adsorcioacuten de SIL
En la Figura 25 se muestran las graacuteficas cineacuteticas para la adsorcioacuten de SIL en los
dos nanotransportadores sintetizados Las consideraciones de ajuste de los
modelos cineacuteticos se hicieron de la misma forma que para los estudios realizados
con PRX y los valores obtenidos se resumen en la Tabla 7
Figura 25 Cineacutetica y ajustes de modelos cineacuteticos de adsorcioacuten para SIL en los
nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
50
El comportamiento de los sistemas frente a la adsorcioacuten de SIL muestra la misma
tendencia que la observada en el caso de PRX Ambos nanomateriales adsorben
SIL y la capacidad maacutexima se ve incrementada por la presencia de PAMAM Sin
embargo en este caso ambos sistemas nanotransportadores presentan una gran
afinidad por el faacutermaco obtenieacutendose cargas maacuteximas superiores a 650 mg de
SIL por gramo de nanomaterial valores muy superiores a los obtenidos en el caso
de PRX
El faacutermaco SIL se encuentra como moleacutecula neutra al pH de adsorcioacuten (pKa1 70
pKa2 877 pKa3 957 pKa4 1166) Para la adsorcioacuten en NT-Fe3O4 se espera
que las fuerzas que estaacuten predominando en la adsorcioacuten del faacutermaco sean del tipo
Van der Waals y enlace de hidroacutegeno entre los grupos funcionales de SIL y los
grupos hidroxilos de la NT-Fe3O4 Por otro lado las contribuciones hidrofoacutebicas
tambieacuten deberiacutean jugar un rol importante en la adsorcioacuten del faacutermaco en estos
nanomateriales especialmente en el sistema hiacutebrido NT-Fe3O4-PAMAM En el
caso del PAMAM estudios recientes realizados en nuestro grupo de investigacioacuten
han mostrado la gran afinidad que presenta el dendriacutemero por SIL y
experimentos NOESY han demostrado la adsorcioacuten de las moleacuteculas de SIL en las
cavidades internas del PAMAM
Asiacute para el material NT-Fe3O4-PAMAM se observa un incremento significativo de
la adsorcioacuten en relacioacuten al material inorgaacutenico En este caso el faacutermaco SIL
interacciona no solo con NT-Fe3O4 sino que tambieacuten con el dendriacutemero presente
Si se hace el caacutelculo entre la cantidad adsorbida de SIL en presencia de PAMAM
(1504 mg o 3117 micromol por gramo de adsorbente respectivamente) se obtiene
una relacioacuten molar de SILPAMAM = 128 Considerando esta evidencia puede
suponerse que el faacutermaco en el adsorbente NT-Fe3O4-PAMAM no soacutelo se adsorbe
en la superficie del oacutexido inorgaacutenico sino que tambieacuten se estaacute adsorbiendo en las
cavidades del PAMAM con estequiometriacuteas similares a las observadas para otros
faacutermacos insolubles previamente estudiados por nuestro grupo [51 59]
51
Tabla 7 Modelos cineacuteticos para la adsorcioacuten de SIL en los adsorbentes NT-Fe3O4
y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
qe exp (mgSILgads) 6750 8254
Pseudo primer-orden (Modelo de Lagergren)
qe (mgSILgads) 6853 8837
k1 (h-1) 0052 0062
R2 09975 09956
χ2 1656 4415
Pseudo segundo-orden (Modelo de Ho)
qe (mgSILgads) 8706 10233
k2 (gAdsmgSILmiddoth) 673x10-5 535x10-5
R2 09936 09954
χ2 4209 4576
Quimisorcioacuten (Modelo de Elovich)
α (mgSILgadsmiddoth) 1319 1956
β (mgSILg) 569x10-3 548x10-3
R2 09695 09510
χ2 18184 45945
En relacioacuten a los modelos de adsorcioacuten se observa que ambos sistemas se
ajustan mejor a cineacuteticas de pseudo-primer orden con respecto a la adsorcioacuten de
SIL con coeficientes de correlacioacuten y test de chi-cuadrado confiables para el
modelo Las constantes pseudo primer-orden son similares para ambos sistemas
k1(NT-Fe3O4) ~ k1(NT-Fe3O4-PAMAM) y del mismo orden de magnitud que las
determinadas en el caso de la adsorcioacuten de PRX En la Figura 25 se observa que
el maacuteximo de adsorcioacuten de SIL se alcanza a tiempos superiores a 50 horas para
ambos adsorbentes
52
Para entender de manera maacutes acabada la forma en que operan los fenoacutemenos
cineacuteticos de adsorcioacuten se ha realizado el ajuste de Weber-Morris para el modelo
de difusioacuten de intrapartiacutecula el que se muestra en la Figura 26 el cual nuevamente
revela un proceso de adsorcioacuten en tres etapas y los valores de las constantes de
velocidad para las etapas (a) y (b) presentan valores relativamente altos como se
resume en la Tabla 8
Figura 26 Graacutefico de adsorcioacuten de SIL en los nanotransportadores sintetizados
considerando un modelo de difusioacuten intrapartiacutecula en tres etapas Fuente
Elaboracioacuten propia
Considerando que a pH 60 el NT- Fe3O4 se encuentra en su forma protonada SIL
para adsorberse en la superficie del material deberaacute desplazar ese equilibrio para
ocupar un sitio de la superficie tal como se muestra en el siguiente esquema
Fe-OH + H2O [Fe-O-H-OH2]+
[Fe-O-H-OH2]+ + SIL [Fe-O-H-O-SIL] + H2O
Este equilibrio es el que determina la cineacutetica del proceso de adsorcioacuten en el caso
del adsorbente NT-Fe3O4 En el caso del nanotransportador hiacutebrido tambieacuten se
53
observa que la etapa de adsorcioacuten es la limitante de la velocidad del proceso
Comparando ambos sistemas se detecta que k(a)(NT-Fe3O4) ~ k(a)(NT-Fe3O4-PAMAM)
Esta diferencia se puede atribuir a la presencia del dendriacutemero PAMAM en el caso
del nanotransportador hiacutebrido En teacuterminos de naturaleza superficial se espera
que la asociacioacuten SIL-PAMAM incremente la velocidad del proceso con respecto al
nanotransportador inorgaacutenico
Tabla 8 Modelo de difusioacuten intra-partiacutecula para la adsorcioacuten de SIL en los
adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM considerando dos etapas
determinantes en la adsorcioacuten del faacutermaco y una tercera de equilibrio Fuente
Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
Modelo de difusioacuten intrapartiacutecula (Modelo de Weber-Morris)
k(a) (mgSILgadsh12) 577 885
R(a)2 09881 09935
k(b) (mgSILgadsh12) 1059 1135
R(b)2 09803 09828
54
6 CONCLUSIONES Y PERSPECTIVAS
Se logroacute sintetizar los nanotubos de magnetita NT-Fe3O4 obtenidos por la
reduccioacuten de los nanotubos de hematita α-Fe2O3 sintetizados a partir de
tratamiento hidrotermal Se verificoacute la estructura de la magnetita su forma tubular
y propiedades magneacuteticas a traveacutes de las teacutecnicas de caracterizacioacuten difraccioacuten de
rayos X microscopiacutea electroacutenica de transmisioacuten y medidas de susceptibilidad
magneacutetica respectivamente
El nanotubo inorgaacutenico obtenido sirvioacute de soporte para la conjugacioacuten de
dendriacutemero de poli-(amidoamina) de tercera generacioacuten el cual se logroacute inmovilizar
en la superficie de NT-Fe3O4 con un contenido del 16 en masa respecto del
material hiacutebrido El proceso de inmovilizacioacuten no perturboacute las propiedades del
soporte inorgaacutenico en relacioacuten a las propiedades magneacuteticas cristalinas o de
tamantildeo y forma
Los materiales obtenidos fueron capaces de actuar como adsorbentes de los
faacutermacos piroxicam y silibinina siendo eacuteste uacuteltimo quien mostroacute incrementar la
capacidad de adsorcioacuten en presencia de PAMAM Para ambos sistemas y
faacutermacos se determinaron las curvas cineacuteticas de adsorcioacuten donde se logroacute
determinar que independiente del faacutermaco ambos nanotransportadores muestran
ajustarse a cineacuteticas de pseudo-primer orden Finalmente la presencia de PAMAM
no soacutelo potencia la capacidad de adsorcioacuten en los faacutermacos testeados sino que
tambieacuten acelera la etapa de adsorcioacuten superficial con respecto a la determinada
para el adsorbente NT-Fe3O4 por medio del modelo de difusioacuten de Weber-Morris
Para el faacutermaco piroxicam se observoacute que la adsorcioacuten fue mediada
principalmente por interacciones del tipo electroestaacuteticas entre la forma
zwitterioacutenica de piroxicam y la superficie de los nanotransportadores La etapa
limitante de la cineacutetica adsorcioacuten para el caso de NT-Fe3O4 fue la adsorcioacuten
55
superficial y en el caso de NT-Fe3O4-PAMAM fue la etapa de difusioacuten
intrapartiacutecula
Finalmente para el faacutermaco silibinina se observoacute que la adsorcioacuten fue mediada
por las fuerzas de tipo Van der Waals y enlace de hidroacutegeno entre los grupos
funcionales de SIL y los grupos hidroxilos de NT-Fe3O4 Por otro lado las
contribuciones hidrofoacutebicas tambieacuten juegan un rol importante en la adsorcioacuten del
faacutermaco en estos nanomateriales especialmente en el sistema hiacutebrido NT-Fe3O4-
PAMAM Por uacuteltimo se determinoacute que la capacidad de adsorcioacuten se vio
directamente mejorada por la asociacioacuten PAMAM-SIL la que alcanzoacute una relacioacuten
molar SILPAMAM = 12 En ambos casos se observoacute que la etapa limitante de la
cineacutetica de adsorcioacuten fue la adsorcioacuten superficial de SIL en los adsorbentes
56
REFERENCIAS
[1] AZ Wilczewska K Niemirowicz KH Markiewicz H Car Pharmacological
Reports 64 (2012) 1020-1037
[2] S Parveen R Misra SK Sahoo Nanomedicine Nanotechnology Biology
and Medicine 8 (2012) 147-166
[3] V Grazu M Moros C Saacutenchez-Espinel MdlF Jesus V Grazu Frontiers
of Nanoscience Elsevier 2012 pp 337-440
[4] F Danhier O Feron V Preacuteat Journal of Controlled Release 148 (2010)
135-146
[5] A Wicki D Witzigmann V Balasubramanian J Huwyler Journal of
Controlled Release 200 (2015) 138-157
[6] JH Lee Y Yeo Chemical Engineering Science 125 (2015) 75-84
[7] S Manchun CR Dass P Sriamornsak Life Sciences 90 (2012
) 381-387
[8] JHE Arts M Hadi AM Keene R Kreiling D Lyon M Maier K Michel
T Petry UG Sauer D Warheit K Wiench R Landsiedel Regulatory Toxicology
and Pharmacology 70 (2014) 492-506
[9] KA Pramod CP Sunny Nanobiomaterials Handbook CRC Press 2011
pp 1-24
[10] A Khorsand S Jamehbozorgi R Ghiasi M Rezvani Physica E Low-
dimensional Systems and Nanostructures 72 (2015) 120-127
[11] V Loacutepez-Daacutevila AM Seifalian M Loizidou Current Opinion in
Pharmacology 12 (2012 ) 414-419
[12] P-C Lee C-L Peng M-J Shieh Journal of Controlled Release 225
(2016) 140-151
[13] CC Torres CH Campos C Diaacutez VA Jimeacutenez F Vidal L Guzmaacuten JB
Alderete Materials Science and Engineering C 65 (2016) 164-171
[14] CH Campos CF Diacuteaz JL Guzmaacuten JB Alderete CC Torres VA
Jimeacutenez Macromolecular Chemistry and Physics 217 (2016) 1712-1722
[15] D Chang Y Gao L Wang G Liu Y Chen T Wang W Tao L Mei L
57
Huang X Zeng Journal of Colloid and Interface Science 463 (2016) 279-287
[16] J Zaloga M Poumlttler G Leitinger RP Friedrich G Almer S Lyer E
Baum R Tietze R Heimke-Brinck H Mangge F Dorje G Lee C Alexiou
European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics 101 (2016) 152-162
[17] RS Dhanikula P Hildgen Bioconjugate Chemistry 17 (2006) 29-41
[18] A Kesavan P Ilaiyaraja W Sofi Beaula V Veena Kumari J Sugin Lal C
Arunkumar G Anjana S Srinivas A Ramesh SK Rayala D Ponraju G
Venkatraman European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics 96
(2015) 255-263
[19] S Biswas P Kumari PM Lakhani B Ghosh European Journal of
Pharmaceutical Sciences 83 (2016) 184-202
[20] ML Tebaldi RM Belardi SR Montoro Design and Applications of
Nanostructured Polymer Blends and Nanocomposite Systems William Andrew
Publishing Boston 2016 pp 171-186
[21] D Bansal A Gulbake J Tiwari SK Jain International Journal of
Biological Macromolecules 82 (2016) 687-695
[22] AS Timin EV Balantseva SY Khashirova EV Rumyantsev TY
Osadchaya Colloids and Surfaces A Physicochemical and Engineering Aspects
477 (2015) 26-34
[23] J Gautier E Allard-Vannier E Munnier M Souceacute I Chourpa Journal of
Controlled Release 169 (2013) 48-61
[24] SL Leung Z Zha C Cohn Z Dai X Wu Colloids and Surfaces B
Biointerfaces 121 (2014) 141-149
[25] Y Liu Y Ng MR Toh GNC Chiu Journal of Controlled Release 220
Part A (2015) 438-446
[26] G Xu L Li Z Shen Z Tao Y Zhang H Tian X Wei G Shen G Han
Journal of Alloys and Compounds 629 (2015) 36-42
[27] MF Horst V Lassalle ML Ferreira Frontiers of Environmental Science amp
Engineering 9 (2015) 746-769
[28] TJ Bastow A Trinchi MR Hill R Harris TH Muster Journal of
Magnetism and Magnetic Materials 321 (2009) 2677-2681
58
[29] S Bagheri D Ramimoghadam A TermehYousefi SB Abd Hamid
International Journal of Hydrogen Energy 40 (2015) 16178-16183
[30] G Kandasamy D Maity International Journal of Pharmaceutics 496 (2015)
191-218
[31] DS Keerthana K Namratha K Byrappa HS Yathirajan Journal of
Magnetism and Magnetic Materials 378 (2015) 551-557
[32] M Darroudi M Hakimi E Goodarzi R Kazemi Oskuee Ceramics
International 40 (2014) 14641-14645
[33] G Sharma P Jeevanandam RSC Advances 3 (2013) 189-200
[34] C-J Jia L-D Sun F Luo X-D Han LJ Heyderman Z-G Yan C-H
Yan K Zheng Z Zhang M Takano N Hayashi M Eltschka M Klaumlui U
Ruumldiger T Kasama L Cervera-Gontard RE Dunin-Borkowski G Tzvetkov J
Raabe Journal of the American Chemical Society 130 (2008) 16968-16977
[35] N Mizutani T Iwasaki S Watano T Yanagida T Kawai Current Applied
Physics 10 (2010) 801-806
[36] C-J Jia L-D Sun Z-G Yan L-P You F Luo X-D Han Y-C Pang Z
Zhang C-H Yan Angewandte Chemie 117 (2005) 4402-4407
[37] Z-G Yue W Wei Z-X You Q-Z Yang H Yue Z-G Su G-H Ma
Advanced Functional Materials 21 (2011) 3446-3453
[38] SJ Son X Bai SB Lee Drug Discovery Today 12 (2007) 650-656
[39] SJ Son J Reichel B He M Schuchman SB Lee Journal of the
American Chemical Society 127 (2005) 7316-7317
[40] GT Hermanson Bioconjugate Techniques (Third edition) Academic Press
Boston 2013 pp 535-548
[41] S Mallakpour M Madani Progress in Organic Coatings 86 (2015) 194-207
[42] P Yu J He L Yang M Pu X Guo Journal of Catalysis 260 (2008) 81-85
[43] X Zheng T Wang H Jiang Y Li T Jiang J Zhang S Wang Asian
Journal of Pharmaceutical Sciences 8 (2013) 278-286
[44] L Tan J Liu W Zhou J Wei Z Peng Materials Science and Engineering
C 45 (2014) 524-529
[45] ER Gillies JMJ Freacutechet Journal of the American Chemical Society 124
59
(2002) 14137-14146
[46] S Khoee K Hemati Polymer 54 (2013) 5574-5585
[47] U Gupta O Perumal SGKTL Deng Natural and Synthetic Biomedical
Polymers Elsevier Oxford 2014 pp 243-257
[48] U Boas PMH Heegaard Chemical Society Reviews 33 (2004) 43-63
[49] U Gupta HB Agashe A Asthana NK Jain Biomacromolecules 7 (2006)
649-658
[50] A Shakhbazau I Isayenka N Kartel N Goncharova I Seviaryn S
Kosmacheva M Potapnev D Shcharbin M Bryszewska International Journal of
Pharmaceutics 383 (2010) 228-235
[51] PA Barra L Barraza VA Jimeacutenez JA Gaviacuten JB Alderete
Macromolecular Chemistry and Physics 215 (2014) 372-383
[52] PM Patel R Patel D Wadia RM Patel Asian Journal of Pharmaceutical
Sciences 10 (2015) 306-313
[53] L Mei Z Zhang L Zhao L Huang X-L Yang J Tang S-S Feng
Advanced Drug Delivery Reviews 65 (2013) 880-890
[54] Sn Svenson DA Tomalia Advanced Drug Delivery Reviews 57 (2005)
2106-2129
[55] L Porcar Y Liu R Verduzco K Hong PD Butler LJ Magid GS Smith
W-R Chen The Journal of Physical Chemistry B 112 (2008) 14772-14778
[56] E Markatou V Gionis GD Chryssikos S Hatziantoniou A
Georgopoulos C Demetzos International Journal of Pharmaceutics 339 (2007)
231-236
[57] K Borowska S Wołowieca A Rubaj K Głowniakc E Sieniawska S
Radej International Journal of Pharmaceutics 426 (2012) 280-283
[58] S Kavyani S Amjad-Iranagh H Modarress The Journal of Physical
Chemistry B 118 (2014) 3257-3266
[59] PA Barra L Barraza VA Jimeacutenez JA Gaviacuten JB Alderete Structural
Chemistry 25 (2014) 1443-1455
[60] C Kojima K Kono K Maruyama T Takagishi Bioconjugate Chemistry 11
(2000) 910-917
60
[61] AK Patri JF Kukowska-Latallo JR Baker Jr Advanced Drug Delivery
Reviews 57 (2005) 2203-2214
[62] D Luong P Kesharwani R Deshmukh MCI Mohd Amin U Gupta K
Greish AK Iyer Acta Biomaterialia 43 (2016) 14-29
[63] X Xu J Li S Han C Tao L Fang Y Sun J Zhu Z Liang F Li
European Journal of Pharmaceutical Sciences 88 (2016) 178-190
[64] P-C Lin S Lin PC Wang R Sridhar Biotechnology Advances 32 (2014)
711-726
[65] C Baudot CM Tan JC Kong Infrared Physics amp Technology 53 (2010)
434-438
[66] JB Hall MA Dobrovolskaia AK Patri SE McNeil Nanomedicine 2
(2007) 709-803
[67] DB Williams CB Carter Transmission Electron Microscopy A Textbook
for Materials Science Springer US Boston MA 2009 pp 3-22
[68] H Wang PK Chu S Bose Characterization of Biomaterials Academic
Press Oxford 2013 pp 105-174
[69] M Rudolph J Erler UA Peuker Colloids and Surfaces A
Physicochemical and Engineering Aspects 397 (2012) 16-23
[70] T Zhao W Luo Y Deng Y Luo P Xu Y Liu L Wang Y Ren W Jiang
Nano Energy 26 (2016) 16-25
[71] F Rouquerol J Rouqueron K Sing Adsorption by Powders and Porous
Solids Academic Press 1999
[72] M Naderi Progress in Filtration and Separation Academic Press Oxford
2015 pp 585-608
[73] J Rouquerol F Rouquerol P Llewellyn G Maurin KSW Sing
Adsorption by powders and porous solids principles methodology and
applications Academic press 2014
[74] CP Poole FJ Owens Introduccioacuten a la nanotecnologiacutea Editorial Reverte
2007
[75] JL Kirschvink DS Jones BJ MacFadden Magnetite Biomineralization
and Magnetoreception in Organisms A New Biomagnetism Springer US 2013
61
[76] TM El-Alaily MK El-Nimr SA Saafan MM Kamel TM Meaz ST
Assar Journal of Magnetism and Magnetic Materials 386 (2015) 25-30
[77] DJ Dunlop Ouml Oumlzdemir Treatise on Geophysics (Second Edition)
Elsevier Oxford 2015 pp 255-308
[78] A Savić D Čokeša S Lazarević B Jokić D Janaćković R Petrović LS
Živković Powder Technology 301 (2016) 511-519
[79] S Rajput CU Pittman Jr D Mohan Journal of Colloid and Interface
Science 468 (2016) 334-346
[80] M Kumari CU Pittman Jr D Mohan Journal of Colloid and Interface
Science 442 (2015) 120-132
[81] Y Mansourpanah Z Jafari Reactive and Functional Polymers 93 (2015)
178-189
[82] S Sundar R Mariappan S Piraman Powder Technology 266 (2014) 321-
328
[83] P Roonasi A Holmgren Applied Surface Science 255 (2009) 5891-5895
[84] J Safari Z Zarnegar Journal of Molecular Structure 1072 (2014) 53-60
[85] KL Pickering S Raa Khimi S Ilanko Composites Part A Applied Science
and Manufacturing 68 (2015) 377-386
[86] AK Ladavos AP Katsoulidis A Iosifidis KS Triantafyllidis TJ
Pinnavaia PJ Pomonis Microporous and Mesoporous Materials 151 (2012) 126-
133
[87] VMdS Rocha MdG Pereira LR Teles MOdG Souza Materials
Science and Engineering B 185 (2014) 13-20
[88] JZ Marinho RHO Montes AP de Moura E Longo JA Varela RAA
Munoz RC Lima Materials Research Bulletin 49 (2014) 572-576
[89] PM Huang Y Li ME Sumner Handbook of Soil Sciences Properties and
Processes Second Edition Taylor amp Francis 2011
[90] C Klein CS Hurlbut Manual de mineralogiacutea Reverte 1996
[91] Y-F Lin J-L Chen C-Y Xu T-W Chung Chemical Engineering Journal
250 (2014) 409-415
[92] AK Gupta M Gupta Biomaterials 26 (2005) 3995-4021
62
[93] C Sun JSH Lee M Zhang Advanced Drug Delivery Reviews 60 (2008)
1252-1265
[94] N Rai M Sarkar S Raha Pharmacological Reports 67 (2015) 1215-1223
[95] Z Lavrič J Pirnat J Lužnik U Puc Z Trontelj S Srčič Journal of
Pharmaceutical Sciences 104 (2015) 1909-1918
[96] S Rozou A Voulgari E Antoniadou-Vyza European Journal of
Pharmaceutical Sciences 21 (2004) 661-669
[97] H-S Gwak J-S Choi H-K Choi International Journal of Pharmaceutics
297 (2005) 156-161
[98] RP Aquino G Auriemma M dacuteAmore AM DacuteUrsi T Mencherini P Del
Gaudio Carbohydrate Polymers 89 (2012) 740-748
[99] IE Shohin JI Kulinich GV Ramenskaya B Abrahamsson S Kopp P
Langguth JE Polli VP Shah DW Groot DM Barends JB Dressman
Journal of Pharmaceutical Sciences 103 (2014) 367-377
[100] R Silva H Ferreira AC Carvalho AC Gomes A Cavaco-Paulo Colloids
and Surfaces B Biointerfaces 92 (2012) 277-285
[101] M Meloun D Burkoˇnovaacute T Syrovyacute A Vraacutena Analytica Chimica Acta 486
(2003) 125-141
[102] D Zheng Y Wang D Zhang Z Liu C Duan L Jia F Wang Y Liu G
Liu L Hao Q Zhang Cancer Letters 307 (2011) 158-164
[103] Q Wang R Liu X Shen L Zou D Wu Journal of Nanoscience and
Nanotechnology 14 (2014) 2871-2877
[104] N Caliskan AR Kul S Alkan EG Sogut I Alacabey Journal of
Hazardous Materials 193 (2011) 27-36
[105] TA Cigu S Vasiliu S Racovita C Lionte V Sunel M Popa C Cheptea
European Polymer Journal 82 (2016) 132-152
[106] M Oumlzacar İA Şengil Process Biochemistry 40 (2005) 565-572
[107] YS Ho G McKay Process Biochemistry 34 (1999) 451-465
[108] AB Peacuterez-Mariacuten VM Zapata JF Ortuntildeo M Aguilar J Saacuteez M Lloreacutens
Journal of Hazardous Materials 139 (2007) 122-131
[109] BF Urbano I Villenas BL Rivas CH Campos Chemical Engineering
63
Journal 268 (2015) 362-370
[110] J Peacuterez L Toledo CH Campos BL Rivas J Yantildeez BF Urbano
Chemical Engineering Journal 287 (2016) 744-754
[111] JW Steed DR Turner K Wallace Core Concepts in Supramolecular
Chemistry and Nanochemistry Wiley 2007
[112] A Buczkowski D Waliszewski P Urbaniak B Palecz International
Journal of Pharmaceutics 505 (2016) 1-13
[113] M Kosmulski Advances in Colloid and Interface Science
ix
TABLA DE CONTENIDOS
Paacutegina
PROBERVIO ii
AGRADECIMIENTOS iii
RESUMEN v
ABSTRACT vii
IacuteNDICE DE FIGURAS xi
IacuteNDICE DE TABLAS xiii
1 INTRODUCCIOacuteN 1
11 Nanomateriales magneacuteticos 3
12 Dendriacutemeros 8
13 Nanomateriales hiacutebridos oacutexido inorgaacutenicoPAMAM 12
2 HIPOacuteTESIS 14
3 OBJETIVOS 14
31 OBJETIVO GENERALE 14
32 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS 14
4 PARTE EXPERIMENTAL 15
41 Siacutentesis de los nanotransportadores 15
411 Siacutentesis de nanotubos de magnetita (Fe3O4) 15
412 Funcionalizacioacuten de NT-Fe3O4 con el agente de acople
3-glicidoxipropil-trimetoxisilano
15
413 Acoplamiento de NT-Fe3O4-GPTMS con dendriacutemero
PAMAM
16
42 Caracterizacioacuten de los sistemas 17
421 Espectroscopia de Infrarrojo con Transformada de Fourier
(FT-IR)
17
422 Difraccioacuten de Rayos X (DRX) 18
423 Microscopiacutea Electroacutenica de Transmisioacuten (TEM) 20
424 Microscopia Electroacutenica de Barrido (SEM) 21
425 Anaacutelisis Termogravimeacutetrico (TGA) 22
426 Isotermas de Adsorcioacuten-Desorcioacuten de N2 a -196degC 23
x
427 Magnetizacioacuten del material 24
428 Adsorcioacuten de Faacutermacos en Nanotubo Fe3O4 y en
nanotransportador hiacutebrido Fe3O4-PAMAM
26
5 DISCUSOacuteN Y ANAacuteLISIS DE RESULTADOS 28
51 Caracterizacioacuten de los nanomateriales 28
511 Espectroscopia de infrarrojo con transformada de Fourier 28
512 Anaacutelisis Termogravimeacutetrico 29
513 Isotermas de Adsorcioacuten-Desorcioacuten de N2 a -196degC 31
514 Difraccioacuten de Rayos X 33
515 Microscopiacutea Electroacutenica de Barrido y Transmisioacuten 34
516 Propiedades magneacuteticas 37
52 Estudios de la adsorcioacuten de Faacutermacos en Nanotubo Fe3O4
y en nanotransportador hiacutebrido Fe3O4-PAMAM
40
521 Faacutermacos de intereacutes 40
522 Adsorcioacuten de PRX 44
523 Adsorcioacuten de SIL 49
6 CONCLUSIONES Y PERSPECTIVAS 54
REFERENCIAS 56
xi
IacuteNDICE DE FIGURAS
Paacutegina
Figura 1 Algunos tipos de nanomateriales utilizados en el
transporte de faacutermacos y para diagnoacutestico e imagen [17]
2
Figura 2 Esquemas de asociacioacuten componente orgaacutenico en
soportes soacutelidos (a) Adsorcioacuten (b) Adsorcioacuten por
formacioacuten de pares ioacutenicos y (c) Anclaje por enlace
covalente
6
Figura 3 Esquema de anclaje del AAC en el soporte [42] 7
Figura 4 Esquema general de la estructura de un dendriacutemero 9
Figura 5 Dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten (G3) 10
Figura 6 Sistema de reaccioacuten para realizar las modificaciones
superficiales de NT-Fe3O4
16
Figura 7 Esquema del equipamiento de un FT-IR 18
Figura 8 Difraccioacuten de Rayos X producida por los diferentes planos
de un cristal
19
Figura 9 Esquema de un microscopio electroacutenico de transmisioacuten 21
Figura 10 Esquema de un microscopio electroacutenico de barrido 22
Figura 11 Representacioacuten esquemaacutetica de un soacutelido poroso [71] 23
Figura 12 Representacioacuten de curva de magnetizacioacuten para un
material ferromagneacutetico [74]
25
Figura 13 Esquema del sistema de adsorcioacuten de faacutermacos en los
nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM
27
Figura 14 Espectro FT-IR de (a) NT-Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-PAMAM 28
Figura 15 Termogramas de los materiales realizados en atmoacutesfera
de O2 (a) NT- Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-GPTMS y (c) NT-
Fe3O4-PAMAM
30
Figura 16 Isoterma de adsorcioacutendesorcioacuten de N2 a -196degC para (a)
NT-Fe3O4 y (b) NT-Fe3O4-PAMAM
32
Figura 17 Difractograma de rayos X para (a) NT α-Fe2O3 (b) NT- 34
xii
Fe3O4 y (c) NT-Fe3O4-PAMAM
Figura 18 Imaacutegenes de SEM de los materiales (a) NT-Fe3O4 (b)
NT-Fe3O4-PAMAM
35
Figura 19 Micrografiacuteas de TEM de NT-Fe3O4 (a b) NT-Fe3O4-
PAMAM (e f) y las curvas de distribucioacuten del largo (c g) y
diaacutemetro externo (d h) para ambos NT-Fe3O4 y NT-
Fe3O4-PAMAM respectivamente
36
Figura 20 Curva de magnetizacioacuten obtenida para NT-Fe3O4 (a b) y
NT-Fe3O4-PAMAM (c d) utilizando un magnetoacutemetro de
muestra vibrante (VSM) a 17degC
39
Figura 21 Estructuras de los faacutermacos de intereacutes (a) Piroxicam y
(b) Silibinina
40
Figura 22 Cineacutetica y ajustes de modelos cineacuteticos de adsorcioacuten
para PRX en los nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-
Fe3O4-PAMAM
45
Figura 23 Esquema propuesto para la adsorcioacuten de PRX en los
sistemas sintetizados (A) Fe3O4-NT y (B) Fe3O4-NT-
PAMAM
45
Figura 24 Graacutefico de adsorcioacuten de PRX en los nanotransportadores
sintetizados considerando un modelo de difusioacuten
intrapartiacutecula en tres etapas
48
Figura 25 Cineacutetica y ajustes de modelos cineacuteticos de adsorcioacuten
para SIL en los nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-
Fe3O4-PAMAM
49
Figura 26 Graacutefico de adsorcioacuten de SIL en los nanotransportadores
sintetizados considerando un modelo de difusioacuten
intrapartiacutecula en tres etapas
52
xiii
IacuteNDICE DE TABLAS
Paacutegina
Tabla 1 Impacto en la masa molecular y en el tamantildeo de los
dendriacutemeros PAMAM seguacuten crece la generacioacuten [48]
11
Tabla 2 Porcentaje de peacuterdida de masa y material acoplado
GPTMS y PAMAM (G3) al NT-Fe3O4
31
Tabla 3 Superficie especiacutefica tamantildeo promedio de poro y volumen
de poro determinadas por las de BET y BJH [73 86] para
los materiales en base a NT-Fe3O4 sintetizados
33
Tabla 4 Resumen de paraacutemetros magneacuteticos para los materiales
preparados a 17degC
37
Tabla 5 Modelos cineacuteticos para la adsorcioacuten de PRX en los
adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM
46
Tabla 6 Modelo de difusioacuten intra-partiacutecula para la adsorcioacuten de
PRX en los adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM
considerando dos etapas determinantes en la adsorcioacuten
del faacutermaco y una tercera de equilibrio
49
Tabla 7 Modelos cineacuteticos para la adsorcioacuten de SIL en los
adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM
51
Tabla 8 Modelo de difusioacuten intra-partiacutecula para la adsorcioacuten de SIL
en los adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM
considerando dos etapas determinantes en la adsorcioacuten
del faacutermaco y una tercera de equilibrio
53
1
1 INTRODUCCIOacuteN
En la actualidad existe una amplia gama de faacutermacos disponibles para el
tratamiento de diferentes tipos de enfermedades En el tratamiento de un proceso
fisiopatoloacutegico se espera que la administracioacuten de los medicamentos se realice de
forma tal que alcance su lugar de accioacuten con una determinada concentracioacuten No
obstante algunos medicamentos muestran una escasa solubilidad en el plasma
sanguiacuteneo asiacute como tambieacuten en el medio inter-intracelular Por lo general solo el
1 de la dosis administrada llega al sitio diana mientras que el resto del faacutermaco
se distribuye a traveacutes del resto de ceacutelulas y tejidos Esta desventaja impone la
administracioacuten de altas dosis de faacutermacos para lograr un aumento de su
concentracioacuten local lo que provoca numerosos efectos toxicoloacutegicos e
inmunoloacutegicos indeseables [1-3]
Esta limitante estaacute siendo superada gracias al desarrollo de una variedad de
transportadores de faacutermacos los que actuacutean por asociacioacuten fiacutesica yo quiacutemica
entre la sustancia activa y el transportador Entre las muacuteltiples ventajas que
pueden aportar los transportadores de faacutermacos se destaca el control de las
concentraciones plasmaacuteticas y de la distribucioacuten tisular gracias a que protege la
sustancia activa contra la inactivacioacuten (quiacutemica enzimaacutetica o inmunoloacutegica) desde
el lugar de administracioacuten hasta el sitio de accioacuten [2 4-7] Los sistemas
transportadores han sido clasificados de acuerdo a su naturaleza quiacutemica o a su
tamantildeo pero en las uacuteltimas deacutecadas son aquellos denominados
nanotransportadores los que han mostrado los resultados maacutes promisorios en el
desarrollo de sistemas vectorizados de transporte y liberacioacuten de faacutermacos para el
tratamiento especiacutefico de enfermedades
Los nanotransportadores son sistemas que se caracterizan por ser de tamantildeo
nanomeacutetrico donde sus medidas pueden fluctuar entre 1 y 100 nm en una o maacutes
de sus dimensiones [8 9] (ver Figura 1) La adsorcioacuten del faacutermaco ocurre
generalmente al interior de cavidades del nanotransportador las cuaacuteles permiten
2
alojar las moleacuteculas de faacutermaco en un fenoacutemeno que se describe como
encapsulacioacuten [10 11] Dentro de los nanotransportadores de faacutermacos que
cumplen con estos requisitos se encuentran aqueacutellos que se basan en sistemas
inorgaacutenicos orgaacutenicos y aqueacutellos denominados hiacutebridos que son una mezcla de
ambos
De la familia de transportadores basados en nanomateriales (NM) inorgaacutenicos se
pueden mencionar algunos como nanotubos de carbono (CNTs) [12] nanotubos
de oacutexidos inorgaacutenicos como TiO2 [13] y Al2O3 [14] nanopartiacuteculas de oacutexidos
inorgaacutenicos como SiO2 [15] y Fe3O4 [16] entre otros La principal caracteriacutestica de
estos sistemas es su nula solubilidad en el plasma sanguiacuteneo La habilidad de
adsorber faacutermacos de estos materiales viene dada principalmente porque
disponen de un aacuterea superficial y porosidad que permiten el alojamiento del
faacutermaco al interior de los poros lo que ralentiza su liberacioacuten una vez internalizado
en el hueacutesped
Figura 1 Algunos tipos de nanomateriales utilizados en el transporte de faacutermacos
y para diagnoacutestico e imagen [17]
Los NM orgaacutenicos tambieacuten se han considerado una buena alternativa para su uso
como sistemas nanotransportadores de faacutermacos de los que se pueden mencionar
a los dendriacutemeros [18] micelas [19] poliacutemeros [20] y liposomas [21] entre otros A
diferencia de los materiales inorgaacutenicos los nanomateriales orgaacutenicos pueden
Poliacutemero lineal Quantum Dots Nanopartiacutecula
Micela polimeacuterica Liposoma Dendriacutemero
3
actuar de forma soluble o insoluble en el plasma sanguiacuteneo El principio de
adsorcioacuten se basa en la diferencia de afinidad del faacutermaco frente al medio
dispersante De forma general faacutermacos que son poco solubles en agua se
adsorben de forma efectiva en sistemas que posean cavidades hidroacutefobas
Los sistemas nanotransportadores hiacutebridos nacen de la necesidad de combinar
propiedades de los sistemas inorgaacutenicos yo orgaacutenicos con el fin de producir un
NM que muestre una alta sinergia entre ambos componentes en el proceso de
adsorcioacuten y liberacioacuten de faacutermacos [1314 22] Dependiendo de la naturaleza del
sistema hiacutebrido se pueden clasificar en hiacutebridos inorgaacutenicoinorgaacutenico [23]
hiacutebridos inorgaacutenicoorgaacutenico [24] e hiacutebridos orgaacutenicoorgaacutenico [25]
11 Nanomateriales magneacuteticos
Dentro de los NM inorgaacutenicos maacutes interesantes se encuentran las
nanoestructuras de oacutexidos hierro El oacutexido de hierro existe en la naturaleza en tres
fases magnetita (Fe3O4) maghemita (γ-Fe2O3) y hematita (α-Fe2O3) [26] La
magnetita presenta las propiedades maacutes interesantes entre todos los demaacutes
oacutexidos de hierro debido a la presencia de cationes de hierro en dos estados de
valencia (Fe2+ y Fe3+) en su estructura cubica centrada en la cara de tipo espinela
(AB2O4) inversa En ella el oxiacutegeno forma un empaquetado cuacutebico compacto
donde la mitad de los cationes Fe3+ ocupan sitios tetraeacutedricos (A) mientras que la
otra mitad de Fe3+ y los cationes Fe2+ ocupan los sitios octaeacutedricos (B) [27] lo cual
le confiere susceptibilidad magneacutetica
El nuacutemero de cationes Fe3+ en cada sitio de la red cristalina (tetraeacutedrico y
octaeacutedrico) es el mismo pero con direcciones opuestas del espiacuten magneacutetico por
lo tanto los momentos magneacuteticos de los cationes Fe3+ se anulan entre siacute como
resultado los cationes Fe2+ son los responsables del momento magneacutetico neto en
la magnetita Por lo cual la magnetita posee un comportamiento ferrimagneacutetico es
decir los espines magneacuteticos son antiparalelos y sus magnitudes son desiguales
4
El comportamiento de este material magneacutetico puede cambiar draacutesticamente
dependiendo del tamantildeo A medida que el tamantildeo de la estructura disminuye los
multidominios magneacuteticos cambian hasta obtener una estructura conformada por
un solo dominio magneacutetico [27-29] dando como resultado una nueva propiedad
magneacutetica denominada superpara-magnetismo Esta propiedad se define como la
capacidad de ciertos NM magneacuteticos que poseen alta susceptibilidad y saturacioacuten
de magnetizacioacuten bajo la influencia de un campo magneacutetico las que pierden
completamente una vez que se elimina el campo magneacutetico lo que resulta una
remanencia magneacutetica y coercitividad de cero [30] Debido a su baja toxicidad y
alta biocompatibilidad ademaacutes de la alta estabilidad mecaacutenica teacutermica y quiacutemica
la magnetita ha atraiacutedo mucho la atencioacuten para aplicaciones biomeacutedicas tales
como resonancia magneacutetica hipertermia magneacutetica terapia del caacutencer liberacioacuten
controlada de faacutermacos ingenieriacutea de tejidos entre otras [29-32]
Muchos esfuerzos tambieacuten se han llevado a cabo en la siacutentesis y propiedades de
las nanoestructuras de oacutexido de hierro con morfologiacuteas bien definidas como
nanocristales poliedros cubos varillas tubos entre otros [26] Varios meacutetodos
sinteacuteticos han sido reportados para la preparacioacuten de nanopartiacuteculas de oacutexido de
hierro que incluyen co-precipitacioacuten irradiacioacuten de ultrasonido siacutentesis
solvotermal siacutentesis hidrotermal microemulsioacuten siacutentesis viacutea microondas y la
descomposicioacuten teacutermica [33] La siacutentesis hidrotermal es una ruta de precipitacioacuten
en fase acuosa que se lleva a cabo en reactores que soportan altas presiones y
temperaturas la que se emplea ampliamente para sintetizar nanoestructuras
funcionales con formas especiacuteficas [26 27] ya que es un proceso simple y de alto
rendimiento con el cual se obtienen nano-arquitecturas de tamantildeo y morfologiacutea
reproducible [31]
Jia y colaboradores han reportado un proceso sencillo para producir nanoanillos
de Fe3O4 en el cual se utiliza la ruta hidrotermal con la participacioacuten de los
aniones dobles SO42- y H2PO4
- como controladores de la morfologiacutea para producir
Fe2O3 como base estructural el cual es sometido a un tratamiento de reduccioacuten en
5
atmoacutesfera de H2 para producir el material en base a magnetita [34] Este meacutetodo
abre la posibilidad de crear una gama de estructuras tridimensionales variando las
relaciones de iones SO42-H2PO4
- durante el tratamiento de siacutentesis hidrotermal
[34] Se ha demostrado que los iones SO42- tienen el efecto de aumentar el
tamantildeo de partiacutecula debido a que aumenta la superficie de las nanoestruturas
Fe2O3 formadas [35] La presencia de iones H2PO4- es el factor crucial que induce
la formacioacuten de una estructura tubular producto de la adsorcioacuten selectiva de iones
fosfato en la superficie de las partiacuteculas de Fe2O3 y su capacidad de coordinar con
los iones feacuterricos [36] Estas estructuras tubulares o nanotubos magneacuteticos (NT-
Fe3O4) no soacutelo conservan el fondo y la forma de una nanovarilla tambieacuten
proporcionan cavidad interna que lo proyectan como un material que permite la
encapsulacioacuten y liberacioacuten controlada de faacutermacos oligoacutemeros supramoleacuteculas
yo macromoleacuteculas entre otras especies [37] las cuales se pueden transportar
de forma segura en el sistema in vivo evitando la degradacioacuten hidroliacutetica o la
precipitacioacuten de faacutermacos hidroacutefobos durante la entrega en el sitio especiacutefico
La principal ventaja de los NT-Fe3O4 como transportadores de faacutermacos es que
pueden poseer la propiedad del para- o superpara-magnetismo para realizar un
seguimiento de la administracioacuten de faacutermacos El traslado de los NTs puede ser
controlado por un campo magneacutetico externo dirigieacutendolo de forma especiacutefica a los
sitios fisioloacutegicos de accioacuten [38] La combinacioacuten de las propiedades magneacuteticas
con una estructura tubular hace de los NT-Fe3O4 un candidato ideal como
nanotransportador empleado en aplicaciones biomeacutedicas La principal limitante
para el empleo de este tipo de sistemas es el tipo de moleacuteculas que pueden ser
adsorbidas ya que en general se ha observado que moleacuteculas de pequentildeo
tamantildeo no son adsorbidas en forma eficiente [34 39]
Una forma de poder superar la baja capacidad de adsorcioacuten de faacutermacos por parte
de los NT-Fe3O4 es generando sistemas hiacutebridos que sean capaces de incorporar
una segunda unidad que incrementen su capacidad de adsorcioacuten Esto se puede
conseguir recubriendo al NT-Fe3O4 con un segundo componente generalmente de
6
naturaleza orgaacutenica obtenido de una fuente natural o sinteacutetica proveyendo
nanoestructuras hibridas con propiedades mejoradas frente a sus componentes
puros La asociacioacuten del componente orgaacutenico con el NM inorgaacutenico puede
realizarse empleando 3 rutas tal como se muestra en la Figura 2
(a) (b) (c)
Figura 2 Esquemas de asociacioacuten componente orgaacutenico en soportes soacutelidos (a)
Adsorcioacuten (b) Adsorcioacuten por formacioacuten de pares ioacutenicos y (c) Anclaje por enlace
covalente
La asociacioacuten por formacioacuten de enlaces covalentes ha sido la teacutecnica maacutes
prometedora y puede llevarse a cabo gracias al uso de moleacuteculas intermediarias
denominadas agentes de acople los cuales son capaces de modificar la superficie
de un soacutelido inorgaacutenico y a su vez unirse covalentemente al estabilizante a traveacutes
de una funcioacuten orgaacutenica reactiva Algunos agentes de acople (AAC) se pueden
clasificar en cuatro grupos aacutecidos carboxiacutelicos poliacutemeros silanos y moleacuteculas
organofosforadas Los AAC del tipo silano son los maacutes utilizadas en los NM
inorgaacutenicos la formula general de este tipo AAC muestra dos clases de
funcionalidades (R1-(CH2)n-Si-(R2)3) Los grupos R1 representan al grupo orgaacutenico
funcional como NH2 SH epoxi metacrilato etc y los grupos R2 representan a un
grupo funcional hidrolizable tal como OCH3 OCH2CH3 o Cl [40 41]
7
Debido a que la superficie de NM inorgaacutenicos de tipo oacutexido poseen grupos
hidroxilos (-OH) eacutestos se utilizan como sitios de reaccioacuten para el proceso de
anclaje El proceso de acoplamiento se logra a traveacutes de la reaccioacuten quiacutemica
entre los grupos trialcoacutexido del AAC y los grupos hidroxilos superficiales del NM
inorgaacutenico [41] tal como se muestra en el esquema de la Figura 3
Figura 3 Esquema de anclaje del AAC en el soporte [42]
Dependiendo de la naturaleza de la moleacutecula orgaacutenica a anclar hay dos formas de
incorporarla en la superficie del soporte anclaje de AAC en la superficie del NM y
posterior reaccioacuten con la moleacutecula de intereacutes o reaccioacuten previa entre moleacutecula y
AAC para realizar el posterior anclaje en la superficie del NM
En este contexto se ha propuesto que la utilizacioacuten de sistemas
nanotransportadores hiacutebridos podriacutean mejoran las variadas limitaciones que
presentan la mayoriacutea de los sistemas nanotransportadores basados en materiales
inorgaacutenicos con baja capacidad de adsorcioacuten Algunos sistemas hiacutebridos
8
propuestos para la adsorcioacuten de faacutermacos han sido nanopartiacuteculas de siacutelice
funcionalizadas con poliacutemeros que contienen guanidina donde se ha estudiado el
comportamiento de carga y liberacioacuten de doxorrubicina y sulfasalazina [22]
nanopartiacuteculas de ZnO-poli(N-isopropilacrilamida) en las cuales se ha estudiado la
liberacioacuten del faacutermaco doxorrubicina en ceacutelulas tumorales [43] nanotubos de
carbono-dendriacutemero los cuales han permitido el aumento significativo de la
solubilidad del faacutermaco carvedilol [44] nanotubos de TiO2 y Al2O3 acoplados a
dendriacutemeros PAMAM cuyo objetivo es combinar las propiedades de adsorcioacuten y
liberacioacuten de metotrexato silibinina y curcumina [13 14]
12 Dendriacutemeros
En el uacuteltimo tiempo ha habido un creciente intereacutes en el uso de macromoleacuteculas
sinteacuteticas en base a poliacutemeros de masa molar controlada y estructura quiacutemica
definida como vectores en la administracioacuten controlada de faacutermacos y otras
aplicaciones terapeacuteuticas o de diagnoacutestico donde se destacan los dendriacutemeros
[45] Los dendriacutemeros son una clase de macromoleacuteculas polimeacutericas de forma
globular altamente ramificadas y monodispersas que constan de un nuacutecleo
central a partir del cual se originan una serie de ramificaciones La palabra
dendriacutemero deriva del teacutermino griego dendron que significa aacuterbol y meros es
decir parte La estructura de un dendriacutemero incluye tres partes un nuacutecleo central
unidades ramificadas y grupos superficiales Las unidades ramificadas estaacuten
dispuestas en capas denominadas generaciones (G) y la zona de la cual emergen
estas ramificaciones se conoce como nodo [23] tal como se muestra en la Figura
4 El tamantildeo de los dendriacutemeros variacutea entre 10-130 Aring de diaacutemetro dependiendo
de la generacioacuten del dendriacutemero [45-47] A pesar de su gran tamantildeo molecular
muestran una muy baja polidispersidad en comparacioacuten con los poliacutemeros
sinteacuteticos tradicionales [48]
La principal ventaja de los dendriacutemeros es que de acuerdo a su estructura
quiacutemica poseen cavidades hidrofoacutebicas caraacutecter que se acentuacutea a medida que
9
crece la generacioacuten del dendriacutemero Esta propiedad favorece la adsorcioacuten de
faacutermacos poco solubles en su interior destacaacutendolos como agentes de transporte
para faacutermacos poco solubles [49-52]
Figura 4 Esquema general de la estructura de un dendriacutemero
Fuente Elaboracioacuten propia
Por otra parte estos nanotransportadores poseen en su superficie un nuacutemero
definido de grupos funcionales (amino carboxilo hidroxilo etc) los que le
confieren una gran versatilidad ya que no soacutelo poseen capacidad para la
adsorcioacuten de faacutermacos en la cavidad interna de la macromoleacutecula sino que al
mismo tiempo los grupos funcionales superficiales permiten realizar
modificaciones brindaacutendoles una alta capacidad de vectorizacioacuten [17 53]
Los dendriacutemeros poliamidoaminas (PAMAM) fueron la primera familia de
dendriacutemeros sintetizados y caracterizados [54] siendo uno materiales de mayor
intereacutes en estudios de nanotransportadores en relacioacuten a su biocompatibilidad Los
dendriacutemeros PAMAM estaacuten constituidos por un nuacutecleo de 12-etilendiamina y
ramificaciones de poliamidoamina [48] En solucioacuten acuosa estos poliacutemeros se
comportan como polielectrolitos ya que las aminas terciarias presente en la
cavidad interna (pKa 30 ndash 60) y las aminas primarias superficiales del dendriacutemero
Nuacutecleo
Ramas
Punto divergente
Grupos funcionales
superficiales
10
(pKa 94 ndash 97) pueden ser protonadas a diferentes pH [13 51] lo cual conlleva a
un cambio en la conformacioacuten tamantildeo y carga del dendriacutemero Los dendriacutemeros
PAMAM estaacuten disponibles comercialmente hasta la deacutecima generacioacuten (G10) Los
de baja generacioacuten (G1-G3) son poco sensibles a los cambios frente a variaciones
de pH poseen conformaciones abiertas [55] y cavidades internas que permiten la
encapsulacioacuten de faacutermacos hidroacutefobos mientras que los grupos superficiales
estaacuten disponibles para interacciones electrostaacuteticas o conjugacioacuten covalente En la
Figura 5 se observa un dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten (G3)
Figura 5 Dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten (G3) Fuente Elaboracioacuten
propia
En la Tabla 1 se puede observar algunas propiedades de los PAMAM A medida
que aumenta la generacioacuten del dendriacutemero hay un aumento progresivo de su
11
tamantildeo (aprox 10 nm en cada generacioacuten) y como consecuencia se observa un
incremento exponencial en el nuacutemero de grupos aminos superficiales
Los dendriacutemeros PAMAM han demostrado ser efectivos como
nanotransportadores de faacutermacos pues poseen baja citotoxicidad son
biodegradables y no inmunogeacutenicos por lo menos hasta la generacioacuten 5 [56 57]
Tabla 1 Impacto en la masa molecular y en el tamantildeo de los dendriacutemeros
PAMAM seguacuten crece la generacioacuten [48]
Dendriacutemeros
PAMAM
generacioacuten
Masa molecular
(kDa)
Diaacutemetro en
nanoacutemetros (nm)
Nuacutemero de
grupos en
superficie
0 0517 15 4
1 1430 22 8
2 3256 29 16
3 6909 36 32
4 14215 45 64
5 28826 54 128
6 58048 67 256
7 116493 81 512
8 233383 97 1024
9 467162 114 2048
10 934720 135 4096
Algunos ejemplos reportados en bibliografiacutea han demostrado el aumento de la
solubilidad de algunos faacutermacos poco solubles en medio acuoso como nifedipina
adsorbida en PAMAM-G3 y PAMAM-G4 [58] aacutecido mefenaacutemico adsorbida en
PAMAM-G2 y PAMAM-G3 [51] piroxicam en PAMAM-G3 [59] metotrexato y
adriamicina en complejos PAMAM-G3-pegilado y PAMAM-G4-pegilado [60] entre
otros
12
La principal aplicacioacuten de los PAMAM como nanotransportadores ha sido en la
adsorcioacuten y liberacioacuten de faacutermacos antineoplaacutesicos [61] Lamentablemente los
sistemas PAMAM no muestran especificidad como para considerarlos potenciales
candidatos para terapias dirigidas en el tratamiento de enfermedades sin ser
previamente vectorizados Es por esto que la investigacioacuten que se ha desarrollado
en los uacuteltimos 10 antildeos ha estado focalizada en la siacutentesis de nanotransportadores
PAMAM modificados con algunas moleacuteculas capaces de conferirle especificidad
en orden a aumentar la liberacioacuten de los faacutermacos adsorbidos en la zona donde se
encuentran los receptores farmacoloacutegicos para asiacute disminuir al miacutenimo su
concentracioacuten en otras zonas del organismo [62 63] Ademaacutes variados estudios
han mostrado que los dendriacutemeros PAMAM poseen una limitada capacidad de
adsorcioacuten de faacutermacos soacutelo de unos cuantos miligramos de faacutermaco por gramo de
dendriacutemero Esto unido a la raacutepida liberacioacuten de las moleacuteculas de faacutermacos bajo
condiciones fisioloacutegicas impone el desarrollo de nuevas estrategias para el disentildeo
de nanotransportadores de faacutermacos en base a dendriacutemeros PAMAM
13 Nanomateriales hiacutebridos oacutexido inorgaacutenicoPAMAM
Dada la capacidad de adsorber faacutermacos del sistema PAMAM y su habilidad de
poder sufrir modificaciones en sus grupos aminos superficiales es que se ha
considerado como un componente que mejorariacutea la capacidad de adsorcioacuten de
faacutermacos poco solubles en sistemas inorgaacutenicos De acuerdo a la experiencia del
grupo de investigacioacuten se sabe que la preparacioacuten de nanotransportadores
hiacutebridos en base a nanotubos de TiO2 y Al2O3 acoplados con dendriacutemeros
PAMAM G3 han demostrado un incremento en la capacidad de adsorcioacuten de
faacutermacos poco solubles como metotrexato silibinina y curcumina [13 14]
En base a las evidencias previas reportadas en relacioacuten al empleo de materiales
hiacutebridos en base a nanotubos de oacutexidos inorgaacutenicos acoplados a dendriacutemeros
PAMAM y las caracteriacutesticas de NM del tipo NT-Fe3O4 es que se ha propuesto la
siacutentesis caracterizacioacuten y evaluacioacuten de la capacidad de adsorcioacuten de faacutermacos
13
de materiales en base a NT-Fe3O4 acoplados a PAMAM G3 los que podriacutean
constituir sistemas con una capacidad de adsorcioacuten superior respecto del NT-
Fe3O4 ademaacutes de exhibir propiedades para- o superpara-magneacuteticas que le
confeririacutean la capacidad de ser magneto-dirigido a los sitios de accioacuten Se espera
realizar la inmovilizacioacuten por medio de la unioacuten covalente entre el NT-Fe3O4 y
PAMAM mediada por un agente de acople de tipo 3-glicidoxipropil-trimetoxisilano
(GPTMS) Los estudios de adsorcioacuten se hicieron con dos faacutermacos poco solubles
como modelos silibinina (SIL) y piroxicam (PRX) empleando como adsorbentes
NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM G3
14
2 HIPOacuteTESIS
La inmovilizacioacuten covalente del dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten en un
NT magneacutetico en base a Fe3O4 permitiraacute adsorber efectivamente faacutermacos que
poseen baja solubilidad en agua
3 OBJETIVOS
31 OBJETIVO GENERAL
Sintetizar un nanotransportador hiacutebrido Fe3O4-PAMAM (G3) con la capacidad de
adsorber faacutermacos con baja solubilidad en agua
32 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
Sintetizar y caracterizar una nanoestructura magneacutetica basada en nanotubos
de Fe3O4 obtenidos por una reduccioacuten de nanotubos Fe2O3
Funcionalizar la nanoestructura magneacutetica con agente de acople por medio de
enlaces covalentes
Obtener un nanomaterial hiacutebrido basado en la inmovilizacioacuten covalente del
dendriacutemero PAMAM en la nanoestructura magneacutetica funcionalizada
Estudiar la adsorcioacuten de los faacutermacos piroxicam y silibinina en el nanomaterial
hiacutebrido
15
4 PARTE EXPERIMENTAL
41 Siacutentesis de los nanotransportadores
411 Siacutentesis de nanotubos de magnetita (Fe3O4)
Para la obtencioacuten de estos nanotubos magneacuteticos primero se realizoacute la siacutentesis de
nanotubos de hematita (α-Fe2O3) como precursor de forma los que fueron
obtenidos por tratamiento hidrotermal de una mezcla de disoluciones de
FeCl36H2O (JTBakerreg) NH4H2PO4 (Sigma-Aldrichreg) y Na2SO4 (Merckreg) de
acuerdo al trabajo reportado por Jia y colaboradores [34] Las relaciones molares
empleadas de la sal precursora y los agentes directores de estructura fueron
FeCl3NH4H2PO4Na2SO4 36121 las que se prepararon en agua desionizada y se
llevaron a un autoclave de 100 mL de capacidad La mezcla se calentoacute a 220degC
durante 48h El precipitado obtenido se separoacute por centrifugacioacuten y se lavoacute tres
veces con agua desionizada y etanol absoluto (Merckreg) respectivamente Despueacutes
el soacutelido se secoacute en una estufa a vaciacuteo por 12h a 80degC para obtener los nanotubos
de Fe2O3 Finalmente los NT-Fe3O4 fueron obtenidos por reduccioacuten de los NT-
Fe2O3 a 360degC bajo flujo continuo de H2 5vv en Ar durante 5h en una rampa de
calentamiento de 1degCmin El rendimiento de la siacutentesis fue de un 91
412 Funcionalizacioacuten de NT-Fe3O4 con el agente de acople
3-glicidoxipropil-trimetoxisilano
Los NT-Fe3O4 se dispersaron en tolueno (Merckreg) seco el cual fue previamente
desgasificado con N2 por 1h en un reactor de vidrio provisto de agitacioacuten mecaacutenica
y atmoacutesfera controlada (ver Figura 6) Al tolueno se agregoacute 1 g de NT- Fe3O4
formando una dispersioacuten negra la que se calentoacute hasta alcanzar la temperatura de
ebullicioacuten Una vez alcanzada la temperatura deseada se inyectoacute el agente de
acople 3-glicidoxipropil-trimetoxisilano (GPTMS 98 Aldrichreg) en relacioacuten 1 mL
GPTMS por 1 g de soporte [13 14] La reaccioacuten se mantuvo a reflujo por 24h Una
16
vez obtenido NT-Fe3O4-GPTMS se lavoacute con acetona (Merckreg) para eliminar el
exceso de GPTMS y se secoacute en estufa a vaciacuteo por 12h a 40degC El rendimiento de
la reaccioacuten acople se determinoacute por medio de anaacutelisis termogravimeacutetrico el cual se
adjunta en la seccioacuten 512
Figura 6 Sistema de reaccioacuten para realizar las modificaciones superficiales de NT-
Fe3O4 Fuente Elaboracioacuten propia
413 Acoplamiento de NT-Fe3O4-GPTMS con dendriacutemero PAMAM
En un reactor de vidrio provisto de agitacioacuten mecaacutenica (Figura 6) se agregaron
050 g de NT-Fe3O4-GPTMS con 25 mL de dimetilsulfoacutexido (DMSO Merckreg) seco
generaacutendose una dispersioacuten negra que se agitoacute durante 1h en N2 a 40degC
Posteriormente se disolvioacute 863 mg de dendriacutemero PAMAM G3 (20 mm en
metanol Sigma-Aldrichreg) seco en 5 mL de DMSO seco y se agregoacute al sistema de
reaccioacuten el cual se mantuvo en agitacioacuten mecaacutenica y a 40degC por un periodo de
48h El material obtenido se lavoacute exhaustivamente con metanol (Merckreg) para
eliminar los restos de DMSO y PAMAM adsorbidos Por uacuteltimo el soacutelido NT-Fe3O4-
PAMAM se secoacute al vaciacuteo a 40degC por un periodo de 24h El rendimiento de la
reaccioacuten conjugacioacuten se determinoacute por medio de anaacutelisis termogravimeacutetrico el cual
se adjunta en la seccioacuten 512
17
42 Caracterizacioacuten de los sistemas
421 Espectroscopia de Infrarrojo con Transformada de Fourier (FT-IR)
Un espectro IR se obtiene al pasar radiacioacuten IR a traveacutes de una muestra y
determinar que fraccioacuten de esta radiacioacuten incidente ha sido absorbida La energiacutea
particular a la que aparece cada banda en el espectro guarda relacioacuten con la
frecuencia de vibracioacuten de una parte de la moleacutecula Los espectros en la regioacuten
infrarroja estaacuten asociados a las transiciones entre niveles de energiacutea vibracional
estos niveles corresponden a vibraciones tensioacuten-contraccioacuten (stretching) y
flexiones (bending) de los enlaces y otros movimientos complejos de las moleacuteculas
[64] La regioacuten IR del espectro electromagneacutetico se encuentra entre 14290-10 cm-1
El intervalo que abarca la espectroscopia infrarroja puede dividirse en tres
regiones IR cercano (NIR) 14290-4000 cm-1 IR medio 4000-400 cm-1 IR lejano
400-10 cm-1 siendo en el IR medio donde se dan la mayoriacutea de las aplicaciones
analiacuteticas tradicionales
En los experimentos comunes de FT-IR un haz de luz infrarroja atraviesa la
muestra y se registra la cantidad de energiacutea absorbida a cada longitud de onda
Esto puede lograrse barriendo el espectro con un haz de luz monocromaacutetico el
cual cambia su longitud de onda a traveacutes del tiempo o usando una transformada de
Fourier para medir todas las longitudes de onda a la vez como se muestra en la
Figura 7 A partir de esto se obtiene un espectro de transmitancia o absorbancia
el cual permite una interpretacioacuten de la naturaleza de los enlaces quiacutemicos
presentes La teacutecnica de FTIR se ha utilizado para estudiar materiales de tamantildeo
nanoescala como moleacuteculas funcionales injertadas covalentemente en nanotubos
de carbono [65] y nanotubos de TiO2 acoplados a dendriacutemero PAMAM [13]
18
Figura 7 Esquema del equipamiento de un FT-IR Fuente Elaboracioacuten propia
Equipamiento
Los materiales puros e hiacutebridos se analizaron en el equipo Nicolet marca Nexus
FT-IR en la zona del IR medio usando como blanco pastilla KBr Para ello se
homogeneizoacute 1 mg de muestra en 100 mg KBr seguido por la obtencioacuten de la
pastilla en prensa hidraacuteulica por uacuteltimo se colocoacute en el portamuestra la pastilla y se
midioacute el espectro a temperatura ambiente barriendo nuacutemeros de onda en el
intervalo medio (4000-400 cm-1) y con un nuacutemero de acumulaciones de 64 scan
422 Difraccioacuten de Rayos X (DRX)
Los rayos X son una forma de radiacioacuten electromagneacutetica que tiene elevada
energiacutea y corta longitud de onda del orden de los espacios interatoacutemicos de los
soacutelidos Cuando un haz de rayos X atraviesa un soacutelido la radiacioacuten se dispersa al
interaccionar con los electrones de los aacutetomos En este caso cada capa de aacutetomos
reflejara parte del haz de rayos X los haces reflejados en las capas sucesivas de
aacutetomos del soacutelido pueden presentar ondas que en una determinada direccioacuten
concuerdan en fase con las ondas reflejadas por otras capas es decir se produce
una interferencia constructiva a este fenoacutemeno se le llama difraccioacuten de rayos X
19
La difraccioacuten de rayos X se puede describir simplemente como la reflexioacuten de un
haz de rayos X incide sobre los planos cristalinos de una muestra soacutelida
empleando la ley de Bragg tal como se muestra en la Figura 8 [64]
Figura 8 Difraccioacuten de Rayos X producida por los diferentes planos de un cristal
Fuente Elaboracioacuten propia
La teacutecnica de difraccioacuten maacutes comuacuten utiliza una muestra pulverizada o policristalina
consistente en muchas partiacuteculas diminutas y orientadas al azar que se exponen a
una radiacioacuten de rayos X monocromaacutetica Como cada partiacutecula de polvo es un
cristal teniendo una gran cantidad de ellos orientados libremente se asegura que
algunas partiacuteculas esteacuten orientadas adecuadamente para que sus planos
cristalograacuteficos cumplan las condiciones para la difraccioacuten y de esta forma obtener
perfiles de difraccioacuten tiacutepicos de cada material
Equipamiento
En este estudio se utilizoacute el difractoacutemetro Rigaku modelo Geigerflex II empleando
el meacutetodo de polvo y usando como estaacutendar interno silicio (cuarzo) La muestra
previamente pulverizada se coloca en un porta objeto para ser irradiado con la
liacutenea κα1 del anticaacutetodo de Fe (λ 19360 Aring) a 35kV y 15mA usando un filtro de
manganeso para eliminar la liacutenea de κβ
20
423 Microscopiacutea Electroacutenica de Transmisioacuten (TEM)
La teacutecnica maacutes utilizada para la caracterizacioacuten de nanomateriales es la
microscopia electroacutenica de transmisioacuten (TEM) la que ofrece imaacutegenes directas de
los nanomateriales con una resolucioacuten espacial hasta el nivel de las dimensiones
atoacutemicas 10-9 m [66] El fundamento del TEM se basa en un haz de electrones que
manejados a traveacutes de lentes electromagneacuteticas se proyecta sobre una muestra
muy delgada situada en una columna de alto vaciacuteo Electrones que atraviesan la
muestran son recogidos y focalizados por la lente objetivo generando una imagen
intermedia ampliada La imagen es ampliada auacuten maacutes gracias a las lentes
proyectoras las cuales controlan la ampliacioacuten de la imagen en la pantalla
fluorescente como se muestra de forma esquemaacutetica en la Figura 9 [67] El TEM
mejora los anaacutelisis morfoloacutegicos y estructurales de nanomateriales ademaacutes
proporciona una mejor resolucioacuten espacial y la capacidad para mediciones
analiacuteticas adicionales [66]
Equipamiento
Las muestras analizadas fueron previamente tratadas tomando una pequentildea
porcioacuten del soacutelido el que se molioacute y disgregoacute en un mortero de aacutegata hasta obtener
un polvo fino Eacuteste se dispersoacute en una mezcla de etanolagua (50 vv) y se
sembroacute en una gradilla de cobre recubierta por una capa de carboacuten y colodioacuten Las
muestras fueron analizadas en un microscopio TEM modelo JEOL JEM -1200EX
II con una resolucioacuten de 5Aring a 120Kv las imaacutegenes obtenidas fueron trabajadas en
el software ImageJ donde se determinaron los diaacutemetros promedio y el largo
promedio de las partiacuteculas empleando la data estadiacutestica entregada directamente
por el software
21
Figura 9 Esquema de un microscopio electroacutenico de transmisioacuten Fuente
Elaboracioacuten propia
424 Microscopia Electroacutenica de Barrido (SEM)
La microscopia electroacutenica de barrido (SEM) es una teacutecnica que permite la
observacioacuten y caracterizacioacuten superficial de materiales inorgaacutenicos y orgaacutenicos
entregando informacioacuten morfoloacutegica del material analizado ademaacutes del
procesamiento y anaacutelisis de imaacutegenes obtenidas Las principales utilidades del
SEM son su alta resolucioacuten la gran profundidad de campo que resuelve una
imagen tridimensional de la muestra y la relativa sencillez de preparacioacuten de las
muestras [66 68] La imagen entregada por el SEM se genera por la interaccioacuten de
un haz de electrones que barre un aacuterea determinada sobre la superficie de la
muestra tal como se muestra la Figura 10 La teacutecnica consiste en hacer incidir en
la muestra un haz de electrones Este bombardeo de electrones provoca la
aparicioacuten de diferentes sentildeales que captadas con detectores adecuados
proporcionan informacioacuten acerca de la naturaleza de la muestra
22
Figura 10 Esquema de un microscopio electroacutenico de barrido Fuente Elaboracioacuten
propia
Equipamiento
Las materiales se analizaron tomando 10 mg de muestra deposinatnadolos en un
porta objeto de aluminio y posteriormente fue analizado en microscopio SEM
modelo JEOL JSM-6380LV
425 Anaacutelisis Termogravimeacutetrico (TGA)
El anaacutelisis termogravimeacutetrico (TGA) es una teacutecnica que consiste en la medida
continua en funcioacuten de la temperatura de la ganancia o peacuterdida de la masa de un
compuesto en una atmoacutesfera determinada [69] Este anaacutelisis suministra
informacioacuten acerca de la estabilidad teacutermica y la composicioacuten porcentual de la
muestra original La instrumentacioacuten utilizada en termogravimetriacutea se denomina
termobalanza y consta baacutesicamente de cinco elementos balanza de precisioacuten
horno calefactor controlado por un programador sensor de temperatura (termopar)
sistema de admisioacuten de gases y sistema de adquisicioacuten de datos Las condiciones
requeridas para la balanza son anaacutelogas a cualquier balanza analiacutetica exactitud
sensibilidad y reproducibilidad
23
Equipamiento
Las muestras fueron llevadas a un analizador teacutermico modelo TGASDTA 851e
Los perfiles de descomposicioacuten teacutermica se barrieron entre 25-1000degC a una
velocidad de calentamiento de 5degC min-1 en un flujo de 20 mLmin-1 de N2 u O2
empleando un crisol de Al2O3
426 Isotermas de Adsorcioacuten-Desorcioacuten de N2 a -196degC
La caracterizacioacuten superficial de materiales porosos como oacutexidos metaacutelicos
zeolitas o poliacutemeros orgaacutenicos mediante isotermas de adsorcioacuten-desorcioacuten permite
determinar paraacutemetros tales como el aacuterea superficial el volumen y la distribucioacuten
del tamantildeo de poros [13 70] Cualquier material soacutelido que contiene cavidades
canales o intersticios puede ser considerado como poroso (Figura 11) Los poros
se pueden clasificar en cerrados y abiertos Los cerrados son aquellos que influyen
en propiedades macroscoacutepicas como densidad o resistencia mecaacutenica pero no
son accesibles a procesos de adsorcioacuten Los abiertos a su vez se pueden
clasificar seguacuten su forma o manera de conexioacuten con el exterior La rugosidad de la
superficie externa de la muestra se distingue de la porosidad en que su
profundidad es menor que su anchura
Figura 11 Representacioacuten esquemaacutetica de un soacutelido poroso [71]
24
La estructura porosa se analiza mediante isotermas de adsorcioacuten de gases Esta
consiste en la adsorcioacuten fiacutesica de un gas (adsorbato) sobre un soacutelido (adsorbente)
a una temperatura dada para distintas presiones relativas de gas
Los adsorbatos maacutes utilizados son el N2 CO2 CO NO benceno y algunos
hidrocarburos alifaacuteticos de cadena corta La adsorcioacuten de N2 a -196degC (77 K) es la
maacutes utilizada debido a que cubre todo el rango de porosidad e interacciona
deacutebilmente con la mayoriacutea de los soacutelidos Ademaacutes la misma isoterma puede ser
utilizada para el anaacutelisis del tamantildeo de poro y para superficie especifica empleando
una variedad de modelos El modelo maacutes usado es el de Brunauer-Emett-Teller
(BET) el cual se basa en dos hipoacutetesis principales a) la superficie del adsorbente
se supone uniforme y no porosa b) las moleacuteculas del gas se adsorben sobre la
superficie en capas sucesivas completas o no en equilibrio dinaacutemico entre siacute y
con las moleacuteculas del gas [72 73]
Equipamiento
Los valores de superficie especiacutefica se obtuvieron a partir de las isotermas de
adsorcioacuten de nitroacutegeno a -196degC realizados en un equipo automaacutetico Micromeritics
modelo ASAP 2010 en el rango de presioacuten relativa de 005-03 Se utilizoacute el meacutetodo
BET para calcular las superficies especiacuteficas utilizando la parte lineal del graacutefico de
acuerdo con las recomendaciones de la IUPAC El volumen de poro y las
distribuciones de tamantildeo de poro fueron calculados a partir de las ramas de
desorcioacuten de las isotermas utilizando el meacutetodo de Barret-Joyner-Halenda (BHJ)
427 Magnetizacioacuten del material
Cuando un material se expone a un campo magneacutetico el giro de sus electrones
producen un momento magneacutetico paralelo al campo al que estaacute expuesto esto es
en el material se ha inducido una magnetizacioacuten (M) que es proporcional al campo
magneacutetico externo (H)
25
En la Figura 12 se observa la curva de magnetizacioacuten de un material
ferromagneacutetico que corresponde a un graacutefico de la magnetizacioacuten (M) frente a un
campo aplicado (H) Inicialmente a medida que aumenta la intensidad del campo
aplicado H M tambieacuten aumenta hasta alcanzar el punto de saturacioacuten Ms
Entonces cuando la intensidad del campo H comienza a disminuir por debajo del
punto de saturacioacuten M no lo hace en la misma proporcioacuten que antes sino que a
valores correspondientes a la curva superior Esto comportamiento se conoce
como histeacuteresis y se produce porque los dominios magneacuteticos que se alinean con
un incremento del campo no vuelven a su orientacioacuten original si el campo es
menor Cuando el campo aplicado H regresa al valor cero el material aun
presenta magnetizacioacuten denominada magnetizacioacuten remanente Mr Para eliminar
la magnetizacioacuten remanente se debe aplicar un campo Hc en sentido contrario al
campo inicialmente aplicado conocido como campo coercitivo Si se continuacutea
aumentando el campo se produce otra saturacioacuten en direccioacuten contraria Si desde
esa posicioacuten se disminuye el campo aplicado se vuelve a repetir el mismo
comportamiento dando lugar auacuten ciclo de histeacuteresis [74]
Figura 12 Representacioacuten de curva de magnetizacioacuten para un material
ferromagneacutetico [74]
26
Los paraacutemetros Ms Mr y Hc obtenidos a partir de la curva de magnetizacioacuten
corresponden a propiedades intriacutensecas de un material aunque los uacuteltimos dos
paraacutemetros mencionados no solo depende del tipo del material sino ademaacutes del
tamantildeo y forma del material temperatura y defecto del material [75]
Con la finalidad de comparar el comportamiento magneacutetico de diferentes materiales
frente a un campo aplicado eacutestos se pueden clasificar en diamagneacutetico
paramagneacutetico ferromagneacutetico (Figura 12) ferrimagneacutetico superparamagneacutetico
antiferromagneacutetico El instrumento maacutes utilizado en los anaacutelisis de materiales
magneacuteticos es el magnetoacutemetro de muestra vibrante (VSM) disentildeado para la
medicioacuten de la magnetizacioacuten y del cual se obtiene el ciclo de histeacuteresis [76 77]
Equipamiento
Para las curvas de magnetizacioacuten se pesaron 10 mg de las muestras las que se
depositaron en caacutepsula de policarbonato Dicha caacutepsula fue llevada al portamuestra
del magnetoacutemetro de muestra vibrante (VSM) modelo MLVSM9 MagLab 9T Oxford
Instrument Todas las mediciones se realizaron a 17degC
428 Adsorcioacuten de Faacutermacos en Nanotubo Fe3O4 y en nanotransportador
hiacutebrido Fe3O4-PAMAM
Los ensayos se disentildearon para seguir la adsorcioacuten del faacutermaco en funcioacuten del
tiempo Para ello en un vaso de precipitado colocado sobre una placa agitadora
con control de temperatura se contactan 200 mL de una disolucioacuten acuosa de SIL
(005 mgmL) con 10 mg del nanotransportador dispersos en 2 mL de agua
desionizada y colocados en el interior de bolsa de diaacutelisis (Thermo Scientific
SnakeSkin Dialysis Tubing 10K MWCO 22mm) tal como se muestra
esquemaacuteticamente en la Figura 13 La cineacutetica de la adsorcioacuten se siguioacute por medio
de espectroscopia de UV-visible tomando aliacutecuotas de 10 mL y monitoreadas a
una longitud de onda de maacutexima absorcioacuten (λmaacutex) del faacutermaco (288 nm) cada una
hora empleando un espectrofotoacutemetro UV-VIS (UV2310IISpectrophotometer) hasta
27
que no se detecta variacioacuten en las lecturas absorbancia en funcioacuten
Figura 13 Esquema del sistema de adsorcioacuten de faacutermacos en los
nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
El mismo procedimiento fue empleado para evaluar la capacidad de encapsulacioacuten
de piroxicam (PRX) donde se empleoacute una concentracioacuten inicial de 001 mgmL y
las medidas de absorbancia se siguieron a λmaacutex = 350 nm Todas las medidas de
absorbancia se realizaron por triplicado y la cuantificacioacuten se realizoacute empleando las
respectivas curvas de calibracioacuten de cada faacutermaco Para ambos sistemas NT-
Fe3O4 y Fe3O4-PAMAM las medidas de encapsulacioacuten se realizaron por duplicado
28
5 DISCUSIOacuteN Y ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
51 Caracterizacioacuten de los nanomateriales
511 Espectroscopia de infrarrojo con transformada de Fourier
La caracterizacioacuten espectroscoacutepica por FT-IR entrega informacioacuten sobre los
grupos superficiales existente en una muestra En la Figura 14 se observa el
espectro de NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM En el caso de NT-Fe3O4 se observa
una banda a 574 cm-1 que corresponde al stretching del enlace de Fe-O de la
magnetita seguido por la banda ubicada entre 945-980 cm-1 asociada al bending
del enlace FendashOndashH atribuido a los grupos hidroxilos adsorbidos en la superficie de
NT-Fe3O4 El bending a 1628 cm-1 se asigna a la vibracioacuten de las moleacuteculas de
H2O fisisorbidas sobre la superficie de la magnetita [78] por uacuteltimo entre 3090-
3430 cm-1 se observa una banda ancha correspondiente al stretching de los
grupos FendashOH superficiales [79 80]
Figura 14 Espectro FT-IR de (a) NT-Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-PAMAM Fuente
Elaboracioacuten propia
29
El NT-Fe3O4-PAMAM tiene un espectro similar al NT-Fe3O4 pero se pueden
identificar la banda asociada al bending N-H de las aminas primarias del PAMAM
a 1541 cm-1 mientras que a 1638 cm-1 se observa una banda atribuida al grupo
carbonilo (C=O) de las amidas que componen ramas de crecimiento internas del
dendriacutemero Las bandas entre 2849-2912 cm-1 corresponden a los stretching de
los grupos metileno (-CH2-) presentes en el agente de acople GPTMS y en la
cadena alifaacutetica del dendriacutemero PAMAM [13 81] Por uacuteltimo la banda de vibracioacuten
atribuida de los grupos ndashNH2 terminales se solapa con la sentildeal de los grupos ndashOH
de la superficie del NT-Fe3O4 Con lo anterior se verifica la presencia del
dendriacutemero PAMAM y la superficie del NT-Fe3O4 utilizando como agente de
acople GPTMS
512 Anaacutelisis Termogravimeacutetrico
Por medio del estudio de TGA se ha podido determinar la cantidad de PAMAM
conjugada en el soacutelido NT-Fe3O4 En la Figura 15 se muestran las curvas de
peacuterdida de masa porcentual en funcioacuten de la temperatura para los tres sistemas
preparados En el caso de NT-Fe3O4 se observa una curva continua hasta
alrededor de los 200degC donde comienza la peacuterdida de materia que corresponde a
desorcioacuten de agua fuertemente fisisorbida en el material En una segunda etapa a
500degC se detecta la peacuterdida en masa atribuida a la oxidacioacuten de las especies Fe2+
a Fe3+ con la consecuente peacuterdida de agua [82 83]
2Fe3O4 (s) + 12O2 (g) rarr 3Fe2O3 (s)
Posterior a 650degC se detecta una continua peacuterdida de masa la que se asume
corresponde a la deshidroxilacioacuten de las especies Fe-OH remanentes de la
formacioacuten de Fe2O3 Cuando al material se le inmoviliza el agente de acople
GPTMS se observa un perfil de peacuterdida en masa diferente al material de partida
La temperatura de inicio es de alrededor de 250degC en la cual comienza la
combustioacuten de la materia orgaacutenica atribuida al anclaje del agente de acople en la
30
superficie de NT-Fe3O4 finalizando alrededor de los 430degC En la zona del
termograma que denota la oxidacioacuten de las especies Fe2+ a Fe3+ se observa un
desplazamiento a 550degC atribuido a la estabilizacioacuten superficial que le confieren
los enlaces Fe-O-Si que se han formado durante el proceso de anclaje [84 85]
Figura 15 Termogramas de los materiales realizados en atmoacutesfera de O2 (a) NT-
Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-GPTMS y (c) NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten
propia
La diferencia en las masas remanentes entre ambas curvas ha permitido estimar
la cantidad de GPTMS que se ha inmovilizado en NT-Fe3O4 el cual se resume en
la Tabla 2 Soacutelo se puede determinar un estimado por esta teacutecnica pues se sabe
que las especies Fe-O-Si presente en la muestra se pueden sustituir en la matriz
del NT-Fe3O4 durante el proceso produciendo la mineralizacioacuten del GPTMS
4(Fe-O)3Si(CH2)3-(CH2OCH2)(s) + 25O2(g) rarr 2(Fe-O)3Si-O-Si(O-Fe)3(s) +
20CO2(g) + 16H2O(g)
31
Lo que al mismo tiempo podriacutea provocar el desplazamiento de la oxidacioacuten de las
especies Fe2+ a temperaturas superiores
Tabla 2 Porcentaje de peacuterdida de masa y material acoplado GPTMS y PAMAM
(G3) al NT-Fe3O4 Fuente Elaboracioacuten propia
Por uacuteltimo para el material hiacutebrido NT-Fe3O4-PAMAM muestra un perfil de
peacuterdida de masa continua desde los 75degC en adelante atribuido a la desorcioacuten de
H2O fisisorbida la que se incrementa respecto de los materiales precursores
atribuidos a la alta capacidad de adsorber agua por parte del dendriacutemero
inmovilizado en superficie Por sobre los 250degC comienza una segunda etapa de
peacuterdida en masa la que corresponde a la calcinacioacuten de la materia orgaacutenica
conferida por GPTMS-PAMAM la que ocurre en dos etapas 1) combustioacuten de la
materia orgaacutenica alifaacutetica (250degC) y 2) a la combustioacuten asociada a los enlaces
amidas de la ramas de crecimiento de PAMAM (450degC) la que al mismo tiempo se
acopla con la oxidacioacuten de la especies Fe2+ del material inorgaacutenico Comparando
los resultados obtenidos para NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-GPTMS se puede estimar el
contenido de PAMAM conjugado a la nanoestructura lo cual se resume en la
Tabla 2 Con estos resultados se puede inferir que la reaccioacuten de inmovilizacioacuten ha
afectado el contenido en masa del material el que se puede atribuir a la
conjugacioacuten de PAMAM en los NT-Fe3O4
513 Isotermas de Adsorcioacuten-Desorcioacuten de N2 a -196degC
Las isotermas de adsorcioacutendesorcioacuten de N2 a -196degC de los materiales NT-Fe3O4
y NT-Fe3O4-PAMAM se presentan en la Figura 16 Ambas isotermas son del tipo
IV de acuerdo a la calificacioacuten BDDT tiacutepica de soacutelidos mesoporosos y con ciclo
de histeacuteresis tipo H1 [72 73] caracteriacutesticas de capilares de forma tubular con
Material () (μmolg) (μmolm2)
NT-Fe3O4-GPTMS 39 165 66
NT-Fe3O4-PAMAM 168 243 097
32
abertura en sus extremos En la Tabla 3 se resumen los valores de superficies
especiacuteficas (SBET) distribuciones de tamantildeo promedio de poro de los materiales
(dPoro) y volumen total (VPoro) mostrando que la funcionalizacioacuten con GPTMS
seguido por la inmovilizacioacuten con dendriacutemero PAMAM en la superficie del NT-
Fe3O4 provoca una disminucioacuten de los valores
Figura 16 Isoterma de adsorcioacutendesorcioacuten de N2 a -196degC para (a) NT-Fe3O4 y (b)
NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Lo anterior se debe a que el GPTMS y PAMAM producen el cubrimiento parcial
de la superficie del material tubular NT-Fe3O4 lo que lleva a que los poros se
cierren o tapen estrechando sus cavidades y haciendo que el proceso de
desorcioacuten ocurra a menores presiones relativas Lo descrito con anterioridad
concuerda con el cambio en el ciclo de histeacuteresis gracias a una disminucioacuten del
diaacutemetro promedio de poro o bien un aumento en el grosor de la pared del
material tubular Esto es una evidencia experimental de la modificacioacuten superficial
del nanotubo la que presumiblemente ocurre de forma preferente en la superficie
interna del material
33
Tabla 3 Superficie especiacutefica tamantildeo promedio de poro y volumen de poro
determinadas por las de BET y BJH [73 86] para los materiales en base a NT-
Fe3O4 sintetizados Fuente Elaboracioacuten propia
condiciones normales Presioacuten y temperatura
514 Difraccioacuten de Rayos X
En la Figura 17 se muestran los perfiles de DRX para de NT α-Fe2O3 NT-Fe3O4 y
NT-Fe3O4-PAMAM El primer material corresponde a NT α-Fe2O3 debido a la
siacutentesis previa de nanotubos de hematita precursor de los nanotubos de
magnetita Se observan las difracciones propias de la hematita la cual coincide
con su estructura hexagonal (JCDS 33-0664) [87-89] Ademaacutes en la figura 17 se
observa la desaparicioacuten y aparicioacuten de picos desde el primer al segundo material
en este uacuteltimo aparecen los picos de la magnetita esto indica la reaccioacuten de
reduccioacuten de la hematita a magnetita con el consecuente cambio estructural
Los materiales NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM se detectan las difracciones tiacutepicas
para Fe3O4 con estructura cristalina del tipo magnetita la cual corresponde a una
estructura cuacutebica centrada en la cara de tipo espinela (AB2O4) inversa (JCPDS 19-
0629) [29 79 80] La modificacioacuten superficial con agente de acople seguido por el
acoplamiento con dendriacutemero PAMAM no provoca cambios en la estructura
cristalina del material NT-Fe3O4
Material SBET
(m2g-1)
dPoro
(nm)
VPoro
(cm3g-1)
NT-Fe3O4 59 33 01
NT-Fe3O4-PAMAM 25 19 005
34
Figura 17 Difractograma de rayos X para (a) NT α-Fe2O3 (b) NT-Fe3O4 y (c) NT-
Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
515 Microscopiacutea Electroacutenica de Barrido y Transmisioacuten
La estructura tubular de estos materiales se siguioacute por medio de microscopiacutea
electroacutenica de barrido y transmisioacuten En relacioacuten a la morfologiacutea superficial se
puede observar en la Figura 18 que en ambos materiales muestran la forma tiacutepica
de materiales nanotubulares huecos lo cual ratifica los resultados en la forma de
los ciclos de histeacuteresis observados en la caracterizacioacuten por isotermas de
adsorcioacuten de N2 a -196degC (Figura 16) En relacioacuten a la modificacioacuten superficial del
material NT-Fe3O4 con GPTMS y PAMAM se mantiene la morfologiacutea del material
inorgaacutenico en acuerdo con la caracterizacioacuten por DRX
35
Figura 18 Imaacutegenes de SEM de los materiales (a) NT-Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-
PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Para poder determinar de forma directa los tamantildeos partiacutecula longitud y diaacutemetro
de NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM se ha realizado la caracterizacioacuten por TEM y
sus respectivas micrografiacuteas se muestran en la Figura 19 Al igual que en el caso
de SEM se observan nanoestructuras que muestran una morfologiacutea definida de
tipo tubular con una cavidad regular abierta en sus extremos
A traveacutes del conteo de los nanotubos y la medicioacuten directa de sus tamantildeos se han
determinado las curvas de distribucioacuten para el largo y diaacutemetro externo de los
nanotubos tal como se muestra en la Figura 19 Los valores promedio del largo
fueron del orden de 280 y 286 nm y los diaacutemetros externos fueron 151 y 159 nm
para NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM respectivamente Al comparar las imaacutegenes y
sus correspondientes dimensiones obtenidas se puede observar que la
morfologiacutea del material no se ve afectada al modificar la superficie del NT-Fe3O4
durante el proceso de conjugacioacuten con el dendriacutemero PAMAM
(b) (a)
36
Figura 19 Micrografiacuteas de TEM de NT-Fe3O4 (a b) NT-Fe3O4-PAMAM (e f) y las
curvas de distribucioacuten del largo (c g) y diaacutemetro externo (d h) para ambos NT-
Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM respectivamente Fuente Elaboracioacuten propia
(a) (b)
(h) (g)
(f) (e)
(d) (c)
37
516 Propiedades magneacuteticas
Las propiedades magneacuteticas de NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM fueron estudiadas
por medio de un anaacutelisis VSM y las curvas de magnetizacioacuten se muestran en la
Figura 20 dando como resultado para ambos materiales la propiedad
ferrimagneacutetica Aquello se debe a que la foacutermula de la magnetita Fe3O4 puede
escribirse en la forma Fe3+[Fe2+Fe3+]O4 seguacuten la foacutermula general AB2O4 de tipo
espinela inversa Donde la mitad de los cationes Fe3+ ocupan sitios tetraeacutedricos
mientras que la otra mitad de Fe3+ y los cationes Fe2+ ocupan los sitios
octaeacutedricos Los cationes de Fe3+ se distribuyen por tanto en dos posiciones
diferentes en la estructura pero con direcciones opuestas de espiacuten magneacutetico por
lo tanto los momentos magneacuteticos de los cationes Fe3+ se anulan entre siacute
mientras que los momentos magneacuteticos de los cationes Fe2+ que posee espiacuten de
menor magnitud comparado con Fe3+ son los responsables del momento
magneacutetico neto en la magnetita [27 77 90] De la graacutefica de la Figura 20 se
observa que el ciclo de magnetizacioacuten muestra un ciclo de histeacuteresis de similares
caracteriacutesticas Este resultado permite suponer que la modificacioacuten con el agente
de acople GPTMS y posterior anclaje de PAMAM no perturboacute las propiedades
magneacuteticas del soporte durante la siacutentesis De la Figura 20 se pueden extraer el
valor de la magnetizacioacuten remanente (Mr) y coercitividad (Hc) en ausencia del
campo aplicado y el valor de magnetizacioacuten de saturacioacuten (Ms) los cuales se
resumen en la Tabla 4
Tabla 4 Resumen de paraacutemetros magneacuteticos para los materiales preparados a
17degC Fuente Elaboracioacuten propia
Material Ms
(emug)
Mr
(emug)
Hc
(Oe)
Fe3O4 bulk 92 - lt 100
NT-Fe3O4 67 16 249
NT-Fe3O4-PAMAM 58 10 240
38
Los valores de Ms que se encuentran en los materiales nanoestructurados son
generalmente maacutes pequentildeos que la magnetita bulk lo cual puede ser atribuido al
aumento de efectos superficiales y a la presencia de dendriacutemero PAMAM A su
vez se han reportado valores experimentales para Ms en nanopartiacuteculas de
magnetita que abarcan entre 30-50 emug inferior al valor del mineral magnetita
90 emug [39 91-93] Por el contrario los valores de Hc encontrados para ambas
nanoestructuras son mayores al ser comparado con la magnetita bulk debido a la
disminucioacuten del tamantildeo de partiacutecula
39
Figura 20 Curva de magnetizacioacuten obtenida para NT-Fe3O4 (a b) y NT-Fe3O4-
PAMAM (c d) utilizando un magnetoacutemetro de muestra vibrante (VSM) a 17degC
Fuente Elaboracioacuten propia
(a) (b)
(c) (d)
40
52 Estudios de la adsorcioacuten de Faacutermacos en Nanotubo Fe3O4 y en
nanotransportador hiacutebrido Fe3O4-PAMAM
521 Faacutermacos de intereacutes
Luego de la caracterizacioacuten de los materiales puro e hiacutebrido se procedioacute a realizar
en cada uno de ellos la adsorcioacuten de faacutermacos Esto con la finalidad de determinar
el tiempo y capacidad maacutexima de adsorcioacuten mediante estudios de cineacutetica de
adsorcioacuten
En esta investigacioacuten se ha decidioacute emplear dos clases de faacutermacos poco solubles
para estudiar la capacidad de adsorcioacuten de los nanotransportadores sintetizados
El piroxicam (PRX M 331348 gmol) es una clase de faacutermaco antiinflamatorio no
esteroidal perteneciente al grupo oxicam [94 95] como se observa en la Figura
21 (a) posee un grupo enoacutelico (pKa 18) y un grupo piridiacutenico (pKa 63) [96 97]
presenta propiedades analgeacutesicas antipireacuteticas a su vez alivia dolores para la
artritis reumatoide la artrosis y los siacutentomas de la dismenorrea [59]
(a) (b)
Figura 21 Estructuras de los faacutermacos de intereacutes (a) Piroxicam y (b) Silibinina
Fuente Elaboracioacuten propia
41
No obstante PRX provoca efectos secundarios principalmente uacutelceras gaacutestricas
ademaacutes es praacutecticamente insoluble en agua [98 99] Para reducir estos efectos
existen investigaciones que tienen relacioacuten con el transporte y liberacioacuten de
faacutermacos que pueden cargar eficazmente el faacutermaco para apuntar hacia el sitio de
accioacuten aumentando la eficacia terapeacuteutica y reducir al miacutenimo los efectos
secundarios donde sistemas de microesferas de albuacutemina de suero bovino han
sido utilizadas para la liberacioacuten piroxicam [100]
El otro faacutermaco de intereacutes estudiado es la silibinina (SIL M 48244 gmol) que es
un flavonoide polifenoacutelico natural que se aiacutesla de la planta de cardo de leche
Silybum marianum Posee cinco grupos hidroxilos un grupo carbonilo y tres
grupos fenilos tal como se muestra en la Figura 21 (b) Esta moleacutecula tiene varios
grupos ionizables con sus respectivos pKa1 70 pKa2 877 pKa3 957 pKa4
1166 [101] y ha sido ampliamente utilizada por sus efectos hepatoprotectores
Sin embargo la eficacia de silibinina como faacutermaco estaacute muy limitada debido a su
escasa solubilidad en agua y una baja biodisponibilidad despueacutes de su
administracioacuten oral A fin de superar los defectos de la silibinina libre muchos
enfoques se han adoptado como son los sistemas de entrega liposomal de
transporte lipiacutedicos nanoestructurados de complejo silibinina-fosfoliacutepido y
nanosuspensiones [102]
Es importante notar que los estudios de la cineacutetica de adsorcioacuten son
determinantes en teacuterminos de conocer coacutemo variacutea la concentracioacuten de faacutermaco
adsorbida en funcioacuten del tiempo para una proporcioacuten faacutermacoadsorbente dada La
cineacutetica de adsorcioacuten permite conocer el tiempo en que se realiza el proceso de
adsorcioacuten y ha de practicarse antes de la determinacioacuten de una isoterma de
adsorcioacuten Puesto que se trabaja con disolucioacuten se debe en cuenta los factores
que influyen en el proceso ya que el tiempo necesario para alcanzar el equilibrio
estaacute en funcioacuten de las caracteriacutesticas del adsorbente y del adsorbato de la
quiacutemica de la disolucioacuten de la temperatura y del pH La data de la cineacutetica de
adsorcioacuten de los faacutermacos en los nanotransportadores se ajustoacute a los modelos
42
cineacuteticos de pseudo-primer orden pseudo-segundo orden y cineacuteticas que
involucran quimisorcioacuten [103-106] para ambos nanotransportadores en presencia
de los faacutermacos PRX y SIL
De forma general se puede decir que el modelo de pseudo-primer orden o modelo
de Lagergren se basa en la suposicioacuten de que cada moleacutecula de adsorbato se
adsorbe en un sitio del adsorbente lo cual en teacuterminos de cineacutetica de reaccioacuten se
expresa como
(1)
y la forma integrada de esta ecuacioacuten queda definida como
(2)
donde la qe y qt (mgfarmgads) son la cantidad maacutexima de faacutermaco adsorbida una
vez alcanzado el equilibrio (trarr) y la cantidad de faacutermaco adsorbida al tiempo t
respectivamente y k1 (h-1) es la constante cineacutetica de pseudo-primer orden
Para el caso del modelo de pseudo-segundo orden o modelo de Ho desarrollado
por Ho y McKay [107] supone que el adsorbato se adsorbe en dos sitios activos
del adsorbente En este caso la ecuacioacuten de la cineacutetica de adsorcioacuten se expresa
como
(3)
y la forma integrada de esta ecuacioacuten queda definida como
(4)
43
donde k2 (gadsmgfarmmiddoth) es la constante cineacutetica de adsorcioacuten de pseudo-segundo
orden Es importante mencionar que ambos modelos cineacuteticos se basan en la
homogeneidad de la superficie del adsorbente y donde soacutelo se considera la
cantidad de sitios involucrados en el proceso Esto se puede interpretar en
teacuterminos cineacuteticos en que la energiacutea de activacioacuten asociada a la adsorcioacuten del
faacutermaco en la superficie es constante y uacutenica en todos los sitios del adsorbente
No obstante cuando la superficie es heterogeacutenea en los sitios de adsorcioacuten se
observa que los modelos propuestos pueden perder validez En estos casos se
prefiere emplear el modelo de Elovich de aplicacioacuten general en procesos de
quimisorcioacuten el cual supone que los sitios activos del adsorbente son
heterogeacuteneos y por ello exhiben diferentes energiacuteas de activacioacuten basaacutendose en
un mecanismo de reaccioacuten de segundo orden para un proceso de reaccioacuten
heterogeacutenea Este modelo ha mostrado resultados satisfactorios en la
identificacioacuten del mecanismo controlante en procesos de adsorcioacuten de un soluto
en fase liacutequida a partir de un soacutelido adsorbente [106 108] y queda descrito
matemaacuteticamente como
(5)
y la forma integrada de esta ecuacioacuten queda definida como
(5)
donde α (mgfarmgadsmiddoth) es la constante de velocidad inicial de adsorcioacuten y β estaacute
relacionado con la superficie cubierta y la energiacutea de activacioacuten por
quimiadsorcioacuten (mgfarmgads) denominada constante de velocidad de desorcioacuten
Finalmente debe considerarse tambieacuten alguna hipoacutetesis sobre el mecanismo de
difusioacuten de los faacutermacos al interior de la estructura de los nanotransportadores Un
modelo aceptado en la literatura es el de difusioacuten intraparticular en el interior de
44
los poros de la partiacutecula de adsorbente el que se basa en el transporte de soluto a
traveacutes de la estructura interna de los poros de adsorbente y la difusioacuten
propiamente dicha en el soacutelido lo que conlleva a asumir que el adsorbente posee
una estructura porosa homogeacutenea Weber y Morris (1963) concluyeron que en un
proceso controlado por la adsorcioacuten en los poros la velocidad inicial es
directamente proporcional a la concentracioacuten del soluto La difusioacuten intraparticular
se caracteriza por la dependencia entre la adsorcioacuten especiacutefica y la raiacutez cuadrada
del tiempo siendo la pendiente la velocidad de difusioacuten intraparticular
Con base en lo anterior la ecuacioacuten que define la difusioacuten intraparticular viene
dada por
(5)
Donde ki (mgfarmgadsmiddoth 12) es la constante de velocidad de difusioacuten intraparticular y
Ci entrega informacioacuten sobre el grosor de la capa de adsorbato [105] Esta
ecuacioacuten ha sido utilizada por diferentes investigadores para determinar si la
difusioacuten intraparticular es la etapa controlante de la dinaacutemica de adsorcioacuten de
especies ioacutenicas [109 110]
522 Adsorcioacuten de PRX
Las cineacuteticas de adsorcioacuten de ambos nanotransportadores para PRX se muestran
en la Figura 22 Para ellos se realizaron ajustes no lineales de la data
experimental y los valores obtenidos los cuales se reportan en la Tabla 5 Los
faacutermacos son moleacuteculas capaces de establecer interacciones supramoleculares
con nanomateriales las que dependeraacuten de los grupos funcionales que posean
del solvente en el cual se encuentran disueltos y el pH del medio Las
interacciones supramoleculares maacutes frecuentes son las electrostaacuteticas enlaces de
hidroacutegeno van der Waals e hidrofoacutebicas [111 112]
45
En el caso de lo nanotransportadores empleados en este estudio se observa que
ambos materiales adsorben PRX y los datos experimentales se ajustan a una
cineacutetica de pseudo-primer orden Se ha elegido este modelo pues las funciones
estadiacutesticas de coeficiente de correlacioacuten (R2) y el test de chi-cuadrado (χ2) el cual
es una prueba de hipoacutetesis que compara la distribucioacuten observada de los datos
con una distribucioacuten esperada de los datos Ambos caacutelculos se realizaron
mediante empleando el software Origin Pro 80 mediante la funcioacuten de anaacutelisis no
lineal donde se ajustaron los tres modelos estudiados
Figura 22 Cineacutetica y ajustes de modelos cineacuteticos de adsorcioacuten para PRX en los
nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Figura 23 Esquema propuesto para la adsorcioacuten de PRX en los sistemas
sintetizados (A) Fe3O4-NT y (B) Fe3O4-NT-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Sistema aislado Sistema en disolucioacuten
Sistema aislado Sistema en disolucioacuten
46
Tabla 5 Modelos cineacuteticos para la adsorcioacuten de PRX en los adsorbentes NT-
Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
qe exp (mgPRXgads) 391 487
Pseudo primer-orden (Modelo de Lagergren)
qe (mgPRXgads) 413 488
k1 (h-1) 0038 0079
R2 09964 09911
χ2 0817 287
Pseudo segundo-orden (Modelo de Ho)
qe (mgPRXgads) 539 566
k2 (gAdsmgPRXmiddoth) 649x10-4 168x10-3
R2 09921 09935
χ2 179 210
Quimisoricioacuten (Modelo de Elovich)
α (mgPRXgadsmiddoth) 595 1629
β (mgPRXg) 0100 0097
R2 09501 09613
χ2 1030 1085
Cabe mencionar que de acuerdo a los reportes Rozou y col [96] el faacutermaco PRX
al pH de adsorcioacuten se encuentra en su forma zwitterioacutenica El Fe3O4 es un material
inorgaacutenico que muestra un pI de 68 [113] A las condiciones de adsorcioacuten
estudiadas el pH del agua fue de 60 luego la superficie del NT-Fe3O4 se
encuentra cargada de forma positiva esperaacutendose que la interaccioacuten del faacutermaco
con el adsorbente sea mediada por interacciones electroestaacuteticas tal como se
muestra en el esquema de la Figura 23
Con la incorporacioacuten del PAMAM a la fase inorgaacutenica se observa un incremento
de un 25 en la capacidad de adsorcioacuten de PRX Esto se puede interpretar en
47
teacuterminos moleculares haciendo la aproximacioacuten de los moles disponibles de
PAMAM en funcioacuten de la cantidad adsorbida en comparacioacuten a NT-Fe3O4 sin
modificar Desde la Tabla 2 se sabe que hay una cantidad de 243 micromol de
PAMAM por gramo de adsorbente debido a que el incremento en la adsorcioacuten
fueron 96 mg de PRX (o 290 micromol de PRX) se puede asumir una estequiometriacutea
PRXPAMAM = 119 De acuerdo a reportes previos publicados por nuestro grupo
de investigacioacuten se sabe que PRX a pH 70 se adsorbe efectivamente en la
estructura PAMAM alcanzando una estequiometriacutea PRXPAMAM = 23 [59] En
este caso pH 60 no hay cambios significativos en la estructura del faacutermaco ni
en la del dendriacutemero por lo que deberiacutea haberse esperado un incremento
significativo de la adsorcioacuten de PRX en relacioacuten al nanotransportador NT-Fe3O4
Sin embargo este efecto no fue observado en el nanotubo hiacutebrido funcionalizado
con PAMAM Con estos resultados se puede asumir que la afinidad del PRX
mucho mayor por la adsorcioacuten en el material inorgaacutenico que por la adsorcioacuten en
los bolsillos de la cavidades internas del PAMAM
En relacioacuten a los resultados cineacuteticos se observa un aumento en la pseudo-
constante cineacutetica de adsorcioacuten siendo k1(NT-Fe3O4) lt k1(NT-Fe3O4-PAMAM) Para poder
interpretar el fenoacutemeno en forma mecaniacutestica la data experimental se ha ajustado
al modelo de difusioacuten intrapartiacutecula de Weber-Morris el que se muestra en la
Figura 24 En esta figura se puede observar tres segmentos lineales lo cual indica
que el proceso de adsorcioacuten de PRX en los nanotubos procede en tres etapas
para ambos sistemas Una situacioacuten similar ha sido observada en el caso de la
cineacutetica de adsorcioacuten de cefalosporina en micropartiacuteculas polimeacutericas por Cigu y
colaboradores quienes han descritos las diferentes etapas de la siguiente
forma[105]
a) Adsorcioacuten del adsorbato en la superficie del adsorbente
b) Difusioacuten intrapartiacutecula desde la zona externa a la superficie del adsorbente
c) Equilibrio de adsorcioacuten donde quedan muy pocos sitios disponibles para la
adsorcioacuten
48
Figura 24 Graacutefico de adsorcioacuten de PRX en los nanotransportadores sintetizados
considerando un modelo de difusioacuten intrapartiacutecula en tres etapas Fuente
Elaboracioacuten propia
Ambos sistemas muestran el mismo perfil de difusioacuten intrapartiacutecula y los valores
de las constantes de velocidad para las etapas (a) y (b) presentan valores
relativamente bajos aunque difieren levemente tal como se resume en la Tabla 6
En el caso de NT-Fe3O4 se observa que la etapa limitante corresponde a la
adsorcioacuten de PRX en la superficie del nanomaterial a diferencia de NT-Fe3O4-
PAMAM donde se observa que la etapa limitante es la difusioacuten intrapartiacutecula Esta
diferencia se puede explicar debido a que PAMAM posee grupos ndashNH2
superficiales que al pH de adsorcioacuten estaacuten protonados (ver Figura 23) lo que
incrementa la carga eleacutectrica superficial del nanotransportador este hecho podriacutea
provocar un aumento en la velocidad inicial de adsorcioacuten de PRX si los efectos
electroestaacuteticos gobiernan la velocidad de reaccioacuten en esta etapa considerando
que el PRX presenta una estructura dipolar a pH 60 Sin embargo en la etapa
subsiguiente caracterizada por la adsorcioacuten gradual de PRX las moleacuteculas de
PAMAM unidas covalentes a la superficie de NT-Fe3O4 dificultan el proceso de
difusioacuten intrapartiacutecula provocando una caiacuteda en la constante k(b)
49
Tabla 6 Modelo de difusioacuten intra-partiacutecula para la adsorcioacuten de PRX en los
adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM considerando dos etapas
determinantes en la adsorcioacuten del faacutermaco y una tercera de equilibrio Fuente
Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
Modelo de difusioacuten intrapartiacutecula (Modelo de Weber-Morris)
k(a) (mgPRXgadsh12) 311 766
R(a)2 09879 09903
k(b) (mgPRXgadsh12) 683 409
R(b)2 09872 09944
523 Adsorcioacuten de SIL
En la Figura 25 se muestran las graacuteficas cineacuteticas para la adsorcioacuten de SIL en los
dos nanotransportadores sintetizados Las consideraciones de ajuste de los
modelos cineacuteticos se hicieron de la misma forma que para los estudios realizados
con PRX y los valores obtenidos se resumen en la Tabla 7
Figura 25 Cineacutetica y ajustes de modelos cineacuteticos de adsorcioacuten para SIL en los
nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
50
El comportamiento de los sistemas frente a la adsorcioacuten de SIL muestra la misma
tendencia que la observada en el caso de PRX Ambos nanomateriales adsorben
SIL y la capacidad maacutexima se ve incrementada por la presencia de PAMAM Sin
embargo en este caso ambos sistemas nanotransportadores presentan una gran
afinidad por el faacutermaco obtenieacutendose cargas maacuteximas superiores a 650 mg de
SIL por gramo de nanomaterial valores muy superiores a los obtenidos en el caso
de PRX
El faacutermaco SIL se encuentra como moleacutecula neutra al pH de adsorcioacuten (pKa1 70
pKa2 877 pKa3 957 pKa4 1166) Para la adsorcioacuten en NT-Fe3O4 se espera
que las fuerzas que estaacuten predominando en la adsorcioacuten del faacutermaco sean del tipo
Van der Waals y enlace de hidroacutegeno entre los grupos funcionales de SIL y los
grupos hidroxilos de la NT-Fe3O4 Por otro lado las contribuciones hidrofoacutebicas
tambieacuten deberiacutean jugar un rol importante en la adsorcioacuten del faacutermaco en estos
nanomateriales especialmente en el sistema hiacutebrido NT-Fe3O4-PAMAM En el
caso del PAMAM estudios recientes realizados en nuestro grupo de investigacioacuten
han mostrado la gran afinidad que presenta el dendriacutemero por SIL y
experimentos NOESY han demostrado la adsorcioacuten de las moleacuteculas de SIL en las
cavidades internas del PAMAM
Asiacute para el material NT-Fe3O4-PAMAM se observa un incremento significativo de
la adsorcioacuten en relacioacuten al material inorgaacutenico En este caso el faacutermaco SIL
interacciona no solo con NT-Fe3O4 sino que tambieacuten con el dendriacutemero presente
Si se hace el caacutelculo entre la cantidad adsorbida de SIL en presencia de PAMAM
(1504 mg o 3117 micromol por gramo de adsorbente respectivamente) se obtiene
una relacioacuten molar de SILPAMAM = 128 Considerando esta evidencia puede
suponerse que el faacutermaco en el adsorbente NT-Fe3O4-PAMAM no soacutelo se adsorbe
en la superficie del oacutexido inorgaacutenico sino que tambieacuten se estaacute adsorbiendo en las
cavidades del PAMAM con estequiometriacuteas similares a las observadas para otros
faacutermacos insolubles previamente estudiados por nuestro grupo [51 59]
51
Tabla 7 Modelos cineacuteticos para la adsorcioacuten de SIL en los adsorbentes NT-Fe3O4
y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
qe exp (mgSILgads) 6750 8254
Pseudo primer-orden (Modelo de Lagergren)
qe (mgSILgads) 6853 8837
k1 (h-1) 0052 0062
R2 09975 09956
χ2 1656 4415
Pseudo segundo-orden (Modelo de Ho)
qe (mgSILgads) 8706 10233
k2 (gAdsmgSILmiddoth) 673x10-5 535x10-5
R2 09936 09954
χ2 4209 4576
Quimisorcioacuten (Modelo de Elovich)
α (mgSILgadsmiddoth) 1319 1956
β (mgSILg) 569x10-3 548x10-3
R2 09695 09510
χ2 18184 45945
En relacioacuten a los modelos de adsorcioacuten se observa que ambos sistemas se
ajustan mejor a cineacuteticas de pseudo-primer orden con respecto a la adsorcioacuten de
SIL con coeficientes de correlacioacuten y test de chi-cuadrado confiables para el
modelo Las constantes pseudo primer-orden son similares para ambos sistemas
k1(NT-Fe3O4) ~ k1(NT-Fe3O4-PAMAM) y del mismo orden de magnitud que las
determinadas en el caso de la adsorcioacuten de PRX En la Figura 25 se observa que
el maacuteximo de adsorcioacuten de SIL se alcanza a tiempos superiores a 50 horas para
ambos adsorbentes
52
Para entender de manera maacutes acabada la forma en que operan los fenoacutemenos
cineacuteticos de adsorcioacuten se ha realizado el ajuste de Weber-Morris para el modelo
de difusioacuten de intrapartiacutecula el que se muestra en la Figura 26 el cual nuevamente
revela un proceso de adsorcioacuten en tres etapas y los valores de las constantes de
velocidad para las etapas (a) y (b) presentan valores relativamente altos como se
resume en la Tabla 8
Figura 26 Graacutefico de adsorcioacuten de SIL en los nanotransportadores sintetizados
considerando un modelo de difusioacuten intrapartiacutecula en tres etapas Fuente
Elaboracioacuten propia
Considerando que a pH 60 el NT- Fe3O4 se encuentra en su forma protonada SIL
para adsorberse en la superficie del material deberaacute desplazar ese equilibrio para
ocupar un sitio de la superficie tal como se muestra en el siguiente esquema
Fe-OH + H2O [Fe-O-H-OH2]+
[Fe-O-H-OH2]+ + SIL [Fe-O-H-O-SIL] + H2O
Este equilibrio es el que determina la cineacutetica del proceso de adsorcioacuten en el caso
del adsorbente NT-Fe3O4 En el caso del nanotransportador hiacutebrido tambieacuten se
53
observa que la etapa de adsorcioacuten es la limitante de la velocidad del proceso
Comparando ambos sistemas se detecta que k(a)(NT-Fe3O4) ~ k(a)(NT-Fe3O4-PAMAM)
Esta diferencia se puede atribuir a la presencia del dendriacutemero PAMAM en el caso
del nanotransportador hiacutebrido En teacuterminos de naturaleza superficial se espera
que la asociacioacuten SIL-PAMAM incremente la velocidad del proceso con respecto al
nanotransportador inorgaacutenico
Tabla 8 Modelo de difusioacuten intra-partiacutecula para la adsorcioacuten de SIL en los
adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM considerando dos etapas
determinantes en la adsorcioacuten del faacutermaco y una tercera de equilibrio Fuente
Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
Modelo de difusioacuten intrapartiacutecula (Modelo de Weber-Morris)
k(a) (mgSILgadsh12) 577 885
R(a)2 09881 09935
k(b) (mgSILgadsh12) 1059 1135
R(b)2 09803 09828
54
6 CONCLUSIONES Y PERSPECTIVAS
Se logroacute sintetizar los nanotubos de magnetita NT-Fe3O4 obtenidos por la
reduccioacuten de los nanotubos de hematita α-Fe2O3 sintetizados a partir de
tratamiento hidrotermal Se verificoacute la estructura de la magnetita su forma tubular
y propiedades magneacuteticas a traveacutes de las teacutecnicas de caracterizacioacuten difraccioacuten de
rayos X microscopiacutea electroacutenica de transmisioacuten y medidas de susceptibilidad
magneacutetica respectivamente
El nanotubo inorgaacutenico obtenido sirvioacute de soporte para la conjugacioacuten de
dendriacutemero de poli-(amidoamina) de tercera generacioacuten el cual se logroacute inmovilizar
en la superficie de NT-Fe3O4 con un contenido del 16 en masa respecto del
material hiacutebrido El proceso de inmovilizacioacuten no perturboacute las propiedades del
soporte inorgaacutenico en relacioacuten a las propiedades magneacuteticas cristalinas o de
tamantildeo y forma
Los materiales obtenidos fueron capaces de actuar como adsorbentes de los
faacutermacos piroxicam y silibinina siendo eacuteste uacuteltimo quien mostroacute incrementar la
capacidad de adsorcioacuten en presencia de PAMAM Para ambos sistemas y
faacutermacos se determinaron las curvas cineacuteticas de adsorcioacuten donde se logroacute
determinar que independiente del faacutermaco ambos nanotransportadores muestran
ajustarse a cineacuteticas de pseudo-primer orden Finalmente la presencia de PAMAM
no soacutelo potencia la capacidad de adsorcioacuten en los faacutermacos testeados sino que
tambieacuten acelera la etapa de adsorcioacuten superficial con respecto a la determinada
para el adsorbente NT-Fe3O4 por medio del modelo de difusioacuten de Weber-Morris
Para el faacutermaco piroxicam se observoacute que la adsorcioacuten fue mediada
principalmente por interacciones del tipo electroestaacuteticas entre la forma
zwitterioacutenica de piroxicam y la superficie de los nanotransportadores La etapa
limitante de la cineacutetica adsorcioacuten para el caso de NT-Fe3O4 fue la adsorcioacuten
55
superficial y en el caso de NT-Fe3O4-PAMAM fue la etapa de difusioacuten
intrapartiacutecula
Finalmente para el faacutermaco silibinina se observoacute que la adsorcioacuten fue mediada
por las fuerzas de tipo Van der Waals y enlace de hidroacutegeno entre los grupos
funcionales de SIL y los grupos hidroxilos de NT-Fe3O4 Por otro lado las
contribuciones hidrofoacutebicas tambieacuten juegan un rol importante en la adsorcioacuten del
faacutermaco en estos nanomateriales especialmente en el sistema hiacutebrido NT-Fe3O4-
PAMAM Por uacuteltimo se determinoacute que la capacidad de adsorcioacuten se vio
directamente mejorada por la asociacioacuten PAMAM-SIL la que alcanzoacute una relacioacuten
molar SILPAMAM = 12 En ambos casos se observoacute que la etapa limitante de la
cineacutetica de adsorcioacuten fue la adsorcioacuten superficial de SIL en los adsorbentes
56
REFERENCIAS
[1] AZ Wilczewska K Niemirowicz KH Markiewicz H Car Pharmacological
Reports 64 (2012) 1020-1037
[2] S Parveen R Misra SK Sahoo Nanomedicine Nanotechnology Biology
and Medicine 8 (2012) 147-166
[3] V Grazu M Moros C Saacutenchez-Espinel MdlF Jesus V Grazu Frontiers
of Nanoscience Elsevier 2012 pp 337-440
[4] F Danhier O Feron V Preacuteat Journal of Controlled Release 148 (2010)
135-146
[5] A Wicki D Witzigmann V Balasubramanian J Huwyler Journal of
Controlled Release 200 (2015) 138-157
[6] JH Lee Y Yeo Chemical Engineering Science 125 (2015) 75-84
[7] S Manchun CR Dass P Sriamornsak Life Sciences 90 (2012
) 381-387
[8] JHE Arts M Hadi AM Keene R Kreiling D Lyon M Maier K Michel
T Petry UG Sauer D Warheit K Wiench R Landsiedel Regulatory Toxicology
and Pharmacology 70 (2014) 492-506
[9] KA Pramod CP Sunny Nanobiomaterials Handbook CRC Press 2011
pp 1-24
[10] A Khorsand S Jamehbozorgi R Ghiasi M Rezvani Physica E Low-
dimensional Systems and Nanostructures 72 (2015) 120-127
[11] V Loacutepez-Daacutevila AM Seifalian M Loizidou Current Opinion in
Pharmacology 12 (2012 ) 414-419
[12] P-C Lee C-L Peng M-J Shieh Journal of Controlled Release 225
(2016) 140-151
[13] CC Torres CH Campos C Diaacutez VA Jimeacutenez F Vidal L Guzmaacuten JB
Alderete Materials Science and Engineering C 65 (2016) 164-171
[14] CH Campos CF Diacuteaz JL Guzmaacuten JB Alderete CC Torres VA
Jimeacutenez Macromolecular Chemistry and Physics 217 (2016) 1712-1722
[15] D Chang Y Gao L Wang G Liu Y Chen T Wang W Tao L Mei L
57
Huang X Zeng Journal of Colloid and Interface Science 463 (2016) 279-287
[16] J Zaloga M Poumlttler G Leitinger RP Friedrich G Almer S Lyer E
Baum R Tietze R Heimke-Brinck H Mangge F Dorje G Lee C Alexiou
European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics 101 (2016) 152-162
[17] RS Dhanikula P Hildgen Bioconjugate Chemistry 17 (2006) 29-41
[18] A Kesavan P Ilaiyaraja W Sofi Beaula V Veena Kumari J Sugin Lal C
Arunkumar G Anjana S Srinivas A Ramesh SK Rayala D Ponraju G
Venkatraman European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics 96
(2015) 255-263
[19] S Biswas P Kumari PM Lakhani B Ghosh European Journal of
Pharmaceutical Sciences 83 (2016) 184-202
[20] ML Tebaldi RM Belardi SR Montoro Design and Applications of
Nanostructured Polymer Blends and Nanocomposite Systems William Andrew
Publishing Boston 2016 pp 171-186
[21] D Bansal A Gulbake J Tiwari SK Jain International Journal of
Biological Macromolecules 82 (2016) 687-695
[22] AS Timin EV Balantseva SY Khashirova EV Rumyantsev TY
Osadchaya Colloids and Surfaces A Physicochemical and Engineering Aspects
477 (2015) 26-34
[23] J Gautier E Allard-Vannier E Munnier M Souceacute I Chourpa Journal of
Controlled Release 169 (2013) 48-61
[24] SL Leung Z Zha C Cohn Z Dai X Wu Colloids and Surfaces B
Biointerfaces 121 (2014) 141-149
[25] Y Liu Y Ng MR Toh GNC Chiu Journal of Controlled Release 220
Part A (2015) 438-446
[26] G Xu L Li Z Shen Z Tao Y Zhang H Tian X Wei G Shen G Han
Journal of Alloys and Compounds 629 (2015) 36-42
[27] MF Horst V Lassalle ML Ferreira Frontiers of Environmental Science amp
Engineering 9 (2015) 746-769
[28] TJ Bastow A Trinchi MR Hill R Harris TH Muster Journal of
Magnetism and Magnetic Materials 321 (2009) 2677-2681
58
[29] S Bagheri D Ramimoghadam A TermehYousefi SB Abd Hamid
International Journal of Hydrogen Energy 40 (2015) 16178-16183
[30] G Kandasamy D Maity International Journal of Pharmaceutics 496 (2015)
191-218
[31] DS Keerthana K Namratha K Byrappa HS Yathirajan Journal of
Magnetism and Magnetic Materials 378 (2015) 551-557
[32] M Darroudi M Hakimi E Goodarzi R Kazemi Oskuee Ceramics
International 40 (2014) 14641-14645
[33] G Sharma P Jeevanandam RSC Advances 3 (2013) 189-200
[34] C-J Jia L-D Sun F Luo X-D Han LJ Heyderman Z-G Yan C-H
Yan K Zheng Z Zhang M Takano N Hayashi M Eltschka M Klaumlui U
Ruumldiger T Kasama L Cervera-Gontard RE Dunin-Borkowski G Tzvetkov J
Raabe Journal of the American Chemical Society 130 (2008) 16968-16977
[35] N Mizutani T Iwasaki S Watano T Yanagida T Kawai Current Applied
Physics 10 (2010) 801-806
[36] C-J Jia L-D Sun Z-G Yan L-P You F Luo X-D Han Y-C Pang Z
Zhang C-H Yan Angewandte Chemie 117 (2005) 4402-4407
[37] Z-G Yue W Wei Z-X You Q-Z Yang H Yue Z-G Su G-H Ma
Advanced Functional Materials 21 (2011) 3446-3453
[38] SJ Son X Bai SB Lee Drug Discovery Today 12 (2007) 650-656
[39] SJ Son J Reichel B He M Schuchman SB Lee Journal of the
American Chemical Society 127 (2005) 7316-7317
[40] GT Hermanson Bioconjugate Techniques (Third edition) Academic Press
Boston 2013 pp 535-548
[41] S Mallakpour M Madani Progress in Organic Coatings 86 (2015) 194-207
[42] P Yu J He L Yang M Pu X Guo Journal of Catalysis 260 (2008) 81-85
[43] X Zheng T Wang H Jiang Y Li T Jiang J Zhang S Wang Asian
Journal of Pharmaceutical Sciences 8 (2013) 278-286
[44] L Tan J Liu W Zhou J Wei Z Peng Materials Science and Engineering
C 45 (2014) 524-529
[45] ER Gillies JMJ Freacutechet Journal of the American Chemical Society 124
59
(2002) 14137-14146
[46] S Khoee K Hemati Polymer 54 (2013) 5574-5585
[47] U Gupta O Perumal SGKTL Deng Natural and Synthetic Biomedical
Polymers Elsevier Oxford 2014 pp 243-257
[48] U Boas PMH Heegaard Chemical Society Reviews 33 (2004) 43-63
[49] U Gupta HB Agashe A Asthana NK Jain Biomacromolecules 7 (2006)
649-658
[50] A Shakhbazau I Isayenka N Kartel N Goncharova I Seviaryn S
Kosmacheva M Potapnev D Shcharbin M Bryszewska International Journal of
Pharmaceutics 383 (2010) 228-235
[51] PA Barra L Barraza VA Jimeacutenez JA Gaviacuten JB Alderete
Macromolecular Chemistry and Physics 215 (2014) 372-383
[52] PM Patel R Patel D Wadia RM Patel Asian Journal of Pharmaceutical
Sciences 10 (2015) 306-313
[53] L Mei Z Zhang L Zhao L Huang X-L Yang J Tang S-S Feng
Advanced Drug Delivery Reviews 65 (2013) 880-890
[54] Sn Svenson DA Tomalia Advanced Drug Delivery Reviews 57 (2005)
2106-2129
[55] L Porcar Y Liu R Verduzco K Hong PD Butler LJ Magid GS Smith
W-R Chen The Journal of Physical Chemistry B 112 (2008) 14772-14778
[56] E Markatou V Gionis GD Chryssikos S Hatziantoniou A
Georgopoulos C Demetzos International Journal of Pharmaceutics 339 (2007)
231-236
[57] K Borowska S Wołowieca A Rubaj K Głowniakc E Sieniawska S
Radej International Journal of Pharmaceutics 426 (2012) 280-283
[58] S Kavyani S Amjad-Iranagh H Modarress The Journal of Physical
Chemistry B 118 (2014) 3257-3266
[59] PA Barra L Barraza VA Jimeacutenez JA Gaviacuten JB Alderete Structural
Chemistry 25 (2014) 1443-1455
[60] C Kojima K Kono K Maruyama T Takagishi Bioconjugate Chemistry 11
(2000) 910-917
60
[61] AK Patri JF Kukowska-Latallo JR Baker Jr Advanced Drug Delivery
Reviews 57 (2005) 2203-2214
[62] D Luong P Kesharwani R Deshmukh MCI Mohd Amin U Gupta K
Greish AK Iyer Acta Biomaterialia 43 (2016) 14-29
[63] X Xu J Li S Han C Tao L Fang Y Sun J Zhu Z Liang F Li
European Journal of Pharmaceutical Sciences 88 (2016) 178-190
[64] P-C Lin S Lin PC Wang R Sridhar Biotechnology Advances 32 (2014)
711-726
[65] C Baudot CM Tan JC Kong Infrared Physics amp Technology 53 (2010)
434-438
[66] JB Hall MA Dobrovolskaia AK Patri SE McNeil Nanomedicine 2
(2007) 709-803
[67] DB Williams CB Carter Transmission Electron Microscopy A Textbook
for Materials Science Springer US Boston MA 2009 pp 3-22
[68] H Wang PK Chu S Bose Characterization of Biomaterials Academic
Press Oxford 2013 pp 105-174
[69] M Rudolph J Erler UA Peuker Colloids and Surfaces A
Physicochemical and Engineering Aspects 397 (2012) 16-23
[70] T Zhao W Luo Y Deng Y Luo P Xu Y Liu L Wang Y Ren W Jiang
Nano Energy 26 (2016) 16-25
[71] F Rouquerol J Rouqueron K Sing Adsorption by Powders and Porous
Solids Academic Press 1999
[72] M Naderi Progress in Filtration and Separation Academic Press Oxford
2015 pp 585-608
[73] J Rouquerol F Rouquerol P Llewellyn G Maurin KSW Sing
Adsorption by powders and porous solids principles methodology and
applications Academic press 2014
[74] CP Poole FJ Owens Introduccioacuten a la nanotecnologiacutea Editorial Reverte
2007
[75] JL Kirschvink DS Jones BJ MacFadden Magnetite Biomineralization
and Magnetoreception in Organisms A New Biomagnetism Springer US 2013
61
[76] TM El-Alaily MK El-Nimr SA Saafan MM Kamel TM Meaz ST
Assar Journal of Magnetism and Magnetic Materials 386 (2015) 25-30
[77] DJ Dunlop Ouml Oumlzdemir Treatise on Geophysics (Second Edition)
Elsevier Oxford 2015 pp 255-308
[78] A Savić D Čokeša S Lazarević B Jokić D Janaćković R Petrović LS
Živković Powder Technology 301 (2016) 511-519
[79] S Rajput CU Pittman Jr D Mohan Journal of Colloid and Interface
Science 468 (2016) 334-346
[80] M Kumari CU Pittman Jr D Mohan Journal of Colloid and Interface
Science 442 (2015) 120-132
[81] Y Mansourpanah Z Jafari Reactive and Functional Polymers 93 (2015)
178-189
[82] S Sundar R Mariappan S Piraman Powder Technology 266 (2014) 321-
328
[83] P Roonasi A Holmgren Applied Surface Science 255 (2009) 5891-5895
[84] J Safari Z Zarnegar Journal of Molecular Structure 1072 (2014) 53-60
[85] KL Pickering S Raa Khimi S Ilanko Composites Part A Applied Science
and Manufacturing 68 (2015) 377-386
[86] AK Ladavos AP Katsoulidis A Iosifidis KS Triantafyllidis TJ
Pinnavaia PJ Pomonis Microporous and Mesoporous Materials 151 (2012) 126-
133
[87] VMdS Rocha MdG Pereira LR Teles MOdG Souza Materials
Science and Engineering B 185 (2014) 13-20
[88] JZ Marinho RHO Montes AP de Moura E Longo JA Varela RAA
Munoz RC Lima Materials Research Bulletin 49 (2014) 572-576
[89] PM Huang Y Li ME Sumner Handbook of Soil Sciences Properties and
Processes Second Edition Taylor amp Francis 2011
[90] C Klein CS Hurlbut Manual de mineralogiacutea Reverte 1996
[91] Y-F Lin J-L Chen C-Y Xu T-W Chung Chemical Engineering Journal
250 (2014) 409-415
[92] AK Gupta M Gupta Biomaterials 26 (2005) 3995-4021
62
[93] C Sun JSH Lee M Zhang Advanced Drug Delivery Reviews 60 (2008)
1252-1265
[94] N Rai M Sarkar S Raha Pharmacological Reports 67 (2015) 1215-1223
[95] Z Lavrič J Pirnat J Lužnik U Puc Z Trontelj S Srčič Journal of
Pharmaceutical Sciences 104 (2015) 1909-1918
[96] S Rozou A Voulgari E Antoniadou-Vyza European Journal of
Pharmaceutical Sciences 21 (2004) 661-669
[97] H-S Gwak J-S Choi H-K Choi International Journal of Pharmaceutics
297 (2005) 156-161
[98] RP Aquino G Auriemma M dacuteAmore AM DacuteUrsi T Mencherini P Del
Gaudio Carbohydrate Polymers 89 (2012) 740-748
[99] IE Shohin JI Kulinich GV Ramenskaya B Abrahamsson S Kopp P
Langguth JE Polli VP Shah DW Groot DM Barends JB Dressman
Journal of Pharmaceutical Sciences 103 (2014) 367-377
[100] R Silva H Ferreira AC Carvalho AC Gomes A Cavaco-Paulo Colloids
and Surfaces B Biointerfaces 92 (2012) 277-285
[101] M Meloun D Burkoˇnovaacute T Syrovyacute A Vraacutena Analytica Chimica Acta 486
(2003) 125-141
[102] D Zheng Y Wang D Zhang Z Liu C Duan L Jia F Wang Y Liu G
Liu L Hao Q Zhang Cancer Letters 307 (2011) 158-164
[103] Q Wang R Liu X Shen L Zou D Wu Journal of Nanoscience and
Nanotechnology 14 (2014) 2871-2877
[104] N Caliskan AR Kul S Alkan EG Sogut I Alacabey Journal of
Hazardous Materials 193 (2011) 27-36
[105] TA Cigu S Vasiliu S Racovita C Lionte V Sunel M Popa C Cheptea
European Polymer Journal 82 (2016) 132-152
[106] M Oumlzacar İA Şengil Process Biochemistry 40 (2005) 565-572
[107] YS Ho G McKay Process Biochemistry 34 (1999) 451-465
[108] AB Peacuterez-Mariacuten VM Zapata JF Ortuntildeo M Aguilar J Saacuteez M Lloreacutens
Journal of Hazardous Materials 139 (2007) 122-131
[109] BF Urbano I Villenas BL Rivas CH Campos Chemical Engineering
63
Journal 268 (2015) 362-370
[110] J Peacuterez L Toledo CH Campos BL Rivas J Yantildeez BF Urbano
Chemical Engineering Journal 287 (2016) 744-754
[111] JW Steed DR Turner K Wallace Core Concepts in Supramolecular
Chemistry and Nanochemistry Wiley 2007
[112] A Buczkowski D Waliszewski P Urbaniak B Palecz International
Journal of Pharmaceutics 505 (2016) 1-13
[113] M Kosmulski Advances in Colloid and Interface Science
x
427 Magnetizacioacuten del material 24
428 Adsorcioacuten de Faacutermacos en Nanotubo Fe3O4 y en
nanotransportador hiacutebrido Fe3O4-PAMAM
26
5 DISCUSOacuteN Y ANAacuteLISIS DE RESULTADOS 28
51 Caracterizacioacuten de los nanomateriales 28
511 Espectroscopia de infrarrojo con transformada de Fourier 28
512 Anaacutelisis Termogravimeacutetrico 29
513 Isotermas de Adsorcioacuten-Desorcioacuten de N2 a -196degC 31
514 Difraccioacuten de Rayos X 33
515 Microscopiacutea Electroacutenica de Barrido y Transmisioacuten 34
516 Propiedades magneacuteticas 37
52 Estudios de la adsorcioacuten de Faacutermacos en Nanotubo Fe3O4
y en nanotransportador hiacutebrido Fe3O4-PAMAM
40
521 Faacutermacos de intereacutes 40
522 Adsorcioacuten de PRX 44
523 Adsorcioacuten de SIL 49
6 CONCLUSIONES Y PERSPECTIVAS 54
REFERENCIAS 56
xi
IacuteNDICE DE FIGURAS
Paacutegina
Figura 1 Algunos tipos de nanomateriales utilizados en el
transporte de faacutermacos y para diagnoacutestico e imagen [17]
2
Figura 2 Esquemas de asociacioacuten componente orgaacutenico en
soportes soacutelidos (a) Adsorcioacuten (b) Adsorcioacuten por
formacioacuten de pares ioacutenicos y (c) Anclaje por enlace
covalente
6
Figura 3 Esquema de anclaje del AAC en el soporte [42] 7
Figura 4 Esquema general de la estructura de un dendriacutemero 9
Figura 5 Dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten (G3) 10
Figura 6 Sistema de reaccioacuten para realizar las modificaciones
superficiales de NT-Fe3O4
16
Figura 7 Esquema del equipamiento de un FT-IR 18
Figura 8 Difraccioacuten de Rayos X producida por los diferentes planos
de un cristal
19
Figura 9 Esquema de un microscopio electroacutenico de transmisioacuten 21
Figura 10 Esquema de un microscopio electroacutenico de barrido 22
Figura 11 Representacioacuten esquemaacutetica de un soacutelido poroso [71] 23
Figura 12 Representacioacuten de curva de magnetizacioacuten para un
material ferromagneacutetico [74]
25
Figura 13 Esquema del sistema de adsorcioacuten de faacutermacos en los
nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM
27
Figura 14 Espectro FT-IR de (a) NT-Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-PAMAM 28
Figura 15 Termogramas de los materiales realizados en atmoacutesfera
de O2 (a) NT- Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-GPTMS y (c) NT-
Fe3O4-PAMAM
30
Figura 16 Isoterma de adsorcioacutendesorcioacuten de N2 a -196degC para (a)
NT-Fe3O4 y (b) NT-Fe3O4-PAMAM
32
Figura 17 Difractograma de rayos X para (a) NT α-Fe2O3 (b) NT- 34
xii
Fe3O4 y (c) NT-Fe3O4-PAMAM
Figura 18 Imaacutegenes de SEM de los materiales (a) NT-Fe3O4 (b)
NT-Fe3O4-PAMAM
35
Figura 19 Micrografiacuteas de TEM de NT-Fe3O4 (a b) NT-Fe3O4-
PAMAM (e f) y las curvas de distribucioacuten del largo (c g) y
diaacutemetro externo (d h) para ambos NT-Fe3O4 y NT-
Fe3O4-PAMAM respectivamente
36
Figura 20 Curva de magnetizacioacuten obtenida para NT-Fe3O4 (a b) y
NT-Fe3O4-PAMAM (c d) utilizando un magnetoacutemetro de
muestra vibrante (VSM) a 17degC
39
Figura 21 Estructuras de los faacutermacos de intereacutes (a) Piroxicam y
(b) Silibinina
40
Figura 22 Cineacutetica y ajustes de modelos cineacuteticos de adsorcioacuten
para PRX en los nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-
Fe3O4-PAMAM
45
Figura 23 Esquema propuesto para la adsorcioacuten de PRX en los
sistemas sintetizados (A) Fe3O4-NT y (B) Fe3O4-NT-
PAMAM
45
Figura 24 Graacutefico de adsorcioacuten de PRX en los nanotransportadores
sintetizados considerando un modelo de difusioacuten
intrapartiacutecula en tres etapas
48
Figura 25 Cineacutetica y ajustes de modelos cineacuteticos de adsorcioacuten
para SIL en los nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-
Fe3O4-PAMAM
49
Figura 26 Graacutefico de adsorcioacuten de SIL en los nanotransportadores
sintetizados considerando un modelo de difusioacuten
intrapartiacutecula en tres etapas
52
xiii
IacuteNDICE DE TABLAS
Paacutegina
Tabla 1 Impacto en la masa molecular y en el tamantildeo de los
dendriacutemeros PAMAM seguacuten crece la generacioacuten [48]
11
Tabla 2 Porcentaje de peacuterdida de masa y material acoplado
GPTMS y PAMAM (G3) al NT-Fe3O4
31
Tabla 3 Superficie especiacutefica tamantildeo promedio de poro y volumen
de poro determinadas por las de BET y BJH [73 86] para
los materiales en base a NT-Fe3O4 sintetizados
33
Tabla 4 Resumen de paraacutemetros magneacuteticos para los materiales
preparados a 17degC
37
Tabla 5 Modelos cineacuteticos para la adsorcioacuten de PRX en los
adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM
46
Tabla 6 Modelo de difusioacuten intra-partiacutecula para la adsorcioacuten de
PRX en los adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM
considerando dos etapas determinantes en la adsorcioacuten
del faacutermaco y una tercera de equilibrio
49
Tabla 7 Modelos cineacuteticos para la adsorcioacuten de SIL en los
adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM
51
Tabla 8 Modelo de difusioacuten intra-partiacutecula para la adsorcioacuten de SIL
en los adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM
considerando dos etapas determinantes en la adsorcioacuten
del faacutermaco y una tercera de equilibrio
53
1
1 INTRODUCCIOacuteN
En la actualidad existe una amplia gama de faacutermacos disponibles para el
tratamiento de diferentes tipos de enfermedades En el tratamiento de un proceso
fisiopatoloacutegico se espera que la administracioacuten de los medicamentos se realice de
forma tal que alcance su lugar de accioacuten con una determinada concentracioacuten No
obstante algunos medicamentos muestran una escasa solubilidad en el plasma
sanguiacuteneo asiacute como tambieacuten en el medio inter-intracelular Por lo general solo el
1 de la dosis administrada llega al sitio diana mientras que el resto del faacutermaco
se distribuye a traveacutes del resto de ceacutelulas y tejidos Esta desventaja impone la
administracioacuten de altas dosis de faacutermacos para lograr un aumento de su
concentracioacuten local lo que provoca numerosos efectos toxicoloacutegicos e
inmunoloacutegicos indeseables [1-3]
Esta limitante estaacute siendo superada gracias al desarrollo de una variedad de
transportadores de faacutermacos los que actuacutean por asociacioacuten fiacutesica yo quiacutemica
entre la sustancia activa y el transportador Entre las muacuteltiples ventajas que
pueden aportar los transportadores de faacutermacos se destaca el control de las
concentraciones plasmaacuteticas y de la distribucioacuten tisular gracias a que protege la
sustancia activa contra la inactivacioacuten (quiacutemica enzimaacutetica o inmunoloacutegica) desde
el lugar de administracioacuten hasta el sitio de accioacuten [2 4-7] Los sistemas
transportadores han sido clasificados de acuerdo a su naturaleza quiacutemica o a su
tamantildeo pero en las uacuteltimas deacutecadas son aquellos denominados
nanotransportadores los que han mostrado los resultados maacutes promisorios en el
desarrollo de sistemas vectorizados de transporte y liberacioacuten de faacutermacos para el
tratamiento especiacutefico de enfermedades
Los nanotransportadores son sistemas que se caracterizan por ser de tamantildeo
nanomeacutetrico donde sus medidas pueden fluctuar entre 1 y 100 nm en una o maacutes
de sus dimensiones [8 9] (ver Figura 1) La adsorcioacuten del faacutermaco ocurre
generalmente al interior de cavidades del nanotransportador las cuaacuteles permiten
2
alojar las moleacuteculas de faacutermaco en un fenoacutemeno que se describe como
encapsulacioacuten [10 11] Dentro de los nanotransportadores de faacutermacos que
cumplen con estos requisitos se encuentran aqueacutellos que se basan en sistemas
inorgaacutenicos orgaacutenicos y aqueacutellos denominados hiacutebridos que son una mezcla de
ambos
De la familia de transportadores basados en nanomateriales (NM) inorgaacutenicos se
pueden mencionar algunos como nanotubos de carbono (CNTs) [12] nanotubos
de oacutexidos inorgaacutenicos como TiO2 [13] y Al2O3 [14] nanopartiacuteculas de oacutexidos
inorgaacutenicos como SiO2 [15] y Fe3O4 [16] entre otros La principal caracteriacutestica de
estos sistemas es su nula solubilidad en el plasma sanguiacuteneo La habilidad de
adsorber faacutermacos de estos materiales viene dada principalmente porque
disponen de un aacuterea superficial y porosidad que permiten el alojamiento del
faacutermaco al interior de los poros lo que ralentiza su liberacioacuten una vez internalizado
en el hueacutesped
Figura 1 Algunos tipos de nanomateriales utilizados en el transporte de faacutermacos
y para diagnoacutestico e imagen [17]
Los NM orgaacutenicos tambieacuten se han considerado una buena alternativa para su uso
como sistemas nanotransportadores de faacutermacos de los que se pueden mencionar
a los dendriacutemeros [18] micelas [19] poliacutemeros [20] y liposomas [21] entre otros A
diferencia de los materiales inorgaacutenicos los nanomateriales orgaacutenicos pueden
Poliacutemero lineal Quantum Dots Nanopartiacutecula
Micela polimeacuterica Liposoma Dendriacutemero
3
actuar de forma soluble o insoluble en el plasma sanguiacuteneo El principio de
adsorcioacuten se basa en la diferencia de afinidad del faacutermaco frente al medio
dispersante De forma general faacutermacos que son poco solubles en agua se
adsorben de forma efectiva en sistemas que posean cavidades hidroacutefobas
Los sistemas nanotransportadores hiacutebridos nacen de la necesidad de combinar
propiedades de los sistemas inorgaacutenicos yo orgaacutenicos con el fin de producir un
NM que muestre una alta sinergia entre ambos componentes en el proceso de
adsorcioacuten y liberacioacuten de faacutermacos [1314 22] Dependiendo de la naturaleza del
sistema hiacutebrido se pueden clasificar en hiacutebridos inorgaacutenicoinorgaacutenico [23]
hiacutebridos inorgaacutenicoorgaacutenico [24] e hiacutebridos orgaacutenicoorgaacutenico [25]
11 Nanomateriales magneacuteticos
Dentro de los NM inorgaacutenicos maacutes interesantes se encuentran las
nanoestructuras de oacutexidos hierro El oacutexido de hierro existe en la naturaleza en tres
fases magnetita (Fe3O4) maghemita (γ-Fe2O3) y hematita (α-Fe2O3) [26] La
magnetita presenta las propiedades maacutes interesantes entre todos los demaacutes
oacutexidos de hierro debido a la presencia de cationes de hierro en dos estados de
valencia (Fe2+ y Fe3+) en su estructura cubica centrada en la cara de tipo espinela
(AB2O4) inversa En ella el oxiacutegeno forma un empaquetado cuacutebico compacto
donde la mitad de los cationes Fe3+ ocupan sitios tetraeacutedricos (A) mientras que la
otra mitad de Fe3+ y los cationes Fe2+ ocupan los sitios octaeacutedricos (B) [27] lo cual
le confiere susceptibilidad magneacutetica
El nuacutemero de cationes Fe3+ en cada sitio de la red cristalina (tetraeacutedrico y
octaeacutedrico) es el mismo pero con direcciones opuestas del espiacuten magneacutetico por
lo tanto los momentos magneacuteticos de los cationes Fe3+ se anulan entre siacute como
resultado los cationes Fe2+ son los responsables del momento magneacutetico neto en
la magnetita Por lo cual la magnetita posee un comportamiento ferrimagneacutetico es
decir los espines magneacuteticos son antiparalelos y sus magnitudes son desiguales
4
El comportamiento de este material magneacutetico puede cambiar draacutesticamente
dependiendo del tamantildeo A medida que el tamantildeo de la estructura disminuye los
multidominios magneacuteticos cambian hasta obtener una estructura conformada por
un solo dominio magneacutetico [27-29] dando como resultado una nueva propiedad
magneacutetica denominada superpara-magnetismo Esta propiedad se define como la
capacidad de ciertos NM magneacuteticos que poseen alta susceptibilidad y saturacioacuten
de magnetizacioacuten bajo la influencia de un campo magneacutetico las que pierden
completamente una vez que se elimina el campo magneacutetico lo que resulta una
remanencia magneacutetica y coercitividad de cero [30] Debido a su baja toxicidad y
alta biocompatibilidad ademaacutes de la alta estabilidad mecaacutenica teacutermica y quiacutemica
la magnetita ha atraiacutedo mucho la atencioacuten para aplicaciones biomeacutedicas tales
como resonancia magneacutetica hipertermia magneacutetica terapia del caacutencer liberacioacuten
controlada de faacutermacos ingenieriacutea de tejidos entre otras [29-32]
Muchos esfuerzos tambieacuten se han llevado a cabo en la siacutentesis y propiedades de
las nanoestructuras de oacutexido de hierro con morfologiacuteas bien definidas como
nanocristales poliedros cubos varillas tubos entre otros [26] Varios meacutetodos
sinteacuteticos han sido reportados para la preparacioacuten de nanopartiacuteculas de oacutexido de
hierro que incluyen co-precipitacioacuten irradiacioacuten de ultrasonido siacutentesis
solvotermal siacutentesis hidrotermal microemulsioacuten siacutentesis viacutea microondas y la
descomposicioacuten teacutermica [33] La siacutentesis hidrotermal es una ruta de precipitacioacuten
en fase acuosa que se lleva a cabo en reactores que soportan altas presiones y
temperaturas la que se emplea ampliamente para sintetizar nanoestructuras
funcionales con formas especiacuteficas [26 27] ya que es un proceso simple y de alto
rendimiento con el cual se obtienen nano-arquitecturas de tamantildeo y morfologiacutea
reproducible [31]
Jia y colaboradores han reportado un proceso sencillo para producir nanoanillos
de Fe3O4 en el cual se utiliza la ruta hidrotermal con la participacioacuten de los
aniones dobles SO42- y H2PO4
- como controladores de la morfologiacutea para producir
Fe2O3 como base estructural el cual es sometido a un tratamiento de reduccioacuten en
5
atmoacutesfera de H2 para producir el material en base a magnetita [34] Este meacutetodo
abre la posibilidad de crear una gama de estructuras tridimensionales variando las
relaciones de iones SO42-H2PO4
- durante el tratamiento de siacutentesis hidrotermal
[34] Se ha demostrado que los iones SO42- tienen el efecto de aumentar el
tamantildeo de partiacutecula debido a que aumenta la superficie de las nanoestruturas
Fe2O3 formadas [35] La presencia de iones H2PO4- es el factor crucial que induce
la formacioacuten de una estructura tubular producto de la adsorcioacuten selectiva de iones
fosfato en la superficie de las partiacuteculas de Fe2O3 y su capacidad de coordinar con
los iones feacuterricos [36] Estas estructuras tubulares o nanotubos magneacuteticos (NT-
Fe3O4) no soacutelo conservan el fondo y la forma de una nanovarilla tambieacuten
proporcionan cavidad interna que lo proyectan como un material que permite la
encapsulacioacuten y liberacioacuten controlada de faacutermacos oligoacutemeros supramoleacuteculas
yo macromoleacuteculas entre otras especies [37] las cuales se pueden transportar
de forma segura en el sistema in vivo evitando la degradacioacuten hidroliacutetica o la
precipitacioacuten de faacutermacos hidroacutefobos durante la entrega en el sitio especiacutefico
La principal ventaja de los NT-Fe3O4 como transportadores de faacutermacos es que
pueden poseer la propiedad del para- o superpara-magnetismo para realizar un
seguimiento de la administracioacuten de faacutermacos El traslado de los NTs puede ser
controlado por un campo magneacutetico externo dirigieacutendolo de forma especiacutefica a los
sitios fisioloacutegicos de accioacuten [38] La combinacioacuten de las propiedades magneacuteticas
con una estructura tubular hace de los NT-Fe3O4 un candidato ideal como
nanotransportador empleado en aplicaciones biomeacutedicas La principal limitante
para el empleo de este tipo de sistemas es el tipo de moleacuteculas que pueden ser
adsorbidas ya que en general se ha observado que moleacuteculas de pequentildeo
tamantildeo no son adsorbidas en forma eficiente [34 39]
Una forma de poder superar la baja capacidad de adsorcioacuten de faacutermacos por parte
de los NT-Fe3O4 es generando sistemas hiacutebridos que sean capaces de incorporar
una segunda unidad que incrementen su capacidad de adsorcioacuten Esto se puede
conseguir recubriendo al NT-Fe3O4 con un segundo componente generalmente de
6
naturaleza orgaacutenica obtenido de una fuente natural o sinteacutetica proveyendo
nanoestructuras hibridas con propiedades mejoradas frente a sus componentes
puros La asociacioacuten del componente orgaacutenico con el NM inorgaacutenico puede
realizarse empleando 3 rutas tal como se muestra en la Figura 2
(a) (b) (c)
Figura 2 Esquemas de asociacioacuten componente orgaacutenico en soportes soacutelidos (a)
Adsorcioacuten (b) Adsorcioacuten por formacioacuten de pares ioacutenicos y (c) Anclaje por enlace
covalente
La asociacioacuten por formacioacuten de enlaces covalentes ha sido la teacutecnica maacutes
prometedora y puede llevarse a cabo gracias al uso de moleacuteculas intermediarias
denominadas agentes de acople los cuales son capaces de modificar la superficie
de un soacutelido inorgaacutenico y a su vez unirse covalentemente al estabilizante a traveacutes
de una funcioacuten orgaacutenica reactiva Algunos agentes de acople (AAC) se pueden
clasificar en cuatro grupos aacutecidos carboxiacutelicos poliacutemeros silanos y moleacuteculas
organofosforadas Los AAC del tipo silano son los maacutes utilizadas en los NM
inorgaacutenicos la formula general de este tipo AAC muestra dos clases de
funcionalidades (R1-(CH2)n-Si-(R2)3) Los grupos R1 representan al grupo orgaacutenico
funcional como NH2 SH epoxi metacrilato etc y los grupos R2 representan a un
grupo funcional hidrolizable tal como OCH3 OCH2CH3 o Cl [40 41]
7
Debido a que la superficie de NM inorgaacutenicos de tipo oacutexido poseen grupos
hidroxilos (-OH) eacutestos se utilizan como sitios de reaccioacuten para el proceso de
anclaje El proceso de acoplamiento se logra a traveacutes de la reaccioacuten quiacutemica
entre los grupos trialcoacutexido del AAC y los grupos hidroxilos superficiales del NM
inorgaacutenico [41] tal como se muestra en el esquema de la Figura 3
Figura 3 Esquema de anclaje del AAC en el soporte [42]
Dependiendo de la naturaleza de la moleacutecula orgaacutenica a anclar hay dos formas de
incorporarla en la superficie del soporte anclaje de AAC en la superficie del NM y
posterior reaccioacuten con la moleacutecula de intereacutes o reaccioacuten previa entre moleacutecula y
AAC para realizar el posterior anclaje en la superficie del NM
En este contexto se ha propuesto que la utilizacioacuten de sistemas
nanotransportadores hiacutebridos podriacutean mejoran las variadas limitaciones que
presentan la mayoriacutea de los sistemas nanotransportadores basados en materiales
inorgaacutenicos con baja capacidad de adsorcioacuten Algunos sistemas hiacutebridos
8
propuestos para la adsorcioacuten de faacutermacos han sido nanopartiacuteculas de siacutelice
funcionalizadas con poliacutemeros que contienen guanidina donde se ha estudiado el
comportamiento de carga y liberacioacuten de doxorrubicina y sulfasalazina [22]
nanopartiacuteculas de ZnO-poli(N-isopropilacrilamida) en las cuales se ha estudiado la
liberacioacuten del faacutermaco doxorrubicina en ceacutelulas tumorales [43] nanotubos de
carbono-dendriacutemero los cuales han permitido el aumento significativo de la
solubilidad del faacutermaco carvedilol [44] nanotubos de TiO2 y Al2O3 acoplados a
dendriacutemeros PAMAM cuyo objetivo es combinar las propiedades de adsorcioacuten y
liberacioacuten de metotrexato silibinina y curcumina [13 14]
12 Dendriacutemeros
En el uacuteltimo tiempo ha habido un creciente intereacutes en el uso de macromoleacuteculas
sinteacuteticas en base a poliacutemeros de masa molar controlada y estructura quiacutemica
definida como vectores en la administracioacuten controlada de faacutermacos y otras
aplicaciones terapeacuteuticas o de diagnoacutestico donde se destacan los dendriacutemeros
[45] Los dendriacutemeros son una clase de macromoleacuteculas polimeacutericas de forma
globular altamente ramificadas y monodispersas que constan de un nuacutecleo
central a partir del cual se originan una serie de ramificaciones La palabra
dendriacutemero deriva del teacutermino griego dendron que significa aacuterbol y meros es
decir parte La estructura de un dendriacutemero incluye tres partes un nuacutecleo central
unidades ramificadas y grupos superficiales Las unidades ramificadas estaacuten
dispuestas en capas denominadas generaciones (G) y la zona de la cual emergen
estas ramificaciones se conoce como nodo [23] tal como se muestra en la Figura
4 El tamantildeo de los dendriacutemeros variacutea entre 10-130 Aring de diaacutemetro dependiendo
de la generacioacuten del dendriacutemero [45-47] A pesar de su gran tamantildeo molecular
muestran una muy baja polidispersidad en comparacioacuten con los poliacutemeros
sinteacuteticos tradicionales [48]
La principal ventaja de los dendriacutemeros es que de acuerdo a su estructura
quiacutemica poseen cavidades hidrofoacutebicas caraacutecter que se acentuacutea a medida que
9
crece la generacioacuten del dendriacutemero Esta propiedad favorece la adsorcioacuten de
faacutermacos poco solubles en su interior destacaacutendolos como agentes de transporte
para faacutermacos poco solubles [49-52]
Figura 4 Esquema general de la estructura de un dendriacutemero
Fuente Elaboracioacuten propia
Por otra parte estos nanotransportadores poseen en su superficie un nuacutemero
definido de grupos funcionales (amino carboxilo hidroxilo etc) los que le
confieren una gran versatilidad ya que no soacutelo poseen capacidad para la
adsorcioacuten de faacutermacos en la cavidad interna de la macromoleacutecula sino que al
mismo tiempo los grupos funcionales superficiales permiten realizar
modificaciones brindaacutendoles una alta capacidad de vectorizacioacuten [17 53]
Los dendriacutemeros poliamidoaminas (PAMAM) fueron la primera familia de
dendriacutemeros sintetizados y caracterizados [54] siendo uno materiales de mayor
intereacutes en estudios de nanotransportadores en relacioacuten a su biocompatibilidad Los
dendriacutemeros PAMAM estaacuten constituidos por un nuacutecleo de 12-etilendiamina y
ramificaciones de poliamidoamina [48] En solucioacuten acuosa estos poliacutemeros se
comportan como polielectrolitos ya que las aminas terciarias presente en la
cavidad interna (pKa 30 ndash 60) y las aminas primarias superficiales del dendriacutemero
Nuacutecleo
Ramas
Punto divergente
Grupos funcionales
superficiales
10
(pKa 94 ndash 97) pueden ser protonadas a diferentes pH [13 51] lo cual conlleva a
un cambio en la conformacioacuten tamantildeo y carga del dendriacutemero Los dendriacutemeros
PAMAM estaacuten disponibles comercialmente hasta la deacutecima generacioacuten (G10) Los
de baja generacioacuten (G1-G3) son poco sensibles a los cambios frente a variaciones
de pH poseen conformaciones abiertas [55] y cavidades internas que permiten la
encapsulacioacuten de faacutermacos hidroacutefobos mientras que los grupos superficiales
estaacuten disponibles para interacciones electrostaacuteticas o conjugacioacuten covalente En la
Figura 5 se observa un dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten (G3)
Figura 5 Dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten (G3) Fuente Elaboracioacuten
propia
En la Tabla 1 se puede observar algunas propiedades de los PAMAM A medida
que aumenta la generacioacuten del dendriacutemero hay un aumento progresivo de su
11
tamantildeo (aprox 10 nm en cada generacioacuten) y como consecuencia se observa un
incremento exponencial en el nuacutemero de grupos aminos superficiales
Los dendriacutemeros PAMAM han demostrado ser efectivos como
nanotransportadores de faacutermacos pues poseen baja citotoxicidad son
biodegradables y no inmunogeacutenicos por lo menos hasta la generacioacuten 5 [56 57]
Tabla 1 Impacto en la masa molecular y en el tamantildeo de los dendriacutemeros
PAMAM seguacuten crece la generacioacuten [48]
Dendriacutemeros
PAMAM
generacioacuten
Masa molecular
(kDa)
Diaacutemetro en
nanoacutemetros (nm)
Nuacutemero de
grupos en
superficie
0 0517 15 4
1 1430 22 8
2 3256 29 16
3 6909 36 32
4 14215 45 64
5 28826 54 128
6 58048 67 256
7 116493 81 512
8 233383 97 1024
9 467162 114 2048
10 934720 135 4096
Algunos ejemplos reportados en bibliografiacutea han demostrado el aumento de la
solubilidad de algunos faacutermacos poco solubles en medio acuoso como nifedipina
adsorbida en PAMAM-G3 y PAMAM-G4 [58] aacutecido mefenaacutemico adsorbida en
PAMAM-G2 y PAMAM-G3 [51] piroxicam en PAMAM-G3 [59] metotrexato y
adriamicina en complejos PAMAM-G3-pegilado y PAMAM-G4-pegilado [60] entre
otros
12
La principal aplicacioacuten de los PAMAM como nanotransportadores ha sido en la
adsorcioacuten y liberacioacuten de faacutermacos antineoplaacutesicos [61] Lamentablemente los
sistemas PAMAM no muestran especificidad como para considerarlos potenciales
candidatos para terapias dirigidas en el tratamiento de enfermedades sin ser
previamente vectorizados Es por esto que la investigacioacuten que se ha desarrollado
en los uacuteltimos 10 antildeos ha estado focalizada en la siacutentesis de nanotransportadores
PAMAM modificados con algunas moleacuteculas capaces de conferirle especificidad
en orden a aumentar la liberacioacuten de los faacutermacos adsorbidos en la zona donde se
encuentran los receptores farmacoloacutegicos para asiacute disminuir al miacutenimo su
concentracioacuten en otras zonas del organismo [62 63] Ademaacutes variados estudios
han mostrado que los dendriacutemeros PAMAM poseen una limitada capacidad de
adsorcioacuten de faacutermacos soacutelo de unos cuantos miligramos de faacutermaco por gramo de
dendriacutemero Esto unido a la raacutepida liberacioacuten de las moleacuteculas de faacutermacos bajo
condiciones fisioloacutegicas impone el desarrollo de nuevas estrategias para el disentildeo
de nanotransportadores de faacutermacos en base a dendriacutemeros PAMAM
13 Nanomateriales hiacutebridos oacutexido inorgaacutenicoPAMAM
Dada la capacidad de adsorber faacutermacos del sistema PAMAM y su habilidad de
poder sufrir modificaciones en sus grupos aminos superficiales es que se ha
considerado como un componente que mejorariacutea la capacidad de adsorcioacuten de
faacutermacos poco solubles en sistemas inorgaacutenicos De acuerdo a la experiencia del
grupo de investigacioacuten se sabe que la preparacioacuten de nanotransportadores
hiacutebridos en base a nanotubos de TiO2 y Al2O3 acoplados con dendriacutemeros
PAMAM G3 han demostrado un incremento en la capacidad de adsorcioacuten de
faacutermacos poco solubles como metotrexato silibinina y curcumina [13 14]
En base a las evidencias previas reportadas en relacioacuten al empleo de materiales
hiacutebridos en base a nanotubos de oacutexidos inorgaacutenicos acoplados a dendriacutemeros
PAMAM y las caracteriacutesticas de NM del tipo NT-Fe3O4 es que se ha propuesto la
siacutentesis caracterizacioacuten y evaluacioacuten de la capacidad de adsorcioacuten de faacutermacos
13
de materiales en base a NT-Fe3O4 acoplados a PAMAM G3 los que podriacutean
constituir sistemas con una capacidad de adsorcioacuten superior respecto del NT-
Fe3O4 ademaacutes de exhibir propiedades para- o superpara-magneacuteticas que le
confeririacutean la capacidad de ser magneto-dirigido a los sitios de accioacuten Se espera
realizar la inmovilizacioacuten por medio de la unioacuten covalente entre el NT-Fe3O4 y
PAMAM mediada por un agente de acople de tipo 3-glicidoxipropil-trimetoxisilano
(GPTMS) Los estudios de adsorcioacuten se hicieron con dos faacutermacos poco solubles
como modelos silibinina (SIL) y piroxicam (PRX) empleando como adsorbentes
NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM G3
14
2 HIPOacuteTESIS
La inmovilizacioacuten covalente del dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten en un
NT magneacutetico en base a Fe3O4 permitiraacute adsorber efectivamente faacutermacos que
poseen baja solubilidad en agua
3 OBJETIVOS
31 OBJETIVO GENERAL
Sintetizar un nanotransportador hiacutebrido Fe3O4-PAMAM (G3) con la capacidad de
adsorber faacutermacos con baja solubilidad en agua
32 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
Sintetizar y caracterizar una nanoestructura magneacutetica basada en nanotubos
de Fe3O4 obtenidos por una reduccioacuten de nanotubos Fe2O3
Funcionalizar la nanoestructura magneacutetica con agente de acople por medio de
enlaces covalentes
Obtener un nanomaterial hiacutebrido basado en la inmovilizacioacuten covalente del
dendriacutemero PAMAM en la nanoestructura magneacutetica funcionalizada
Estudiar la adsorcioacuten de los faacutermacos piroxicam y silibinina en el nanomaterial
hiacutebrido
15
4 PARTE EXPERIMENTAL
41 Siacutentesis de los nanotransportadores
411 Siacutentesis de nanotubos de magnetita (Fe3O4)
Para la obtencioacuten de estos nanotubos magneacuteticos primero se realizoacute la siacutentesis de
nanotubos de hematita (α-Fe2O3) como precursor de forma los que fueron
obtenidos por tratamiento hidrotermal de una mezcla de disoluciones de
FeCl36H2O (JTBakerreg) NH4H2PO4 (Sigma-Aldrichreg) y Na2SO4 (Merckreg) de
acuerdo al trabajo reportado por Jia y colaboradores [34] Las relaciones molares
empleadas de la sal precursora y los agentes directores de estructura fueron
FeCl3NH4H2PO4Na2SO4 36121 las que se prepararon en agua desionizada y se
llevaron a un autoclave de 100 mL de capacidad La mezcla se calentoacute a 220degC
durante 48h El precipitado obtenido se separoacute por centrifugacioacuten y se lavoacute tres
veces con agua desionizada y etanol absoluto (Merckreg) respectivamente Despueacutes
el soacutelido se secoacute en una estufa a vaciacuteo por 12h a 80degC para obtener los nanotubos
de Fe2O3 Finalmente los NT-Fe3O4 fueron obtenidos por reduccioacuten de los NT-
Fe2O3 a 360degC bajo flujo continuo de H2 5vv en Ar durante 5h en una rampa de
calentamiento de 1degCmin El rendimiento de la siacutentesis fue de un 91
412 Funcionalizacioacuten de NT-Fe3O4 con el agente de acople
3-glicidoxipropil-trimetoxisilano
Los NT-Fe3O4 se dispersaron en tolueno (Merckreg) seco el cual fue previamente
desgasificado con N2 por 1h en un reactor de vidrio provisto de agitacioacuten mecaacutenica
y atmoacutesfera controlada (ver Figura 6) Al tolueno se agregoacute 1 g de NT- Fe3O4
formando una dispersioacuten negra la que se calentoacute hasta alcanzar la temperatura de
ebullicioacuten Una vez alcanzada la temperatura deseada se inyectoacute el agente de
acople 3-glicidoxipropil-trimetoxisilano (GPTMS 98 Aldrichreg) en relacioacuten 1 mL
GPTMS por 1 g de soporte [13 14] La reaccioacuten se mantuvo a reflujo por 24h Una
16
vez obtenido NT-Fe3O4-GPTMS se lavoacute con acetona (Merckreg) para eliminar el
exceso de GPTMS y se secoacute en estufa a vaciacuteo por 12h a 40degC El rendimiento de
la reaccioacuten acople se determinoacute por medio de anaacutelisis termogravimeacutetrico el cual se
adjunta en la seccioacuten 512
Figura 6 Sistema de reaccioacuten para realizar las modificaciones superficiales de NT-
Fe3O4 Fuente Elaboracioacuten propia
413 Acoplamiento de NT-Fe3O4-GPTMS con dendriacutemero PAMAM
En un reactor de vidrio provisto de agitacioacuten mecaacutenica (Figura 6) se agregaron
050 g de NT-Fe3O4-GPTMS con 25 mL de dimetilsulfoacutexido (DMSO Merckreg) seco
generaacutendose una dispersioacuten negra que se agitoacute durante 1h en N2 a 40degC
Posteriormente se disolvioacute 863 mg de dendriacutemero PAMAM G3 (20 mm en
metanol Sigma-Aldrichreg) seco en 5 mL de DMSO seco y se agregoacute al sistema de
reaccioacuten el cual se mantuvo en agitacioacuten mecaacutenica y a 40degC por un periodo de
48h El material obtenido se lavoacute exhaustivamente con metanol (Merckreg) para
eliminar los restos de DMSO y PAMAM adsorbidos Por uacuteltimo el soacutelido NT-Fe3O4-
PAMAM se secoacute al vaciacuteo a 40degC por un periodo de 24h El rendimiento de la
reaccioacuten conjugacioacuten se determinoacute por medio de anaacutelisis termogravimeacutetrico el cual
se adjunta en la seccioacuten 512
17
42 Caracterizacioacuten de los sistemas
421 Espectroscopia de Infrarrojo con Transformada de Fourier (FT-IR)
Un espectro IR se obtiene al pasar radiacioacuten IR a traveacutes de una muestra y
determinar que fraccioacuten de esta radiacioacuten incidente ha sido absorbida La energiacutea
particular a la que aparece cada banda en el espectro guarda relacioacuten con la
frecuencia de vibracioacuten de una parte de la moleacutecula Los espectros en la regioacuten
infrarroja estaacuten asociados a las transiciones entre niveles de energiacutea vibracional
estos niveles corresponden a vibraciones tensioacuten-contraccioacuten (stretching) y
flexiones (bending) de los enlaces y otros movimientos complejos de las moleacuteculas
[64] La regioacuten IR del espectro electromagneacutetico se encuentra entre 14290-10 cm-1
El intervalo que abarca la espectroscopia infrarroja puede dividirse en tres
regiones IR cercano (NIR) 14290-4000 cm-1 IR medio 4000-400 cm-1 IR lejano
400-10 cm-1 siendo en el IR medio donde se dan la mayoriacutea de las aplicaciones
analiacuteticas tradicionales
En los experimentos comunes de FT-IR un haz de luz infrarroja atraviesa la
muestra y se registra la cantidad de energiacutea absorbida a cada longitud de onda
Esto puede lograrse barriendo el espectro con un haz de luz monocromaacutetico el
cual cambia su longitud de onda a traveacutes del tiempo o usando una transformada de
Fourier para medir todas las longitudes de onda a la vez como se muestra en la
Figura 7 A partir de esto se obtiene un espectro de transmitancia o absorbancia
el cual permite una interpretacioacuten de la naturaleza de los enlaces quiacutemicos
presentes La teacutecnica de FTIR se ha utilizado para estudiar materiales de tamantildeo
nanoescala como moleacuteculas funcionales injertadas covalentemente en nanotubos
de carbono [65] y nanotubos de TiO2 acoplados a dendriacutemero PAMAM [13]
18
Figura 7 Esquema del equipamiento de un FT-IR Fuente Elaboracioacuten propia
Equipamiento
Los materiales puros e hiacutebridos se analizaron en el equipo Nicolet marca Nexus
FT-IR en la zona del IR medio usando como blanco pastilla KBr Para ello se
homogeneizoacute 1 mg de muestra en 100 mg KBr seguido por la obtencioacuten de la
pastilla en prensa hidraacuteulica por uacuteltimo se colocoacute en el portamuestra la pastilla y se
midioacute el espectro a temperatura ambiente barriendo nuacutemeros de onda en el
intervalo medio (4000-400 cm-1) y con un nuacutemero de acumulaciones de 64 scan
422 Difraccioacuten de Rayos X (DRX)
Los rayos X son una forma de radiacioacuten electromagneacutetica que tiene elevada
energiacutea y corta longitud de onda del orden de los espacios interatoacutemicos de los
soacutelidos Cuando un haz de rayos X atraviesa un soacutelido la radiacioacuten se dispersa al
interaccionar con los electrones de los aacutetomos En este caso cada capa de aacutetomos
reflejara parte del haz de rayos X los haces reflejados en las capas sucesivas de
aacutetomos del soacutelido pueden presentar ondas que en una determinada direccioacuten
concuerdan en fase con las ondas reflejadas por otras capas es decir se produce
una interferencia constructiva a este fenoacutemeno se le llama difraccioacuten de rayos X
19
La difraccioacuten de rayos X se puede describir simplemente como la reflexioacuten de un
haz de rayos X incide sobre los planos cristalinos de una muestra soacutelida
empleando la ley de Bragg tal como se muestra en la Figura 8 [64]
Figura 8 Difraccioacuten de Rayos X producida por los diferentes planos de un cristal
Fuente Elaboracioacuten propia
La teacutecnica de difraccioacuten maacutes comuacuten utiliza una muestra pulverizada o policristalina
consistente en muchas partiacuteculas diminutas y orientadas al azar que se exponen a
una radiacioacuten de rayos X monocromaacutetica Como cada partiacutecula de polvo es un
cristal teniendo una gran cantidad de ellos orientados libremente se asegura que
algunas partiacuteculas esteacuten orientadas adecuadamente para que sus planos
cristalograacuteficos cumplan las condiciones para la difraccioacuten y de esta forma obtener
perfiles de difraccioacuten tiacutepicos de cada material
Equipamiento
En este estudio se utilizoacute el difractoacutemetro Rigaku modelo Geigerflex II empleando
el meacutetodo de polvo y usando como estaacutendar interno silicio (cuarzo) La muestra
previamente pulverizada se coloca en un porta objeto para ser irradiado con la
liacutenea κα1 del anticaacutetodo de Fe (λ 19360 Aring) a 35kV y 15mA usando un filtro de
manganeso para eliminar la liacutenea de κβ
20
423 Microscopiacutea Electroacutenica de Transmisioacuten (TEM)
La teacutecnica maacutes utilizada para la caracterizacioacuten de nanomateriales es la
microscopia electroacutenica de transmisioacuten (TEM) la que ofrece imaacutegenes directas de
los nanomateriales con una resolucioacuten espacial hasta el nivel de las dimensiones
atoacutemicas 10-9 m [66] El fundamento del TEM se basa en un haz de electrones que
manejados a traveacutes de lentes electromagneacuteticas se proyecta sobre una muestra
muy delgada situada en una columna de alto vaciacuteo Electrones que atraviesan la
muestran son recogidos y focalizados por la lente objetivo generando una imagen
intermedia ampliada La imagen es ampliada auacuten maacutes gracias a las lentes
proyectoras las cuales controlan la ampliacioacuten de la imagen en la pantalla
fluorescente como se muestra de forma esquemaacutetica en la Figura 9 [67] El TEM
mejora los anaacutelisis morfoloacutegicos y estructurales de nanomateriales ademaacutes
proporciona una mejor resolucioacuten espacial y la capacidad para mediciones
analiacuteticas adicionales [66]
Equipamiento
Las muestras analizadas fueron previamente tratadas tomando una pequentildea
porcioacuten del soacutelido el que se molioacute y disgregoacute en un mortero de aacutegata hasta obtener
un polvo fino Eacuteste se dispersoacute en una mezcla de etanolagua (50 vv) y se
sembroacute en una gradilla de cobre recubierta por una capa de carboacuten y colodioacuten Las
muestras fueron analizadas en un microscopio TEM modelo JEOL JEM -1200EX
II con una resolucioacuten de 5Aring a 120Kv las imaacutegenes obtenidas fueron trabajadas en
el software ImageJ donde se determinaron los diaacutemetros promedio y el largo
promedio de las partiacuteculas empleando la data estadiacutestica entregada directamente
por el software
21
Figura 9 Esquema de un microscopio electroacutenico de transmisioacuten Fuente
Elaboracioacuten propia
424 Microscopia Electroacutenica de Barrido (SEM)
La microscopia electroacutenica de barrido (SEM) es una teacutecnica que permite la
observacioacuten y caracterizacioacuten superficial de materiales inorgaacutenicos y orgaacutenicos
entregando informacioacuten morfoloacutegica del material analizado ademaacutes del
procesamiento y anaacutelisis de imaacutegenes obtenidas Las principales utilidades del
SEM son su alta resolucioacuten la gran profundidad de campo que resuelve una
imagen tridimensional de la muestra y la relativa sencillez de preparacioacuten de las
muestras [66 68] La imagen entregada por el SEM se genera por la interaccioacuten de
un haz de electrones que barre un aacuterea determinada sobre la superficie de la
muestra tal como se muestra la Figura 10 La teacutecnica consiste en hacer incidir en
la muestra un haz de electrones Este bombardeo de electrones provoca la
aparicioacuten de diferentes sentildeales que captadas con detectores adecuados
proporcionan informacioacuten acerca de la naturaleza de la muestra
22
Figura 10 Esquema de un microscopio electroacutenico de barrido Fuente Elaboracioacuten
propia
Equipamiento
Las materiales se analizaron tomando 10 mg de muestra deposinatnadolos en un
porta objeto de aluminio y posteriormente fue analizado en microscopio SEM
modelo JEOL JSM-6380LV
425 Anaacutelisis Termogravimeacutetrico (TGA)
El anaacutelisis termogravimeacutetrico (TGA) es una teacutecnica que consiste en la medida
continua en funcioacuten de la temperatura de la ganancia o peacuterdida de la masa de un
compuesto en una atmoacutesfera determinada [69] Este anaacutelisis suministra
informacioacuten acerca de la estabilidad teacutermica y la composicioacuten porcentual de la
muestra original La instrumentacioacuten utilizada en termogravimetriacutea se denomina
termobalanza y consta baacutesicamente de cinco elementos balanza de precisioacuten
horno calefactor controlado por un programador sensor de temperatura (termopar)
sistema de admisioacuten de gases y sistema de adquisicioacuten de datos Las condiciones
requeridas para la balanza son anaacutelogas a cualquier balanza analiacutetica exactitud
sensibilidad y reproducibilidad
23
Equipamiento
Las muestras fueron llevadas a un analizador teacutermico modelo TGASDTA 851e
Los perfiles de descomposicioacuten teacutermica se barrieron entre 25-1000degC a una
velocidad de calentamiento de 5degC min-1 en un flujo de 20 mLmin-1 de N2 u O2
empleando un crisol de Al2O3
426 Isotermas de Adsorcioacuten-Desorcioacuten de N2 a -196degC
La caracterizacioacuten superficial de materiales porosos como oacutexidos metaacutelicos
zeolitas o poliacutemeros orgaacutenicos mediante isotermas de adsorcioacuten-desorcioacuten permite
determinar paraacutemetros tales como el aacuterea superficial el volumen y la distribucioacuten
del tamantildeo de poros [13 70] Cualquier material soacutelido que contiene cavidades
canales o intersticios puede ser considerado como poroso (Figura 11) Los poros
se pueden clasificar en cerrados y abiertos Los cerrados son aquellos que influyen
en propiedades macroscoacutepicas como densidad o resistencia mecaacutenica pero no
son accesibles a procesos de adsorcioacuten Los abiertos a su vez se pueden
clasificar seguacuten su forma o manera de conexioacuten con el exterior La rugosidad de la
superficie externa de la muestra se distingue de la porosidad en que su
profundidad es menor que su anchura
Figura 11 Representacioacuten esquemaacutetica de un soacutelido poroso [71]
24
La estructura porosa se analiza mediante isotermas de adsorcioacuten de gases Esta
consiste en la adsorcioacuten fiacutesica de un gas (adsorbato) sobre un soacutelido (adsorbente)
a una temperatura dada para distintas presiones relativas de gas
Los adsorbatos maacutes utilizados son el N2 CO2 CO NO benceno y algunos
hidrocarburos alifaacuteticos de cadena corta La adsorcioacuten de N2 a -196degC (77 K) es la
maacutes utilizada debido a que cubre todo el rango de porosidad e interacciona
deacutebilmente con la mayoriacutea de los soacutelidos Ademaacutes la misma isoterma puede ser
utilizada para el anaacutelisis del tamantildeo de poro y para superficie especifica empleando
una variedad de modelos El modelo maacutes usado es el de Brunauer-Emett-Teller
(BET) el cual se basa en dos hipoacutetesis principales a) la superficie del adsorbente
se supone uniforme y no porosa b) las moleacuteculas del gas se adsorben sobre la
superficie en capas sucesivas completas o no en equilibrio dinaacutemico entre siacute y
con las moleacuteculas del gas [72 73]
Equipamiento
Los valores de superficie especiacutefica se obtuvieron a partir de las isotermas de
adsorcioacuten de nitroacutegeno a -196degC realizados en un equipo automaacutetico Micromeritics
modelo ASAP 2010 en el rango de presioacuten relativa de 005-03 Se utilizoacute el meacutetodo
BET para calcular las superficies especiacuteficas utilizando la parte lineal del graacutefico de
acuerdo con las recomendaciones de la IUPAC El volumen de poro y las
distribuciones de tamantildeo de poro fueron calculados a partir de las ramas de
desorcioacuten de las isotermas utilizando el meacutetodo de Barret-Joyner-Halenda (BHJ)
427 Magnetizacioacuten del material
Cuando un material se expone a un campo magneacutetico el giro de sus electrones
producen un momento magneacutetico paralelo al campo al que estaacute expuesto esto es
en el material se ha inducido una magnetizacioacuten (M) que es proporcional al campo
magneacutetico externo (H)
25
En la Figura 12 se observa la curva de magnetizacioacuten de un material
ferromagneacutetico que corresponde a un graacutefico de la magnetizacioacuten (M) frente a un
campo aplicado (H) Inicialmente a medida que aumenta la intensidad del campo
aplicado H M tambieacuten aumenta hasta alcanzar el punto de saturacioacuten Ms
Entonces cuando la intensidad del campo H comienza a disminuir por debajo del
punto de saturacioacuten M no lo hace en la misma proporcioacuten que antes sino que a
valores correspondientes a la curva superior Esto comportamiento se conoce
como histeacuteresis y se produce porque los dominios magneacuteticos que se alinean con
un incremento del campo no vuelven a su orientacioacuten original si el campo es
menor Cuando el campo aplicado H regresa al valor cero el material aun
presenta magnetizacioacuten denominada magnetizacioacuten remanente Mr Para eliminar
la magnetizacioacuten remanente se debe aplicar un campo Hc en sentido contrario al
campo inicialmente aplicado conocido como campo coercitivo Si se continuacutea
aumentando el campo se produce otra saturacioacuten en direccioacuten contraria Si desde
esa posicioacuten se disminuye el campo aplicado se vuelve a repetir el mismo
comportamiento dando lugar auacuten ciclo de histeacuteresis [74]
Figura 12 Representacioacuten de curva de magnetizacioacuten para un material
ferromagneacutetico [74]
26
Los paraacutemetros Ms Mr y Hc obtenidos a partir de la curva de magnetizacioacuten
corresponden a propiedades intriacutensecas de un material aunque los uacuteltimos dos
paraacutemetros mencionados no solo depende del tipo del material sino ademaacutes del
tamantildeo y forma del material temperatura y defecto del material [75]
Con la finalidad de comparar el comportamiento magneacutetico de diferentes materiales
frente a un campo aplicado eacutestos se pueden clasificar en diamagneacutetico
paramagneacutetico ferromagneacutetico (Figura 12) ferrimagneacutetico superparamagneacutetico
antiferromagneacutetico El instrumento maacutes utilizado en los anaacutelisis de materiales
magneacuteticos es el magnetoacutemetro de muestra vibrante (VSM) disentildeado para la
medicioacuten de la magnetizacioacuten y del cual se obtiene el ciclo de histeacuteresis [76 77]
Equipamiento
Para las curvas de magnetizacioacuten se pesaron 10 mg de las muestras las que se
depositaron en caacutepsula de policarbonato Dicha caacutepsula fue llevada al portamuestra
del magnetoacutemetro de muestra vibrante (VSM) modelo MLVSM9 MagLab 9T Oxford
Instrument Todas las mediciones se realizaron a 17degC
428 Adsorcioacuten de Faacutermacos en Nanotubo Fe3O4 y en nanotransportador
hiacutebrido Fe3O4-PAMAM
Los ensayos se disentildearon para seguir la adsorcioacuten del faacutermaco en funcioacuten del
tiempo Para ello en un vaso de precipitado colocado sobre una placa agitadora
con control de temperatura se contactan 200 mL de una disolucioacuten acuosa de SIL
(005 mgmL) con 10 mg del nanotransportador dispersos en 2 mL de agua
desionizada y colocados en el interior de bolsa de diaacutelisis (Thermo Scientific
SnakeSkin Dialysis Tubing 10K MWCO 22mm) tal como se muestra
esquemaacuteticamente en la Figura 13 La cineacutetica de la adsorcioacuten se siguioacute por medio
de espectroscopia de UV-visible tomando aliacutecuotas de 10 mL y monitoreadas a
una longitud de onda de maacutexima absorcioacuten (λmaacutex) del faacutermaco (288 nm) cada una
hora empleando un espectrofotoacutemetro UV-VIS (UV2310IISpectrophotometer) hasta
27
que no se detecta variacioacuten en las lecturas absorbancia en funcioacuten
Figura 13 Esquema del sistema de adsorcioacuten de faacutermacos en los
nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
El mismo procedimiento fue empleado para evaluar la capacidad de encapsulacioacuten
de piroxicam (PRX) donde se empleoacute una concentracioacuten inicial de 001 mgmL y
las medidas de absorbancia se siguieron a λmaacutex = 350 nm Todas las medidas de
absorbancia se realizaron por triplicado y la cuantificacioacuten se realizoacute empleando las
respectivas curvas de calibracioacuten de cada faacutermaco Para ambos sistemas NT-
Fe3O4 y Fe3O4-PAMAM las medidas de encapsulacioacuten se realizaron por duplicado
28
5 DISCUSIOacuteN Y ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
51 Caracterizacioacuten de los nanomateriales
511 Espectroscopia de infrarrojo con transformada de Fourier
La caracterizacioacuten espectroscoacutepica por FT-IR entrega informacioacuten sobre los
grupos superficiales existente en una muestra En la Figura 14 se observa el
espectro de NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM En el caso de NT-Fe3O4 se observa
una banda a 574 cm-1 que corresponde al stretching del enlace de Fe-O de la
magnetita seguido por la banda ubicada entre 945-980 cm-1 asociada al bending
del enlace FendashOndashH atribuido a los grupos hidroxilos adsorbidos en la superficie de
NT-Fe3O4 El bending a 1628 cm-1 se asigna a la vibracioacuten de las moleacuteculas de
H2O fisisorbidas sobre la superficie de la magnetita [78] por uacuteltimo entre 3090-
3430 cm-1 se observa una banda ancha correspondiente al stretching de los
grupos FendashOH superficiales [79 80]
Figura 14 Espectro FT-IR de (a) NT-Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-PAMAM Fuente
Elaboracioacuten propia
29
El NT-Fe3O4-PAMAM tiene un espectro similar al NT-Fe3O4 pero se pueden
identificar la banda asociada al bending N-H de las aminas primarias del PAMAM
a 1541 cm-1 mientras que a 1638 cm-1 se observa una banda atribuida al grupo
carbonilo (C=O) de las amidas que componen ramas de crecimiento internas del
dendriacutemero Las bandas entre 2849-2912 cm-1 corresponden a los stretching de
los grupos metileno (-CH2-) presentes en el agente de acople GPTMS y en la
cadena alifaacutetica del dendriacutemero PAMAM [13 81] Por uacuteltimo la banda de vibracioacuten
atribuida de los grupos ndashNH2 terminales se solapa con la sentildeal de los grupos ndashOH
de la superficie del NT-Fe3O4 Con lo anterior se verifica la presencia del
dendriacutemero PAMAM y la superficie del NT-Fe3O4 utilizando como agente de
acople GPTMS
512 Anaacutelisis Termogravimeacutetrico
Por medio del estudio de TGA se ha podido determinar la cantidad de PAMAM
conjugada en el soacutelido NT-Fe3O4 En la Figura 15 se muestran las curvas de
peacuterdida de masa porcentual en funcioacuten de la temperatura para los tres sistemas
preparados En el caso de NT-Fe3O4 se observa una curva continua hasta
alrededor de los 200degC donde comienza la peacuterdida de materia que corresponde a
desorcioacuten de agua fuertemente fisisorbida en el material En una segunda etapa a
500degC se detecta la peacuterdida en masa atribuida a la oxidacioacuten de las especies Fe2+
a Fe3+ con la consecuente peacuterdida de agua [82 83]
2Fe3O4 (s) + 12O2 (g) rarr 3Fe2O3 (s)
Posterior a 650degC se detecta una continua peacuterdida de masa la que se asume
corresponde a la deshidroxilacioacuten de las especies Fe-OH remanentes de la
formacioacuten de Fe2O3 Cuando al material se le inmoviliza el agente de acople
GPTMS se observa un perfil de peacuterdida en masa diferente al material de partida
La temperatura de inicio es de alrededor de 250degC en la cual comienza la
combustioacuten de la materia orgaacutenica atribuida al anclaje del agente de acople en la
30
superficie de NT-Fe3O4 finalizando alrededor de los 430degC En la zona del
termograma que denota la oxidacioacuten de las especies Fe2+ a Fe3+ se observa un
desplazamiento a 550degC atribuido a la estabilizacioacuten superficial que le confieren
los enlaces Fe-O-Si que se han formado durante el proceso de anclaje [84 85]
Figura 15 Termogramas de los materiales realizados en atmoacutesfera de O2 (a) NT-
Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-GPTMS y (c) NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten
propia
La diferencia en las masas remanentes entre ambas curvas ha permitido estimar
la cantidad de GPTMS que se ha inmovilizado en NT-Fe3O4 el cual se resume en
la Tabla 2 Soacutelo se puede determinar un estimado por esta teacutecnica pues se sabe
que las especies Fe-O-Si presente en la muestra se pueden sustituir en la matriz
del NT-Fe3O4 durante el proceso produciendo la mineralizacioacuten del GPTMS
4(Fe-O)3Si(CH2)3-(CH2OCH2)(s) + 25O2(g) rarr 2(Fe-O)3Si-O-Si(O-Fe)3(s) +
20CO2(g) + 16H2O(g)
31
Lo que al mismo tiempo podriacutea provocar el desplazamiento de la oxidacioacuten de las
especies Fe2+ a temperaturas superiores
Tabla 2 Porcentaje de peacuterdida de masa y material acoplado GPTMS y PAMAM
(G3) al NT-Fe3O4 Fuente Elaboracioacuten propia
Por uacuteltimo para el material hiacutebrido NT-Fe3O4-PAMAM muestra un perfil de
peacuterdida de masa continua desde los 75degC en adelante atribuido a la desorcioacuten de
H2O fisisorbida la que se incrementa respecto de los materiales precursores
atribuidos a la alta capacidad de adsorber agua por parte del dendriacutemero
inmovilizado en superficie Por sobre los 250degC comienza una segunda etapa de
peacuterdida en masa la que corresponde a la calcinacioacuten de la materia orgaacutenica
conferida por GPTMS-PAMAM la que ocurre en dos etapas 1) combustioacuten de la
materia orgaacutenica alifaacutetica (250degC) y 2) a la combustioacuten asociada a los enlaces
amidas de la ramas de crecimiento de PAMAM (450degC) la que al mismo tiempo se
acopla con la oxidacioacuten de la especies Fe2+ del material inorgaacutenico Comparando
los resultados obtenidos para NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-GPTMS se puede estimar el
contenido de PAMAM conjugado a la nanoestructura lo cual se resume en la
Tabla 2 Con estos resultados se puede inferir que la reaccioacuten de inmovilizacioacuten ha
afectado el contenido en masa del material el que se puede atribuir a la
conjugacioacuten de PAMAM en los NT-Fe3O4
513 Isotermas de Adsorcioacuten-Desorcioacuten de N2 a -196degC
Las isotermas de adsorcioacutendesorcioacuten de N2 a -196degC de los materiales NT-Fe3O4
y NT-Fe3O4-PAMAM se presentan en la Figura 16 Ambas isotermas son del tipo
IV de acuerdo a la calificacioacuten BDDT tiacutepica de soacutelidos mesoporosos y con ciclo
de histeacuteresis tipo H1 [72 73] caracteriacutesticas de capilares de forma tubular con
Material () (μmolg) (μmolm2)
NT-Fe3O4-GPTMS 39 165 66
NT-Fe3O4-PAMAM 168 243 097
32
abertura en sus extremos En la Tabla 3 se resumen los valores de superficies
especiacuteficas (SBET) distribuciones de tamantildeo promedio de poro de los materiales
(dPoro) y volumen total (VPoro) mostrando que la funcionalizacioacuten con GPTMS
seguido por la inmovilizacioacuten con dendriacutemero PAMAM en la superficie del NT-
Fe3O4 provoca una disminucioacuten de los valores
Figura 16 Isoterma de adsorcioacutendesorcioacuten de N2 a -196degC para (a) NT-Fe3O4 y (b)
NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Lo anterior se debe a que el GPTMS y PAMAM producen el cubrimiento parcial
de la superficie del material tubular NT-Fe3O4 lo que lleva a que los poros se
cierren o tapen estrechando sus cavidades y haciendo que el proceso de
desorcioacuten ocurra a menores presiones relativas Lo descrito con anterioridad
concuerda con el cambio en el ciclo de histeacuteresis gracias a una disminucioacuten del
diaacutemetro promedio de poro o bien un aumento en el grosor de la pared del
material tubular Esto es una evidencia experimental de la modificacioacuten superficial
del nanotubo la que presumiblemente ocurre de forma preferente en la superficie
interna del material
33
Tabla 3 Superficie especiacutefica tamantildeo promedio de poro y volumen de poro
determinadas por las de BET y BJH [73 86] para los materiales en base a NT-
Fe3O4 sintetizados Fuente Elaboracioacuten propia
condiciones normales Presioacuten y temperatura
514 Difraccioacuten de Rayos X
En la Figura 17 se muestran los perfiles de DRX para de NT α-Fe2O3 NT-Fe3O4 y
NT-Fe3O4-PAMAM El primer material corresponde a NT α-Fe2O3 debido a la
siacutentesis previa de nanotubos de hematita precursor de los nanotubos de
magnetita Se observan las difracciones propias de la hematita la cual coincide
con su estructura hexagonal (JCDS 33-0664) [87-89] Ademaacutes en la figura 17 se
observa la desaparicioacuten y aparicioacuten de picos desde el primer al segundo material
en este uacuteltimo aparecen los picos de la magnetita esto indica la reaccioacuten de
reduccioacuten de la hematita a magnetita con el consecuente cambio estructural
Los materiales NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM se detectan las difracciones tiacutepicas
para Fe3O4 con estructura cristalina del tipo magnetita la cual corresponde a una
estructura cuacutebica centrada en la cara de tipo espinela (AB2O4) inversa (JCPDS 19-
0629) [29 79 80] La modificacioacuten superficial con agente de acople seguido por el
acoplamiento con dendriacutemero PAMAM no provoca cambios en la estructura
cristalina del material NT-Fe3O4
Material SBET
(m2g-1)
dPoro
(nm)
VPoro
(cm3g-1)
NT-Fe3O4 59 33 01
NT-Fe3O4-PAMAM 25 19 005
34
Figura 17 Difractograma de rayos X para (a) NT α-Fe2O3 (b) NT-Fe3O4 y (c) NT-
Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
515 Microscopiacutea Electroacutenica de Barrido y Transmisioacuten
La estructura tubular de estos materiales se siguioacute por medio de microscopiacutea
electroacutenica de barrido y transmisioacuten En relacioacuten a la morfologiacutea superficial se
puede observar en la Figura 18 que en ambos materiales muestran la forma tiacutepica
de materiales nanotubulares huecos lo cual ratifica los resultados en la forma de
los ciclos de histeacuteresis observados en la caracterizacioacuten por isotermas de
adsorcioacuten de N2 a -196degC (Figura 16) En relacioacuten a la modificacioacuten superficial del
material NT-Fe3O4 con GPTMS y PAMAM se mantiene la morfologiacutea del material
inorgaacutenico en acuerdo con la caracterizacioacuten por DRX
35
Figura 18 Imaacutegenes de SEM de los materiales (a) NT-Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-
PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Para poder determinar de forma directa los tamantildeos partiacutecula longitud y diaacutemetro
de NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM se ha realizado la caracterizacioacuten por TEM y
sus respectivas micrografiacuteas se muestran en la Figura 19 Al igual que en el caso
de SEM se observan nanoestructuras que muestran una morfologiacutea definida de
tipo tubular con una cavidad regular abierta en sus extremos
A traveacutes del conteo de los nanotubos y la medicioacuten directa de sus tamantildeos se han
determinado las curvas de distribucioacuten para el largo y diaacutemetro externo de los
nanotubos tal como se muestra en la Figura 19 Los valores promedio del largo
fueron del orden de 280 y 286 nm y los diaacutemetros externos fueron 151 y 159 nm
para NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM respectivamente Al comparar las imaacutegenes y
sus correspondientes dimensiones obtenidas se puede observar que la
morfologiacutea del material no se ve afectada al modificar la superficie del NT-Fe3O4
durante el proceso de conjugacioacuten con el dendriacutemero PAMAM
(b) (a)
36
Figura 19 Micrografiacuteas de TEM de NT-Fe3O4 (a b) NT-Fe3O4-PAMAM (e f) y las
curvas de distribucioacuten del largo (c g) y diaacutemetro externo (d h) para ambos NT-
Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM respectivamente Fuente Elaboracioacuten propia
(a) (b)
(h) (g)
(f) (e)
(d) (c)
37
516 Propiedades magneacuteticas
Las propiedades magneacuteticas de NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM fueron estudiadas
por medio de un anaacutelisis VSM y las curvas de magnetizacioacuten se muestran en la
Figura 20 dando como resultado para ambos materiales la propiedad
ferrimagneacutetica Aquello se debe a que la foacutermula de la magnetita Fe3O4 puede
escribirse en la forma Fe3+[Fe2+Fe3+]O4 seguacuten la foacutermula general AB2O4 de tipo
espinela inversa Donde la mitad de los cationes Fe3+ ocupan sitios tetraeacutedricos
mientras que la otra mitad de Fe3+ y los cationes Fe2+ ocupan los sitios
octaeacutedricos Los cationes de Fe3+ se distribuyen por tanto en dos posiciones
diferentes en la estructura pero con direcciones opuestas de espiacuten magneacutetico por
lo tanto los momentos magneacuteticos de los cationes Fe3+ se anulan entre siacute
mientras que los momentos magneacuteticos de los cationes Fe2+ que posee espiacuten de
menor magnitud comparado con Fe3+ son los responsables del momento
magneacutetico neto en la magnetita [27 77 90] De la graacutefica de la Figura 20 se
observa que el ciclo de magnetizacioacuten muestra un ciclo de histeacuteresis de similares
caracteriacutesticas Este resultado permite suponer que la modificacioacuten con el agente
de acople GPTMS y posterior anclaje de PAMAM no perturboacute las propiedades
magneacuteticas del soporte durante la siacutentesis De la Figura 20 se pueden extraer el
valor de la magnetizacioacuten remanente (Mr) y coercitividad (Hc) en ausencia del
campo aplicado y el valor de magnetizacioacuten de saturacioacuten (Ms) los cuales se
resumen en la Tabla 4
Tabla 4 Resumen de paraacutemetros magneacuteticos para los materiales preparados a
17degC Fuente Elaboracioacuten propia
Material Ms
(emug)
Mr
(emug)
Hc
(Oe)
Fe3O4 bulk 92 - lt 100
NT-Fe3O4 67 16 249
NT-Fe3O4-PAMAM 58 10 240
38
Los valores de Ms que se encuentran en los materiales nanoestructurados son
generalmente maacutes pequentildeos que la magnetita bulk lo cual puede ser atribuido al
aumento de efectos superficiales y a la presencia de dendriacutemero PAMAM A su
vez se han reportado valores experimentales para Ms en nanopartiacuteculas de
magnetita que abarcan entre 30-50 emug inferior al valor del mineral magnetita
90 emug [39 91-93] Por el contrario los valores de Hc encontrados para ambas
nanoestructuras son mayores al ser comparado con la magnetita bulk debido a la
disminucioacuten del tamantildeo de partiacutecula
39
Figura 20 Curva de magnetizacioacuten obtenida para NT-Fe3O4 (a b) y NT-Fe3O4-
PAMAM (c d) utilizando un magnetoacutemetro de muestra vibrante (VSM) a 17degC
Fuente Elaboracioacuten propia
(a) (b)
(c) (d)
40
52 Estudios de la adsorcioacuten de Faacutermacos en Nanotubo Fe3O4 y en
nanotransportador hiacutebrido Fe3O4-PAMAM
521 Faacutermacos de intereacutes
Luego de la caracterizacioacuten de los materiales puro e hiacutebrido se procedioacute a realizar
en cada uno de ellos la adsorcioacuten de faacutermacos Esto con la finalidad de determinar
el tiempo y capacidad maacutexima de adsorcioacuten mediante estudios de cineacutetica de
adsorcioacuten
En esta investigacioacuten se ha decidioacute emplear dos clases de faacutermacos poco solubles
para estudiar la capacidad de adsorcioacuten de los nanotransportadores sintetizados
El piroxicam (PRX M 331348 gmol) es una clase de faacutermaco antiinflamatorio no
esteroidal perteneciente al grupo oxicam [94 95] como se observa en la Figura
21 (a) posee un grupo enoacutelico (pKa 18) y un grupo piridiacutenico (pKa 63) [96 97]
presenta propiedades analgeacutesicas antipireacuteticas a su vez alivia dolores para la
artritis reumatoide la artrosis y los siacutentomas de la dismenorrea [59]
(a) (b)
Figura 21 Estructuras de los faacutermacos de intereacutes (a) Piroxicam y (b) Silibinina
Fuente Elaboracioacuten propia
41
No obstante PRX provoca efectos secundarios principalmente uacutelceras gaacutestricas
ademaacutes es praacutecticamente insoluble en agua [98 99] Para reducir estos efectos
existen investigaciones que tienen relacioacuten con el transporte y liberacioacuten de
faacutermacos que pueden cargar eficazmente el faacutermaco para apuntar hacia el sitio de
accioacuten aumentando la eficacia terapeacuteutica y reducir al miacutenimo los efectos
secundarios donde sistemas de microesferas de albuacutemina de suero bovino han
sido utilizadas para la liberacioacuten piroxicam [100]
El otro faacutermaco de intereacutes estudiado es la silibinina (SIL M 48244 gmol) que es
un flavonoide polifenoacutelico natural que se aiacutesla de la planta de cardo de leche
Silybum marianum Posee cinco grupos hidroxilos un grupo carbonilo y tres
grupos fenilos tal como se muestra en la Figura 21 (b) Esta moleacutecula tiene varios
grupos ionizables con sus respectivos pKa1 70 pKa2 877 pKa3 957 pKa4
1166 [101] y ha sido ampliamente utilizada por sus efectos hepatoprotectores
Sin embargo la eficacia de silibinina como faacutermaco estaacute muy limitada debido a su
escasa solubilidad en agua y una baja biodisponibilidad despueacutes de su
administracioacuten oral A fin de superar los defectos de la silibinina libre muchos
enfoques se han adoptado como son los sistemas de entrega liposomal de
transporte lipiacutedicos nanoestructurados de complejo silibinina-fosfoliacutepido y
nanosuspensiones [102]
Es importante notar que los estudios de la cineacutetica de adsorcioacuten son
determinantes en teacuterminos de conocer coacutemo variacutea la concentracioacuten de faacutermaco
adsorbida en funcioacuten del tiempo para una proporcioacuten faacutermacoadsorbente dada La
cineacutetica de adsorcioacuten permite conocer el tiempo en que se realiza el proceso de
adsorcioacuten y ha de practicarse antes de la determinacioacuten de una isoterma de
adsorcioacuten Puesto que se trabaja con disolucioacuten se debe en cuenta los factores
que influyen en el proceso ya que el tiempo necesario para alcanzar el equilibrio
estaacute en funcioacuten de las caracteriacutesticas del adsorbente y del adsorbato de la
quiacutemica de la disolucioacuten de la temperatura y del pH La data de la cineacutetica de
adsorcioacuten de los faacutermacos en los nanotransportadores se ajustoacute a los modelos
42
cineacuteticos de pseudo-primer orden pseudo-segundo orden y cineacuteticas que
involucran quimisorcioacuten [103-106] para ambos nanotransportadores en presencia
de los faacutermacos PRX y SIL
De forma general se puede decir que el modelo de pseudo-primer orden o modelo
de Lagergren se basa en la suposicioacuten de que cada moleacutecula de adsorbato se
adsorbe en un sitio del adsorbente lo cual en teacuterminos de cineacutetica de reaccioacuten se
expresa como
(1)
y la forma integrada de esta ecuacioacuten queda definida como
(2)
donde la qe y qt (mgfarmgads) son la cantidad maacutexima de faacutermaco adsorbida una
vez alcanzado el equilibrio (trarr) y la cantidad de faacutermaco adsorbida al tiempo t
respectivamente y k1 (h-1) es la constante cineacutetica de pseudo-primer orden
Para el caso del modelo de pseudo-segundo orden o modelo de Ho desarrollado
por Ho y McKay [107] supone que el adsorbato se adsorbe en dos sitios activos
del adsorbente En este caso la ecuacioacuten de la cineacutetica de adsorcioacuten se expresa
como
(3)
y la forma integrada de esta ecuacioacuten queda definida como
(4)
43
donde k2 (gadsmgfarmmiddoth) es la constante cineacutetica de adsorcioacuten de pseudo-segundo
orden Es importante mencionar que ambos modelos cineacuteticos se basan en la
homogeneidad de la superficie del adsorbente y donde soacutelo se considera la
cantidad de sitios involucrados en el proceso Esto se puede interpretar en
teacuterminos cineacuteticos en que la energiacutea de activacioacuten asociada a la adsorcioacuten del
faacutermaco en la superficie es constante y uacutenica en todos los sitios del adsorbente
No obstante cuando la superficie es heterogeacutenea en los sitios de adsorcioacuten se
observa que los modelos propuestos pueden perder validez En estos casos se
prefiere emplear el modelo de Elovich de aplicacioacuten general en procesos de
quimisorcioacuten el cual supone que los sitios activos del adsorbente son
heterogeacuteneos y por ello exhiben diferentes energiacuteas de activacioacuten basaacutendose en
un mecanismo de reaccioacuten de segundo orden para un proceso de reaccioacuten
heterogeacutenea Este modelo ha mostrado resultados satisfactorios en la
identificacioacuten del mecanismo controlante en procesos de adsorcioacuten de un soluto
en fase liacutequida a partir de un soacutelido adsorbente [106 108] y queda descrito
matemaacuteticamente como
(5)
y la forma integrada de esta ecuacioacuten queda definida como
(5)
donde α (mgfarmgadsmiddoth) es la constante de velocidad inicial de adsorcioacuten y β estaacute
relacionado con la superficie cubierta y la energiacutea de activacioacuten por
quimiadsorcioacuten (mgfarmgads) denominada constante de velocidad de desorcioacuten
Finalmente debe considerarse tambieacuten alguna hipoacutetesis sobre el mecanismo de
difusioacuten de los faacutermacos al interior de la estructura de los nanotransportadores Un
modelo aceptado en la literatura es el de difusioacuten intraparticular en el interior de
44
los poros de la partiacutecula de adsorbente el que se basa en el transporte de soluto a
traveacutes de la estructura interna de los poros de adsorbente y la difusioacuten
propiamente dicha en el soacutelido lo que conlleva a asumir que el adsorbente posee
una estructura porosa homogeacutenea Weber y Morris (1963) concluyeron que en un
proceso controlado por la adsorcioacuten en los poros la velocidad inicial es
directamente proporcional a la concentracioacuten del soluto La difusioacuten intraparticular
se caracteriza por la dependencia entre la adsorcioacuten especiacutefica y la raiacutez cuadrada
del tiempo siendo la pendiente la velocidad de difusioacuten intraparticular
Con base en lo anterior la ecuacioacuten que define la difusioacuten intraparticular viene
dada por
(5)
Donde ki (mgfarmgadsmiddoth 12) es la constante de velocidad de difusioacuten intraparticular y
Ci entrega informacioacuten sobre el grosor de la capa de adsorbato [105] Esta
ecuacioacuten ha sido utilizada por diferentes investigadores para determinar si la
difusioacuten intraparticular es la etapa controlante de la dinaacutemica de adsorcioacuten de
especies ioacutenicas [109 110]
522 Adsorcioacuten de PRX
Las cineacuteticas de adsorcioacuten de ambos nanotransportadores para PRX se muestran
en la Figura 22 Para ellos se realizaron ajustes no lineales de la data
experimental y los valores obtenidos los cuales se reportan en la Tabla 5 Los
faacutermacos son moleacuteculas capaces de establecer interacciones supramoleculares
con nanomateriales las que dependeraacuten de los grupos funcionales que posean
del solvente en el cual se encuentran disueltos y el pH del medio Las
interacciones supramoleculares maacutes frecuentes son las electrostaacuteticas enlaces de
hidroacutegeno van der Waals e hidrofoacutebicas [111 112]
45
En el caso de lo nanotransportadores empleados en este estudio se observa que
ambos materiales adsorben PRX y los datos experimentales se ajustan a una
cineacutetica de pseudo-primer orden Se ha elegido este modelo pues las funciones
estadiacutesticas de coeficiente de correlacioacuten (R2) y el test de chi-cuadrado (χ2) el cual
es una prueba de hipoacutetesis que compara la distribucioacuten observada de los datos
con una distribucioacuten esperada de los datos Ambos caacutelculos se realizaron
mediante empleando el software Origin Pro 80 mediante la funcioacuten de anaacutelisis no
lineal donde se ajustaron los tres modelos estudiados
Figura 22 Cineacutetica y ajustes de modelos cineacuteticos de adsorcioacuten para PRX en los
nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Figura 23 Esquema propuesto para la adsorcioacuten de PRX en los sistemas
sintetizados (A) Fe3O4-NT y (B) Fe3O4-NT-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Sistema aislado Sistema en disolucioacuten
Sistema aislado Sistema en disolucioacuten
46
Tabla 5 Modelos cineacuteticos para la adsorcioacuten de PRX en los adsorbentes NT-
Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
qe exp (mgPRXgads) 391 487
Pseudo primer-orden (Modelo de Lagergren)
qe (mgPRXgads) 413 488
k1 (h-1) 0038 0079
R2 09964 09911
χ2 0817 287
Pseudo segundo-orden (Modelo de Ho)
qe (mgPRXgads) 539 566
k2 (gAdsmgPRXmiddoth) 649x10-4 168x10-3
R2 09921 09935
χ2 179 210
Quimisoricioacuten (Modelo de Elovich)
α (mgPRXgadsmiddoth) 595 1629
β (mgPRXg) 0100 0097
R2 09501 09613
χ2 1030 1085
Cabe mencionar que de acuerdo a los reportes Rozou y col [96] el faacutermaco PRX
al pH de adsorcioacuten se encuentra en su forma zwitterioacutenica El Fe3O4 es un material
inorgaacutenico que muestra un pI de 68 [113] A las condiciones de adsorcioacuten
estudiadas el pH del agua fue de 60 luego la superficie del NT-Fe3O4 se
encuentra cargada de forma positiva esperaacutendose que la interaccioacuten del faacutermaco
con el adsorbente sea mediada por interacciones electroestaacuteticas tal como se
muestra en el esquema de la Figura 23
Con la incorporacioacuten del PAMAM a la fase inorgaacutenica se observa un incremento
de un 25 en la capacidad de adsorcioacuten de PRX Esto se puede interpretar en
47
teacuterminos moleculares haciendo la aproximacioacuten de los moles disponibles de
PAMAM en funcioacuten de la cantidad adsorbida en comparacioacuten a NT-Fe3O4 sin
modificar Desde la Tabla 2 se sabe que hay una cantidad de 243 micromol de
PAMAM por gramo de adsorbente debido a que el incremento en la adsorcioacuten
fueron 96 mg de PRX (o 290 micromol de PRX) se puede asumir una estequiometriacutea
PRXPAMAM = 119 De acuerdo a reportes previos publicados por nuestro grupo
de investigacioacuten se sabe que PRX a pH 70 se adsorbe efectivamente en la
estructura PAMAM alcanzando una estequiometriacutea PRXPAMAM = 23 [59] En
este caso pH 60 no hay cambios significativos en la estructura del faacutermaco ni
en la del dendriacutemero por lo que deberiacutea haberse esperado un incremento
significativo de la adsorcioacuten de PRX en relacioacuten al nanotransportador NT-Fe3O4
Sin embargo este efecto no fue observado en el nanotubo hiacutebrido funcionalizado
con PAMAM Con estos resultados se puede asumir que la afinidad del PRX
mucho mayor por la adsorcioacuten en el material inorgaacutenico que por la adsorcioacuten en
los bolsillos de la cavidades internas del PAMAM
En relacioacuten a los resultados cineacuteticos se observa un aumento en la pseudo-
constante cineacutetica de adsorcioacuten siendo k1(NT-Fe3O4) lt k1(NT-Fe3O4-PAMAM) Para poder
interpretar el fenoacutemeno en forma mecaniacutestica la data experimental se ha ajustado
al modelo de difusioacuten intrapartiacutecula de Weber-Morris el que se muestra en la
Figura 24 En esta figura se puede observar tres segmentos lineales lo cual indica
que el proceso de adsorcioacuten de PRX en los nanotubos procede en tres etapas
para ambos sistemas Una situacioacuten similar ha sido observada en el caso de la
cineacutetica de adsorcioacuten de cefalosporina en micropartiacuteculas polimeacutericas por Cigu y
colaboradores quienes han descritos las diferentes etapas de la siguiente
forma[105]
a) Adsorcioacuten del adsorbato en la superficie del adsorbente
b) Difusioacuten intrapartiacutecula desde la zona externa a la superficie del adsorbente
c) Equilibrio de adsorcioacuten donde quedan muy pocos sitios disponibles para la
adsorcioacuten
48
Figura 24 Graacutefico de adsorcioacuten de PRX en los nanotransportadores sintetizados
considerando un modelo de difusioacuten intrapartiacutecula en tres etapas Fuente
Elaboracioacuten propia
Ambos sistemas muestran el mismo perfil de difusioacuten intrapartiacutecula y los valores
de las constantes de velocidad para las etapas (a) y (b) presentan valores
relativamente bajos aunque difieren levemente tal como se resume en la Tabla 6
En el caso de NT-Fe3O4 se observa que la etapa limitante corresponde a la
adsorcioacuten de PRX en la superficie del nanomaterial a diferencia de NT-Fe3O4-
PAMAM donde se observa que la etapa limitante es la difusioacuten intrapartiacutecula Esta
diferencia se puede explicar debido a que PAMAM posee grupos ndashNH2
superficiales que al pH de adsorcioacuten estaacuten protonados (ver Figura 23) lo que
incrementa la carga eleacutectrica superficial del nanotransportador este hecho podriacutea
provocar un aumento en la velocidad inicial de adsorcioacuten de PRX si los efectos
electroestaacuteticos gobiernan la velocidad de reaccioacuten en esta etapa considerando
que el PRX presenta una estructura dipolar a pH 60 Sin embargo en la etapa
subsiguiente caracterizada por la adsorcioacuten gradual de PRX las moleacuteculas de
PAMAM unidas covalentes a la superficie de NT-Fe3O4 dificultan el proceso de
difusioacuten intrapartiacutecula provocando una caiacuteda en la constante k(b)
49
Tabla 6 Modelo de difusioacuten intra-partiacutecula para la adsorcioacuten de PRX en los
adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM considerando dos etapas
determinantes en la adsorcioacuten del faacutermaco y una tercera de equilibrio Fuente
Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
Modelo de difusioacuten intrapartiacutecula (Modelo de Weber-Morris)
k(a) (mgPRXgadsh12) 311 766
R(a)2 09879 09903
k(b) (mgPRXgadsh12) 683 409
R(b)2 09872 09944
523 Adsorcioacuten de SIL
En la Figura 25 se muestran las graacuteficas cineacuteticas para la adsorcioacuten de SIL en los
dos nanotransportadores sintetizados Las consideraciones de ajuste de los
modelos cineacuteticos se hicieron de la misma forma que para los estudios realizados
con PRX y los valores obtenidos se resumen en la Tabla 7
Figura 25 Cineacutetica y ajustes de modelos cineacuteticos de adsorcioacuten para SIL en los
nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
50
El comportamiento de los sistemas frente a la adsorcioacuten de SIL muestra la misma
tendencia que la observada en el caso de PRX Ambos nanomateriales adsorben
SIL y la capacidad maacutexima se ve incrementada por la presencia de PAMAM Sin
embargo en este caso ambos sistemas nanotransportadores presentan una gran
afinidad por el faacutermaco obtenieacutendose cargas maacuteximas superiores a 650 mg de
SIL por gramo de nanomaterial valores muy superiores a los obtenidos en el caso
de PRX
El faacutermaco SIL se encuentra como moleacutecula neutra al pH de adsorcioacuten (pKa1 70
pKa2 877 pKa3 957 pKa4 1166) Para la adsorcioacuten en NT-Fe3O4 se espera
que las fuerzas que estaacuten predominando en la adsorcioacuten del faacutermaco sean del tipo
Van der Waals y enlace de hidroacutegeno entre los grupos funcionales de SIL y los
grupos hidroxilos de la NT-Fe3O4 Por otro lado las contribuciones hidrofoacutebicas
tambieacuten deberiacutean jugar un rol importante en la adsorcioacuten del faacutermaco en estos
nanomateriales especialmente en el sistema hiacutebrido NT-Fe3O4-PAMAM En el
caso del PAMAM estudios recientes realizados en nuestro grupo de investigacioacuten
han mostrado la gran afinidad que presenta el dendriacutemero por SIL y
experimentos NOESY han demostrado la adsorcioacuten de las moleacuteculas de SIL en las
cavidades internas del PAMAM
Asiacute para el material NT-Fe3O4-PAMAM se observa un incremento significativo de
la adsorcioacuten en relacioacuten al material inorgaacutenico En este caso el faacutermaco SIL
interacciona no solo con NT-Fe3O4 sino que tambieacuten con el dendriacutemero presente
Si se hace el caacutelculo entre la cantidad adsorbida de SIL en presencia de PAMAM
(1504 mg o 3117 micromol por gramo de adsorbente respectivamente) se obtiene
una relacioacuten molar de SILPAMAM = 128 Considerando esta evidencia puede
suponerse que el faacutermaco en el adsorbente NT-Fe3O4-PAMAM no soacutelo se adsorbe
en la superficie del oacutexido inorgaacutenico sino que tambieacuten se estaacute adsorbiendo en las
cavidades del PAMAM con estequiometriacuteas similares a las observadas para otros
faacutermacos insolubles previamente estudiados por nuestro grupo [51 59]
51
Tabla 7 Modelos cineacuteticos para la adsorcioacuten de SIL en los adsorbentes NT-Fe3O4
y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
qe exp (mgSILgads) 6750 8254
Pseudo primer-orden (Modelo de Lagergren)
qe (mgSILgads) 6853 8837
k1 (h-1) 0052 0062
R2 09975 09956
χ2 1656 4415
Pseudo segundo-orden (Modelo de Ho)
qe (mgSILgads) 8706 10233
k2 (gAdsmgSILmiddoth) 673x10-5 535x10-5
R2 09936 09954
χ2 4209 4576
Quimisorcioacuten (Modelo de Elovich)
α (mgSILgadsmiddoth) 1319 1956
β (mgSILg) 569x10-3 548x10-3
R2 09695 09510
χ2 18184 45945
En relacioacuten a los modelos de adsorcioacuten se observa que ambos sistemas se
ajustan mejor a cineacuteticas de pseudo-primer orden con respecto a la adsorcioacuten de
SIL con coeficientes de correlacioacuten y test de chi-cuadrado confiables para el
modelo Las constantes pseudo primer-orden son similares para ambos sistemas
k1(NT-Fe3O4) ~ k1(NT-Fe3O4-PAMAM) y del mismo orden de magnitud que las
determinadas en el caso de la adsorcioacuten de PRX En la Figura 25 se observa que
el maacuteximo de adsorcioacuten de SIL se alcanza a tiempos superiores a 50 horas para
ambos adsorbentes
52
Para entender de manera maacutes acabada la forma en que operan los fenoacutemenos
cineacuteticos de adsorcioacuten se ha realizado el ajuste de Weber-Morris para el modelo
de difusioacuten de intrapartiacutecula el que se muestra en la Figura 26 el cual nuevamente
revela un proceso de adsorcioacuten en tres etapas y los valores de las constantes de
velocidad para las etapas (a) y (b) presentan valores relativamente altos como se
resume en la Tabla 8
Figura 26 Graacutefico de adsorcioacuten de SIL en los nanotransportadores sintetizados
considerando un modelo de difusioacuten intrapartiacutecula en tres etapas Fuente
Elaboracioacuten propia
Considerando que a pH 60 el NT- Fe3O4 se encuentra en su forma protonada SIL
para adsorberse en la superficie del material deberaacute desplazar ese equilibrio para
ocupar un sitio de la superficie tal como se muestra en el siguiente esquema
Fe-OH + H2O [Fe-O-H-OH2]+
[Fe-O-H-OH2]+ + SIL [Fe-O-H-O-SIL] + H2O
Este equilibrio es el que determina la cineacutetica del proceso de adsorcioacuten en el caso
del adsorbente NT-Fe3O4 En el caso del nanotransportador hiacutebrido tambieacuten se
53
observa que la etapa de adsorcioacuten es la limitante de la velocidad del proceso
Comparando ambos sistemas se detecta que k(a)(NT-Fe3O4) ~ k(a)(NT-Fe3O4-PAMAM)
Esta diferencia se puede atribuir a la presencia del dendriacutemero PAMAM en el caso
del nanotransportador hiacutebrido En teacuterminos de naturaleza superficial se espera
que la asociacioacuten SIL-PAMAM incremente la velocidad del proceso con respecto al
nanotransportador inorgaacutenico
Tabla 8 Modelo de difusioacuten intra-partiacutecula para la adsorcioacuten de SIL en los
adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM considerando dos etapas
determinantes en la adsorcioacuten del faacutermaco y una tercera de equilibrio Fuente
Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
Modelo de difusioacuten intrapartiacutecula (Modelo de Weber-Morris)
k(a) (mgSILgadsh12) 577 885
R(a)2 09881 09935
k(b) (mgSILgadsh12) 1059 1135
R(b)2 09803 09828
54
6 CONCLUSIONES Y PERSPECTIVAS
Se logroacute sintetizar los nanotubos de magnetita NT-Fe3O4 obtenidos por la
reduccioacuten de los nanotubos de hematita α-Fe2O3 sintetizados a partir de
tratamiento hidrotermal Se verificoacute la estructura de la magnetita su forma tubular
y propiedades magneacuteticas a traveacutes de las teacutecnicas de caracterizacioacuten difraccioacuten de
rayos X microscopiacutea electroacutenica de transmisioacuten y medidas de susceptibilidad
magneacutetica respectivamente
El nanotubo inorgaacutenico obtenido sirvioacute de soporte para la conjugacioacuten de
dendriacutemero de poli-(amidoamina) de tercera generacioacuten el cual se logroacute inmovilizar
en la superficie de NT-Fe3O4 con un contenido del 16 en masa respecto del
material hiacutebrido El proceso de inmovilizacioacuten no perturboacute las propiedades del
soporte inorgaacutenico en relacioacuten a las propiedades magneacuteticas cristalinas o de
tamantildeo y forma
Los materiales obtenidos fueron capaces de actuar como adsorbentes de los
faacutermacos piroxicam y silibinina siendo eacuteste uacuteltimo quien mostroacute incrementar la
capacidad de adsorcioacuten en presencia de PAMAM Para ambos sistemas y
faacutermacos se determinaron las curvas cineacuteticas de adsorcioacuten donde se logroacute
determinar que independiente del faacutermaco ambos nanotransportadores muestran
ajustarse a cineacuteticas de pseudo-primer orden Finalmente la presencia de PAMAM
no soacutelo potencia la capacidad de adsorcioacuten en los faacutermacos testeados sino que
tambieacuten acelera la etapa de adsorcioacuten superficial con respecto a la determinada
para el adsorbente NT-Fe3O4 por medio del modelo de difusioacuten de Weber-Morris
Para el faacutermaco piroxicam se observoacute que la adsorcioacuten fue mediada
principalmente por interacciones del tipo electroestaacuteticas entre la forma
zwitterioacutenica de piroxicam y la superficie de los nanotransportadores La etapa
limitante de la cineacutetica adsorcioacuten para el caso de NT-Fe3O4 fue la adsorcioacuten
55
superficial y en el caso de NT-Fe3O4-PAMAM fue la etapa de difusioacuten
intrapartiacutecula
Finalmente para el faacutermaco silibinina se observoacute que la adsorcioacuten fue mediada
por las fuerzas de tipo Van der Waals y enlace de hidroacutegeno entre los grupos
funcionales de SIL y los grupos hidroxilos de NT-Fe3O4 Por otro lado las
contribuciones hidrofoacutebicas tambieacuten juegan un rol importante en la adsorcioacuten del
faacutermaco en estos nanomateriales especialmente en el sistema hiacutebrido NT-Fe3O4-
PAMAM Por uacuteltimo se determinoacute que la capacidad de adsorcioacuten se vio
directamente mejorada por la asociacioacuten PAMAM-SIL la que alcanzoacute una relacioacuten
molar SILPAMAM = 12 En ambos casos se observoacute que la etapa limitante de la
cineacutetica de adsorcioacuten fue la adsorcioacuten superficial de SIL en los adsorbentes
56
REFERENCIAS
[1] AZ Wilczewska K Niemirowicz KH Markiewicz H Car Pharmacological
Reports 64 (2012) 1020-1037
[2] S Parveen R Misra SK Sahoo Nanomedicine Nanotechnology Biology
and Medicine 8 (2012) 147-166
[3] V Grazu M Moros C Saacutenchez-Espinel MdlF Jesus V Grazu Frontiers
of Nanoscience Elsevier 2012 pp 337-440
[4] F Danhier O Feron V Preacuteat Journal of Controlled Release 148 (2010)
135-146
[5] A Wicki D Witzigmann V Balasubramanian J Huwyler Journal of
Controlled Release 200 (2015) 138-157
[6] JH Lee Y Yeo Chemical Engineering Science 125 (2015) 75-84
[7] S Manchun CR Dass P Sriamornsak Life Sciences 90 (2012
) 381-387
[8] JHE Arts M Hadi AM Keene R Kreiling D Lyon M Maier K Michel
T Petry UG Sauer D Warheit K Wiench R Landsiedel Regulatory Toxicology
and Pharmacology 70 (2014) 492-506
[9] KA Pramod CP Sunny Nanobiomaterials Handbook CRC Press 2011
pp 1-24
[10] A Khorsand S Jamehbozorgi R Ghiasi M Rezvani Physica E Low-
dimensional Systems and Nanostructures 72 (2015) 120-127
[11] V Loacutepez-Daacutevila AM Seifalian M Loizidou Current Opinion in
Pharmacology 12 (2012 ) 414-419
[12] P-C Lee C-L Peng M-J Shieh Journal of Controlled Release 225
(2016) 140-151
[13] CC Torres CH Campos C Diaacutez VA Jimeacutenez F Vidal L Guzmaacuten JB
Alderete Materials Science and Engineering C 65 (2016) 164-171
[14] CH Campos CF Diacuteaz JL Guzmaacuten JB Alderete CC Torres VA
Jimeacutenez Macromolecular Chemistry and Physics 217 (2016) 1712-1722
[15] D Chang Y Gao L Wang G Liu Y Chen T Wang W Tao L Mei L
57
Huang X Zeng Journal of Colloid and Interface Science 463 (2016) 279-287
[16] J Zaloga M Poumlttler G Leitinger RP Friedrich G Almer S Lyer E
Baum R Tietze R Heimke-Brinck H Mangge F Dorje G Lee C Alexiou
European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics 101 (2016) 152-162
[17] RS Dhanikula P Hildgen Bioconjugate Chemistry 17 (2006) 29-41
[18] A Kesavan P Ilaiyaraja W Sofi Beaula V Veena Kumari J Sugin Lal C
Arunkumar G Anjana S Srinivas A Ramesh SK Rayala D Ponraju G
Venkatraman European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics 96
(2015) 255-263
[19] S Biswas P Kumari PM Lakhani B Ghosh European Journal of
Pharmaceutical Sciences 83 (2016) 184-202
[20] ML Tebaldi RM Belardi SR Montoro Design and Applications of
Nanostructured Polymer Blends and Nanocomposite Systems William Andrew
Publishing Boston 2016 pp 171-186
[21] D Bansal A Gulbake J Tiwari SK Jain International Journal of
Biological Macromolecules 82 (2016) 687-695
[22] AS Timin EV Balantseva SY Khashirova EV Rumyantsev TY
Osadchaya Colloids and Surfaces A Physicochemical and Engineering Aspects
477 (2015) 26-34
[23] J Gautier E Allard-Vannier E Munnier M Souceacute I Chourpa Journal of
Controlled Release 169 (2013) 48-61
[24] SL Leung Z Zha C Cohn Z Dai X Wu Colloids and Surfaces B
Biointerfaces 121 (2014) 141-149
[25] Y Liu Y Ng MR Toh GNC Chiu Journal of Controlled Release 220
Part A (2015) 438-446
[26] G Xu L Li Z Shen Z Tao Y Zhang H Tian X Wei G Shen G Han
Journal of Alloys and Compounds 629 (2015) 36-42
[27] MF Horst V Lassalle ML Ferreira Frontiers of Environmental Science amp
Engineering 9 (2015) 746-769
[28] TJ Bastow A Trinchi MR Hill R Harris TH Muster Journal of
Magnetism and Magnetic Materials 321 (2009) 2677-2681
58
[29] S Bagheri D Ramimoghadam A TermehYousefi SB Abd Hamid
International Journal of Hydrogen Energy 40 (2015) 16178-16183
[30] G Kandasamy D Maity International Journal of Pharmaceutics 496 (2015)
191-218
[31] DS Keerthana K Namratha K Byrappa HS Yathirajan Journal of
Magnetism and Magnetic Materials 378 (2015) 551-557
[32] M Darroudi M Hakimi E Goodarzi R Kazemi Oskuee Ceramics
International 40 (2014) 14641-14645
[33] G Sharma P Jeevanandam RSC Advances 3 (2013) 189-200
[34] C-J Jia L-D Sun F Luo X-D Han LJ Heyderman Z-G Yan C-H
Yan K Zheng Z Zhang M Takano N Hayashi M Eltschka M Klaumlui U
Ruumldiger T Kasama L Cervera-Gontard RE Dunin-Borkowski G Tzvetkov J
Raabe Journal of the American Chemical Society 130 (2008) 16968-16977
[35] N Mizutani T Iwasaki S Watano T Yanagida T Kawai Current Applied
Physics 10 (2010) 801-806
[36] C-J Jia L-D Sun Z-G Yan L-P You F Luo X-D Han Y-C Pang Z
Zhang C-H Yan Angewandte Chemie 117 (2005) 4402-4407
[37] Z-G Yue W Wei Z-X You Q-Z Yang H Yue Z-G Su G-H Ma
Advanced Functional Materials 21 (2011) 3446-3453
[38] SJ Son X Bai SB Lee Drug Discovery Today 12 (2007) 650-656
[39] SJ Son J Reichel B He M Schuchman SB Lee Journal of the
American Chemical Society 127 (2005) 7316-7317
[40] GT Hermanson Bioconjugate Techniques (Third edition) Academic Press
Boston 2013 pp 535-548
[41] S Mallakpour M Madani Progress in Organic Coatings 86 (2015) 194-207
[42] P Yu J He L Yang M Pu X Guo Journal of Catalysis 260 (2008) 81-85
[43] X Zheng T Wang H Jiang Y Li T Jiang J Zhang S Wang Asian
Journal of Pharmaceutical Sciences 8 (2013) 278-286
[44] L Tan J Liu W Zhou J Wei Z Peng Materials Science and Engineering
C 45 (2014) 524-529
[45] ER Gillies JMJ Freacutechet Journal of the American Chemical Society 124
59
(2002) 14137-14146
[46] S Khoee K Hemati Polymer 54 (2013) 5574-5585
[47] U Gupta O Perumal SGKTL Deng Natural and Synthetic Biomedical
Polymers Elsevier Oxford 2014 pp 243-257
[48] U Boas PMH Heegaard Chemical Society Reviews 33 (2004) 43-63
[49] U Gupta HB Agashe A Asthana NK Jain Biomacromolecules 7 (2006)
649-658
[50] A Shakhbazau I Isayenka N Kartel N Goncharova I Seviaryn S
Kosmacheva M Potapnev D Shcharbin M Bryszewska International Journal of
Pharmaceutics 383 (2010) 228-235
[51] PA Barra L Barraza VA Jimeacutenez JA Gaviacuten JB Alderete
Macromolecular Chemistry and Physics 215 (2014) 372-383
[52] PM Patel R Patel D Wadia RM Patel Asian Journal of Pharmaceutical
Sciences 10 (2015) 306-313
[53] L Mei Z Zhang L Zhao L Huang X-L Yang J Tang S-S Feng
Advanced Drug Delivery Reviews 65 (2013) 880-890
[54] Sn Svenson DA Tomalia Advanced Drug Delivery Reviews 57 (2005)
2106-2129
[55] L Porcar Y Liu R Verduzco K Hong PD Butler LJ Magid GS Smith
W-R Chen The Journal of Physical Chemistry B 112 (2008) 14772-14778
[56] E Markatou V Gionis GD Chryssikos S Hatziantoniou A
Georgopoulos C Demetzos International Journal of Pharmaceutics 339 (2007)
231-236
[57] K Borowska S Wołowieca A Rubaj K Głowniakc E Sieniawska S
Radej International Journal of Pharmaceutics 426 (2012) 280-283
[58] S Kavyani S Amjad-Iranagh H Modarress The Journal of Physical
Chemistry B 118 (2014) 3257-3266
[59] PA Barra L Barraza VA Jimeacutenez JA Gaviacuten JB Alderete Structural
Chemistry 25 (2014) 1443-1455
[60] C Kojima K Kono K Maruyama T Takagishi Bioconjugate Chemistry 11
(2000) 910-917
60
[61] AK Patri JF Kukowska-Latallo JR Baker Jr Advanced Drug Delivery
Reviews 57 (2005) 2203-2214
[62] D Luong P Kesharwani R Deshmukh MCI Mohd Amin U Gupta K
Greish AK Iyer Acta Biomaterialia 43 (2016) 14-29
[63] X Xu J Li S Han C Tao L Fang Y Sun J Zhu Z Liang F Li
European Journal of Pharmaceutical Sciences 88 (2016) 178-190
[64] P-C Lin S Lin PC Wang R Sridhar Biotechnology Advances 32 (2014)
711-726
[65] C Baudot CM Tan JC Kong Infrared Physics amp Technology 53 (2010)
434-438
[66] JB Hall MA Dobrovolskaia AK Patri SE McNeil Nanomedicine 2
(2007) 709-803
[67] DB Williams CB Carter Transmission Electron Microscopy A Textbook
for Materials Science Springer US Boston MA 2009 pp 3-22
[68] H Wang PK Chu S Bose Characterization of Biomaterials Academic
Press Oxford 2013 pp 105-174
[69] M Rudolph J Erler UA Peuker Colloids and Surfaces A
Physicochemical and Engineering Aspects 397 (2012) 16-23
[70] T Zhao W Luo Y Deng Y Luo P Xu Y Liu L Wang Y Ren W Jiang
Nano Energy 26 (2016) 16-25
[71] F Rouquerol J Rouqueron K Sing Adsorption by Powders and Porous
Solids Academic Press 1999
[72] M Naderi Progress in Filtration and Separation Academic Press Oxford
2015 pp 585-608
[73] J Rouquerol F Rouquerol P Llewellyn G Maurin KSW Sing
Adsorption by powders and porous solids principles methodology and
applications Academic press 2014
[74] CP Poole FJ Owens Introduccioacuten a la nanotecnologiacutea Editorial Reverte
2007
[75] JL Kirschvink DS Jones BJ MacFadden Magnetite Biomineralization
and Magnetoreception in Organisms A New Biomagnetism Springer US 2013
61
[76] TM El-Alaily MK El-Nimr SA Saafan MM Kamel TM Meaz ST
Assar Journal of Magnetism and Magnetic Materials 386 (2015) 25-30
[77] DJ Dunlop Ouml Oumlzdemir Treatise on Geophysics (Second Edition)
Elsevier Oxford 2015 pp 255-308
[78] A Savić D Čokeša S Lazarević B Jokić D Janaćković R Petrović LS
Živković Powder Technology 301 (2016) 511-519
[79] S Rajput CU Pittman Jr D Mohan Journal of Colloid and Interface
Science 468 (2016) 334-346
[80] M Kumari CU Pittman Jr D Mohan Journal of Colloid and Interface
Science 442 (2015) 120-132
[81] Y Mansourpanah Z Jafari Reactive and Functional Polymers 93 (2015)
178-189
[82] S Sundar R Mariappan S Piraman Powder Technology 266 (2014) 321-
328
[83] P Roonasi A Holmgren Applied Surface Science 255 (2009) 5891-5895
[84] J Safari Z Zarnegar Journal of Molecular Structure 1072 (2014) 53-60
[85] KL Pickering S Raa Khimi S Ilanko Composites Part A Applied Science
and Manufacturing 68 (2015) 377-386
[86] AK Ladavos AP Katsoulidis A Iosifidis KS Triantafyllidis TJ
Pinnavaia PJ Pomonis Microporous and Mesoporous Materials 151 (2012) 126-
133
[87] VMdS Rocha MdG Pereira LR Teles MOdG Souza Materials
Science and Engineering B 185 (2014) 13-20
[88] JZ Marinho RHO Montes AP de Moura E Longo JA Varela RAA
Munoz RC Lima Materials Research Bulletin 49 (2014) 572-576
[89] PM Huang Y Li ME Sumner Handbook of Soil Sciences Properties and
Processes Second Edition Taylor amp Francis 2011
[90] C Klein CS Hurlbut Manual de mineralogiacutea Reverte 1996
[91] Y-F Lin J-L Chen C-Y Xu T-W Chung Chemical Engineering Journal
250 (2014) 409-415
[92] AK Gupta M Gupta Biomaterials 26 (2005) 3995-4021
62
[93] C Sun JSH Lee M Zhang Advanced Drug Delivery Reviews 60 (2008)
1252-1265
[94] N Rai M Sarkar S Raha Pharmacological Reports 67 (2015) 1215-1223
[95] Z Lavrič J Pirnat J Lužnik U Puc Z Trontelj S Srčič Journal of
Pharmaceutical Sciences 104 (2015) 1909-1918
[96] S Rozou A Voulgari E Antoniadou-Vyza European Journal of
Pharmaceutical Sciences 21 (2004) 661-669
[97] H-S Gwak J-S Choi H-K Choi International Journal of Pharmaceutics
297 (2005) 156-161
[98] RP Aquino G Auriemma M dacuteAmore AM DacuteUrsi T Mencherini P Del
Gaudio Carbohydrate Polymers 89 (2012) 740-748
[99] IE Shohin JI Kulinich GV Ramenskaya B Abrahamsson S Kopp P
Langguth JE Polli VP Shah DW Groot DM Barends JB Dressman
Journal of Pharmaceutical Sciences 103 (2014) 367-377
[100] R Silva H Ferreira AC Carvalho AC Gomes A Cavaco-Paulo Colloids
and Surfaces B Biointerfaces 92 (2012) 277-285
[101] M Meloun D Burkoˇnovaacute T Syrovyacute A Vraacutena Analytica Chimica Acta 486
(2003) 125-141
[102] D Zheng Y Wang D Zhang Z Liu C Duan L Jia F Wang Y Liu G
Liu L Hao Q Zhang Cancer Letters 307 (2011) 158-164
[103] Q Wang R Liu X Shen L Zou D Wu Journal of Nanoscience and
Nanotechnology 14 (2014) 2871-2877
[104] N Caliskan AR Kul S Alkan EG Sogut I Alacabey Journal of
Hazardous Materials 193 (2011) 27-36
[105] TA Cigu S Vasiliu S Racovita C Lionte V Sunel M Popa C Cheptea
European Polymer Journal 82 (2016) 132-152
[106] M Oumlzacar İA Şengil Process Biochemistry 40 (2005) 565-572
[107] YS Ho G McKay Process Biochemistry 34 (1999) 451-465
[108] AB Peacuterez-Mariacuten VM Zapata JF Ortuntildeo M Aguilar J Saacuteez M Lloreacutens
Journal of Hazardous Materials 139 (2007) 122-131
[109] BF Urbano I Villenas BL Rivas CH Campos Chemical Engineering
63
Journal 268 (2015) 362-370
[110] J Peacuterez L Toledo CH Campos BL Rivas J Yantildeez BF Urbano
Chemical Engineering Journal 287 (2016) 744-754
[111] JW Steed DR Turner K Wallace Core Concepts in Supramolecular
Chemistry and Nanochemistry Wiley 2007
[112] A Buczkowski D Waliszewski P Urbaniak B Palecz International
Journal of Pharmaceutics 505 (2016) 1-13
[113] M Kosmulski Advances in Colloid and Interface Science
xi
IacuteNDICE DE FIGURAS
Paacutegina
Figura 1 Algunos tipos de nanomateriales utilizados en el
transporte de faacutermacos y para diagnoacutestico e imagen [17]
2
Figura 2 Esquemas de asociacioacuten componente orgaacutenico en
soportes soacutelidos (a) Adsorcioacuten (b) Adsorcioacuten por
formacioacuten de pares ioacutenicos y (c) Anclaje por enlace
covalente
6
Figura 3 Esquema de anclaje del AAC en el soporte [42] 7
Figura 4 Esquema general de la estructura de un dendriacutemero 9
Figura 5 Dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten (G3) 10
Figura 6 Sistema de reaccioacuten para realizar las modificaciones
superficiales de NT-Fe3O4
16
Figura 7 Esquema del equipamiento de un FT-IR 18
Figura 8 Difraccioacuten de Rayos X producida por los diferentes planos
de un cristal
19
Figura 9 Esquema de un microscopio electroacutenico de transmisioacuten 21
Figura 10 Esquema de un microscopio electroacutenico de barrido 22
Figura 11 Representacioacuten esquemaacutetica de un soacutelido poroso [71] 23
Figura 12 Representacioacuten de curva de magnetizacioacuten para un
material ferromagneacutetico [74]
25
Figura 13 Esquema del sistema de adsorcioacuten de faacutermacos en los
nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM
27
Figura 14 Espectro FT-IR de (a) NT-Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-PAMAM 28
Figura 15 Termogramas de los materiales realizados en atmoacutesfera
de O2 (a) NT- Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-GPTMS y (c) NT-
Fe3O4-PAMAM
30
Figura 16 Isoterma de adsorcioacutendesorcioacuten de N2 a -196degC para (a)
NT-Fe3O4 y (b) NT-Fe3O4-PAMAM
32
Figura 17 Difractograma de rayos X para (a) NT α-Fe2O3 (b) NT- 34
xii
Fe3O4 y (c) NT-Fe3O4-PAMAM
Figura 18 Imaacutegenes de SEM de los materiales (a) NT-Fe3O4 (b)
NT-Fe3O4-PAMAM
35
Figura 19 Micrografiacuteas de TEM de NT-Fe3O4 (a b) NT-Fe3O4-
PAMAM (e f) y las curvas de distribucioacuten del largo (c g) y
diaacutemetro externo (d h) para ambos NT-Fe3O4 y NT-
Fe3O4-PAMAM respectivamente
36
Figura 20 Curva de magnetizacioacuten obtenida para NT-Fe3O4 (a b) y
NT-Fe3O4-PAMAM (c d) utilizando un magnetoacutemetro de
muestra vibrante (VSM) a 17degC
39
Figura 21 Estructuras de los faacutermacos de intereacutes (a) Piroxicam y
(b) Silibinina
40
Figura 22 Cineacutetica y ajustes de modelos cineacuteticos de adsorcioacuten
para PRX en los nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-
Fe3O4-PAMAM
45
Figura 23 Esquema propuesto para la adsorcioacuten de PRX en los
sistemas sintetizados (A) Fe3O4-NT y (B) Fe3O4-NT-
PAMAM
45
Figura 24 Graacutefico de adsorcioacuten de PRX en los nanotransportadores
sintetizados considerando un modelo de difusioacuten
intrapartiacutecula en tres etapas
48
Figura 25 Cineacutetica y ajustes de modelos cineacuteticos de adsorcioacuten
para SIL en los nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-
Fe3O4-PAMAM
49
Figura 26 Graacutefico de adsorcioacuten de SIL en los nanotransportadores
sintetizados considerando un modelo de difusioacuten
intrapartiacutecula en tres etapas
52
xiii
IacuteNDICE DE TABLAS
Paacutegina
Tabla 1 Impacto en la masa molecular y en el tamantildeo de los
dendriacutemeros PAMAM seguacuten crece la generacioacuten [48]
11
Tabla 2 Porcentaje de peacuterdida de masa y material acoplado
GPTMS y PAMAM (G3) al NT-Fe3O4
31
Tabla 3 Superficie especiacutefica tamantildeo promedio de poro y volumen
de poro determinadas por las de BET y BJH [73 86] para
los materiales en base a NT-Fe3O4 sintetizados
33
Tabla 4 Resumen de paraacutemetros magneacuteticos para los materiales
preparados a 17degC
37
Tabla 5 Modelos cineacuteticos para la adsorcioacuten de PRX en los
adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM
46
Tabla 6 Modelo de difusioacuten intra-partiacutecula para la adsorcioacuten de
PRX en los adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM
considerando dos etapas determinantes en la adsorcioacuten
del faacutermaco y una tercera de equilibrio
49
Tabla 7 Modelos cineacuteticos para la adsorcioacuten de SIL en los
adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM
51
Tabla 8 Modelo de difusioacuten intra-partiacutecula para la adsorcioacuten de SIL
en los adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM
considerando dos etapas determinantes en la adsorcioacuten
del faacutermaco y una tercera de equilibrio
53
1
1 INTRODUCCIOacuteN
En la actualidad existe una amplia gama de faacutermacos disponibles para el
tratamiento de diferentes tipos de enfermedades En el tratamiento de un proceso
fisiopatoloacutegico se espera que la administracioacuten de los medicamentos se realice de
forma tal que alcance su lugar de accioacuten con una determinada concentracioacuten No
obstante algunos medicamentos muestran una escasa solubilidad en el plasma
sanguiacuteneo asiacute como tambieacuten en el medio inter-intracelular Por lo general solo el
1 de la dosis administrada llega al sitio diana mientras que el resto del faacutermaco
se distribuye a traveacutes del resto de ceacutelulas y tejidos Esta desventaja impone la
administracioacuten de altas dosis de faacutermacos para lograr un aumento de su
concentracioacuten local lo que provoca numerosos efectos toxicoloacutegicos e
inmunoloacutegicos indeseables [1-3]
Esta limitante estaacute siendo superada gracias al desarrollo de una variedad de
transportadores de faacutermacos los que actuacutean por asociacioacuten fiacutesica yo quiacutemica
entre la sustancia activa y el transportador Entre las muacuteltiples ventajas que
pueden aportar los transportadores de faacutermacos se destaca el control de las
concentraciones plasmaacuteticas y de la distribucioacuten tisular gracias a que protege la
sustancia activa contra la inactivacioacuten (quiacutemica enzimaacutetica o inmunoloacutegica) desde
el lugar de administracioacuten hasta el sitio de accioacuten [2 4-7] Los sistemas
transportadores han sido clasificados de acuerdo a su naturaleza quiacutemica o a su
tamantildeo pero en las uacuteltimas deacutecadas son aquellos denominados
nanotransportadores los que han mostrado los resultados maacutes promisorios en el
desarrollo de sistemas vectorizados de transporte y liberacioacuten de faacutermacos para el
tratamiento especiacutefico de enfermedades
Los nanotransportadores son sistemas que se caracterizan por ser de tamantildeo
nanomeacutetrico donde sus medidas pueden fluctuar entre 1 y 100 nm en una o maacutes
de sus dimensiones [8 9] (ver Figura 1) La adsorcioacuten del faacutermaco ocurre
generalmente al interior de cavidades del nanotransportador las cuaacuteles permiten
2
alojar las moleacuteculas de faacutermaco en un fenoacutemeno que se describe como
encapsulacioacuten [10 11] Dentro de los nanotransportadores de faacutermacos que
cumplen con estos requisitos se encuentran aqueacutellos que se basan en sistemas
inorgaacutenicos orgaacutenicos y aqueacutellos denominados hiacutebridos que son una mezcla de
ambos
De la familia de transportadores basados en nanomateriales (NM) inorgaacutenicos se
pueden mencionar algunos como nanotubos de carbono (CNTs) [12] nanotubos
de oacutexidos inorgaacutenicos como TiO2 [13] y Al2O3 [14] nanopartiacuteculas de oacutexidos
inorgaacutenicos como SiO2 [15] y Fe3O4 [16] entre otros La principal caracteriacutestica de
estos sistemas es su nula solubilidad en el plasma sanguiacuteneo La habilidad de
adsorber faacutermacos de estos materiales viene dada principalmente porque
disponen de un aacuterea superficial y porosidad que permiten el alojamiento del
faacutermaco al interior de los poros lo que ralentiza su liberacioacuten una vez internalizado
en el hueacutesped
Figura 1 Algunos tipos de nanomateriales utilizados en el transporte de faacutermacos
y para diagnoacutestico e imagen [17]
Los NM orgaacutenicos tambieacuten se han considerado una buena alternativa para su uso
como sistemas nanotransportadores de faacutermacos de los que se pueden mencionar
a los dendriacutemeros [18] micelas [19] poliacutemeros [20] y liposomas [21] entre otros A
diferencia de los materiales inorgaacutenicos los nanomateriales orgaacutenicos pueden
Poliacutemero lineal Quantum Dots Nanopartiacutecula
Micela polimeacuterica Liposoma Dendriacutemero
3
actuar de forma soluble o insoluble en el plasma sanguiacuteneo El principio de
adsorcioacuten se basa en la diferencia de afinidad del faacutermaco frente al medio
dispersante De forma general faacutermacos que son poco solubles en agua se
adsorben de forma efectiva en sistemas que posean cavidades hidroacutefobas
Los sistemas nanotransportadores hiacutebridos nacen de la necesidad de combinar
propiedades de los sistemas inorgaacutenicos yo orgaacutenicos con el fin de producir un
NM que muestre una alta sinergia entre ambos componentes en el proceso de
adsorcioacuten y liberacioacuten de faacutermacos [1314 22] Dependiendo de la naturaleza del
sistema hiacutebrido se pueden clasificar en hiacutebridos inorgaacutenicoinorgaacutenico [23]
hiacutebridos inorgaacutenicoorgaacutenico [24] e hiacutebridos orgaacutenicoorgaacutenico [25]
11 Nanomateriales magneacuteticos
Dentro de los NM inorgaacutenicos maacutes interesantes se encuentran las
nanoestructuras de oacutexidos hierro El oacutexido de hierro existe en la naturaleza en tres
fases magnetita (Fe3O4) maghemita (γ-Fe2O3) y hematita (α-Fe2O3) [26] La
magnetita presenta las propiedades maacutes interesantes entre todos los demaacutes
oacutexidos de hierro debido a la presencia de cationes de hierro en dos estados de
valencia (Fe2+ y Fe3+) en su estructura cubica centrada en la cara de tipo espinela
(AB2O4) inversa En ella el oxiacutegeno forma un empaquetado cuacutebico compacto
donde la mitad de los cationes Fe3+ ocupan sitios tetraeacutedricos (A) mientras que la
otra mitad de Fe3+ y los cationes Fe2+ ocupan los sitios octaeacutedricos (B) [27] lo cual
le confiere susceptibilidad magneacutetica
El nuacutemero de cationes Fe3+ en cada sitio de la red cristalina (tetraeacutedrico y
octaeacutedrico) es el mismo pero con direcciones opuestas del espiacuten magneacutetico por
lo tanto los momentos magneacuteticos de los cationes Fe3+ se anulan entre siacute como
resultado los cationes Fe2+ son los responsables del momento magneacutetico neto en
la magnetita Por lo cual la magnetita posee un comportamiento ferrimagneacutetico es
decir los espines magneacuteticos son antiparalelos y sus magnitudes son desiguales
4
El comportamiento de este material magneacutetico puede cambiar draacutesticamente
dependiendo del tamantildeo A medida que el tamantildeo de la estructura disminuye los
multidominios magneacuteticos cambian hasta obtener una estructura conformada por
un solo dominio magneacutetico [27-29] dando como resultado una nueva propiedad
magneacutetica denominada superpara-magnetismo Esta propiedad se define como la
capacidad de ciertos NM magneacuteticos que poseen alta susceptibilidad y saturacioacuten
de magnetizacioacuten bajo la influencia de un campo magneacutetico las que pierden
completamente una vez que se elimina el campo magneacutetico lo que resulta una
remanencia magneacutetica y coercitividad de cero [30] Debido a su baja toxicidad y
alta biocompatibilidad ademaacutes de la alta estabilidad mecaacutenica teacutermica y quiacutemica
la magnetita ha atraiacutedo mucho la atencioacuten para aplicaciones biomeacutedicas tales
como resonancia magneacutetica hipertermia magneacutetica terapia del caacutencer liberacioacuten
controlada de faacutermacos ingenieriacutea de tejidos entre otras [29-32]
Muchos esfuerzos tambieacuten se han llevado a cabo en la siacutentesis y propiedades de
las nanoestructuras de oacutexido de hierro con morfologiacuteas bien definidas como
nanocristales poliedros cubos varillas tubos entre otros [26] Varios meacutetodos
sinteacuteticos han sido reportados para la preparacioacuten de nanopartiacuteculas de oacutexido de
hierro que incluyen co-precipitacioacuten irradiacioacuten de ultrasonido siacutentesis
solvotermal siacutentesis hidrotermal microemulsioacuten siacutentesis viacutea microondas y la
descomposicioacuten teacutermica [33] La siacutentesis hidrotermal es una ruta de precipitacioacuten
en fase acuosa que se lleva a cabo en reactores que soportan altas presiones y
temperaturas la que se emplea ampliamente para sintetizar nanoestructuras
funcionales con formas especiacuteficas [26 27] ya que es un proceso simple y de alto
rendimiento con el cual se obtienen nano-arquitecturas de tamantildeo y morfologiacutea
reproducible [31]
Jia y colaboradores han reportado un proceso sencillo para producir nanoanillos
de Fe3O4 en el cual se utiliza la ruta hidrotermal con la participacioacuten de los
aniones dobles SO42- y H2PO4
- como controladores de la morfologiacutea para producir
Fe2O3 como base estructural el cual es sometido a un tratamiento de reduccioacuten en
5
atmoacutesfera de H2 para producir el material en base a magnetita [34] Este meacutetodo
abre la posibilidad de crear una gama de estructuras tridimensionales variando las
relaciones de iones SO42-H2PO4
- durante el tratamiento de siacutentesis hidrotermal
[34] Se ha demostrado que los iones SO42- tienen el efecto de aumentar el
tamantildeo de partiacutecula debido a que aumenta la superficie de las nanoestruturas
Fe2O3 formadas [35] La presencia de iones H2PO4- es el factor crucial que induce
la formacioacuten de una estructura tubular producto de la adsorcioacuten selectiva de iones
fosfato en la superficie de las partiacuteculas de Fe2O3 y su capacidad de coordinar con
los iones feacuterricos [36] Estas estructuras tubulares o nanotubos magneacuteticos (NT-
Fe3O4) no soacutelo conservan el fondo y la forma de una nanovarilla tambieacuten
proporcionan cavidad interna que lo proyectan como un material que permite la
encapsulacioacuten y liberacioacuten controlada de faacutermacos oligoacutemeros supramoleacuteculas
yo macromoleacuteculas entre otras especies [37] las cuales se pueden transportar
de forma segura en el sistema in vivo evitando la degradacioacuten hidroliacutetica o la
precipitacioacuten de faacutermacos hidroacutefobos durante la entrega en el sitio especiacutefico
La principal ventaja de los NT-Fe3O4 como transportadores de faacutermacos es que
pueden poseer la propiedad del para- o superpara-magnetismo para realizar un
seguimiento de la administracioacuten de faacutermacos El traslado de los NTs puede ser
controlado por un campo magneacutetico externo dirigieacutendolo de forma especiacutefica a los
sitios fisioloacutegicos de accioacuten [38] La combinacioacuten de las propiedades magneacuteticas
con una estructura tubular hace de los NT-Fe3O4 un candidato ideal como
nanotransportador empleado en aplicaciones biomeacutedicas La principal limitante
para el empleo de este tipo de sistemas es el tipo de moleacuteculas que pueden ser
adsorbidas ya que en general se ha observado que moleacuteculas de pequentildeo
tamantildeo no son adsorbidas en forma eficiente [34 39]
Una forma de poder superar la baja capacidad de adsorcioacuten de faacutermacos por parte
de los NT-Fe3O4 es generando sistemas hiacutebridos que sean capaces de incorporar
una segunda unidad que incrementen su capacidad de adsorcioacuten Esto se puede
conseguir recubriendo al NT-Fe3O4 con un segundo componente generalmente de
6
naturaleza orgaacutenica obtenido de una fuente natural o sinteacutetica proveyendo
nanoestructuras hibridas con propiedades mejoradas frente a sus componentes
puros La asociacioacuten del componente orgaacutenico con el NM inorgaacutenico puede
realizarse empleando 3 rutas tal como se muestra en la Figura 2
(a) (b) (c)
Figura 2 Esquemas de asociacioacuten componente orgaacutenico en soportes soacutelidos (a)
Adsorcioacuten (b) Adsorcioacuten por formacioacuten de pares ioacutenicos y (c) Anclaje por enlace
covalente
La asociacioacuten por formacioacuten de enlaces covalentes ha sido la teacutecnica maacutes
prometedora y puede llevarse a cabo gracias al uso de moleacuteculas intermediarias
denominadas agentes de acople los cuales son capaces de modificar la superficie
de un soacutelido inorgaacutenico y a su vez unirse covalentemente al estabilizante a traveacutes
de una funcioacuten orgaacutenica reactiva Algunos agentes de acople (AAC) se pueden
clasificar en cuatro grupos aacutecidos carboxiacutelicos poliacutemeros silanos y moleacuteculas
organofosforadas Los AAC del tipo silano son los maacutes utilizadas en los NM
inorgaacutenicos la formula general de este tipo AAC muestra dos clases de
funcionalidades (R1-(CH2)n-Si-(R2)3) Los grupos R1 representan al grupo orgaacutenico
funcional como NH2 SH epoxi metacrilato etc y los grupos R2 representan a un
grupo funcional hidrolizable tal como OCH3 OCH2CH3 o Cl [40 41]
7
Debido a que la superficie de NM inorgaacutenicos de tipo oacutexido poseen grupos
hidroxilos (-OH) eacutestos se utilizan como sitios de reaccioacuten para el proceso de
anclaje El proceso de acoplamiento se logra a traveacutes de la reaccioacuten quiacutemica
entre los grupos trialcoacutexido del AAC y los grupos hidroxilos superficiales del NM
inorgaacutenico [41] tal como se muestra en el esquema de la Figura 3
Figura 3 Esquema de anclaje del AAC en el soporte [42]
Dependiendo de la naturaleza de la moleacutecula orgaacutenica a anclar hay dos formas de
incorporarla en la superficie del soporte anclaje de AAC en la superficie del NM y
posterior reaccioacuten con la moleacutecula de intereacutes o reaccioacuten previa entre moleacutecula y
AAC para realizar el posterior anclaje en la superficie del NM
En este contexto se ha propuesto que la utilizacioacuten de sistemas
nanotransportadores hiacutebridos podriacutean mejoran las variadas limitaciones que
presentan la mayoriacutea de los sistemas nanotransportadores basados en materiales
inorgaacutenicos con baja capacidad de adsorcioacuten Algunos sistemas hiacutebridos
8
propuestos para la adsorcioacuten de faacutermacos han sido nanopartiacuteculas de siacutelice
funcionalizadas con poliacutemeros que contienen guanidina donde se ha estudiado el
comportamiento de carga y liberacioacuten de doxorrubicina y sulfasalazina [22]
nanopartiacuteculas de ZnO-poli(N-isopropilacrilamida) en las cuales se ha estudiado la
liberacioacuten del faacutermaco doxorrubicina en ceacutelulas tumorales [43] nanotubos de
carbono-dendriacutemero los cuales han permitido el aumento significativo de la
solubilidad del faacutermaco carvedilol [44] nanotubos de TiO2 y Al2O3 acoplados a
dendriacutemeros PAMAM cuyo objetivo es combinar las propiedades de adsorcioacuten y
liberacioacuten de metotrexato silibinina y curcumina [13 14]
12 Dendriacutemeros
En el uacuteltimo tiempo ha habido un creciente intereacutes en el uso de macromoleacuteculas
sinteacuteticas en base a poliacutemeros de masa molar controlada y estructura quiacutemica
definida como vectores en la administracioacuten controlada de faacutermacos y otras
aplicaciones terapeacuteuticas o de diagnoacutestico donde se destacan los dendriacutemeros
[45] Los dendriacutemeros son una clase de macromoleacuteculas polimeacutericas de forma
globular altamente ramificadas y monodispersas que constan de un nuacutecleo
central a partir del cual se originan una serie de ramificaciones La palabra
dendriacutemero deriva del teacutermino griego dendron que significa aacuterbol y meros es
decir parte La estructura de un dendriacutemero incluye tres partes un nuacutecleo central
unidades ramificadas y grupos superficiales Las unidades ramificadas estaacuten
dispuestas en capas denominadas generaciones (G) y la zona de la cual emergen
estas ramificaciones se conoce como nodo [23] tal como se muestra en la Figura
4 El tamantildeo de los dendriacutemeros variacutea entre 10-130 Aring de diaacutemetro dependiendo
de la generacioacuten del dendriacutemero [45-47] A pesar de su gran tamantildeo molecular
muestran una muy baja polidispersidad en comparacioacuten con los poliacutemeros
sinteacuteticos tradicionales [48]
La principal ventaja de los dendriacutemeros es que de acuerdo a su estructura
quiacutemica poseen cavidades hidrofoacutebicas caraacutecter que se acentuacutea a medida que
9
crece la generacioacuten del dendriacutemero Esta propiedad favorece la adsorcioacuten de
faacutermacos poco solubles en su interior destacaacutendolos como agentes de transporte
para faacutermacos poco solubles [49-52]
Figura 4 Esquema general de la estructura de un dendriacutemero
Fuente Elaboracioacuten propia
Por otra parte estos nanotransportadores poseen en su superficie un nuacutemero
definido de grupos funcionales (amino carboxilo hidroxilo etc) los que le
confieren una gran versatilidad ya que no soacutelo poseen capacidad para la
adsorcioacuten de faacutermacos en la cavidad interna de la macromoleacutecula sino que al
mismo tiempo los grupos funcionales superficiales permiten realizar
modificaciones brindaacutendoles una alta capacidad de vectorizacioacuten [17 53]
Los dendriacutemeros poliamidoaminas (PAMAM) fueron la primera familia de
dendriacutemeros sintetizados y caracterizados [54] siendo uno materiales de mayor
intereacutes en estudios de nanotransportadores en relacioacuten a su biocompatibilidad Los
dendriacutemeros PAMAM estaacuten constituidos por un nuacutecleo de 12-etilendiamina y
ramificaciones de poliamidoamina [48] En solucioacuten acuosa estos poliacutemeros se
comportan como polielectrolitos ya que las aminas terciarias presente en la
cavidad interna (pKa 30 ndash 60) y las aminas primarias superficiales del dendriacutemero
Nuacutecleo
Ramas
Punto divergente
Grupos funcionales
superficiales
10
(pKa 94 ndash 97) pueden ser protonadas a diferentes pH [13 51] lo cual conlleva a
un cambio en la conformacioacuten tamantildeo y carga del dendriacutemero Los dendriacutemeros
PAMAM estaacuten disponibles comercialmente hasta la deacutecima generacioacuten (G10) Los
de baja generacioacuten (G1-G3) son poco sensibles a los cambios frente a variaciones
de pH poseen conformaciones abiertas [55] y cavidades internas que permiten la
encapsulacioacuten de faacutermacos hidroacutefobos mientras que los grupos superficiales
estaacuten disponibles para interacciones electrostaacuteticas o conjugacioacuten covalente En la
Figura 5 se observa un dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten (G3)
Figura 5 Dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten (G3) Fuente Elaboracioacuten
propia
En la Tabla 1 se puede observar algunas propiedades de los PAMAM A medida
que aumenta la generacioacuten del dendriacutemero hay un aumento progresivo de su
11
tamantildeo (aprox 10 nm en cada generacioacuten) y como consecuencia se observa un
incremento exponencial en el nuacutemero de grupos aminos superficiales
Los dendriacutemeros PAMAM han demostrado ser efectivos como
nanotransportadores de faacutermacos pues poseen baja citotoxicidad son
biodegradables y no inmunogeacutenicos por lo menos hasta la generacioacuten 5 [56 57]
Tabla 1 Impacto en la masa molecular y en el tamantildeo de los dendriacutemeros
PAMAM seguacuten crece la generacioacuten [48]
Dendriacutemeros
PAMAM
generacioacuten
Masa molecular
(kDa)
Diaacutemetro en
nanoacutemetros (nm)
Nuacutemero de
grupos en
superficie
0 0517 15 4
1 1430 22 8
2 3256 29 16
3 6909 36 32
4 14215 45 64
5 28826 54 128
6 58048 67 256
7 116493 81 512
8 233383 97 1024
9 467162 114 2048
10 934720 135 4096
Algunos ejemplos reportados en bibliografiacutea han demostrado el aumento de la
solubilidad de algunos faacutermacos poco solubles en medio acuoso como nifedipina
adsorbida en PAMAM-G3 y PAMAM-G4 [58] aacutecido mefenaacutemico adsorbida en
PAMAM-G2 y PAMAM-G3 [51] piroxicam en PAMAM-G3 [59] metotrexato y
adriamicina en complejos PAMAM-G3-pegilado y PAMAM-G4-pegilado [60] entre
otros
12
La principal aplicacioacuten de los PAMAM como nanotransportadores ha sido en la
adsorcioacuten y liberacioacuten de faacutermacos antineoplaacutesicos [61] Lamentablemente los
sistemas PAMAM no muestran especificidad como para considerarlos potenciales
candidatos para terapias dirigidas en el tratamiento de enfermedades sin ser
previamente vectorizados Es por esto que la investigacioacuten que se ha desarrollado
en los uacuteltimos 10 antildeos ha estado focalizada en la siacutentesis de nanotransportadores
PAMAM modificados con algunas moleacuteculas capaces de conferirle especificidad
en orden a aumentar la liberacioacuten de los faacutermacos adsorbidos en la zona donde se
encuentran los receptores farmacoloacutegicos para asiacute disminuir al miacutenimo su
concentracioacuten en otras zonas del organismo [62 63] Ademaacutes variados estudios
han mostrado que los dendriacutemeros PAMAM poseen una limitada capacidad de
adsorcioacuten de faacutermacos soacutelo de unos cuantos miligramos de faacutermaco por gramo de
dendriacutemero Esto unido a la raacutepida liberacioacuten de las moleacuteculas de faacutermacos bajo
condiciones fisioloacutegicas impone el desarrollo de nuevas estrategias para el disentildeo
de nanotransportadores de faacutermacos en base a dendriacutemeros PAMAM
13 Nanomateriales hiacutebridos oacutexido inorgaacutenicoPAMAM
Dada la capacidad de adsorber faacutermacos del sistema PAMAM y su habilidad de
poder sufrir modificaciones en sus grupos aminos superficiales es que se ha
considerado como un componente que mejorariacutea la capacidad de adsorcioacuten de
faacutermacos poco solubles en sistemas inorgaacutenicos De acuerdo a la experiencia del
grupo de investigacioacuten se sabe que la preparacioacuten de nanotransportadores
hiacutebridos en base a nanotubos de TiO2 y Al2O3 acoplados con dendriacutemeros
PAMAM G3 han demostrado un incremento en la capacidad de adsorcioacuten de
faacutermacos poco solubles como metotrexato silibinina y curcumina [13 14]
En base a las evidencias previas reportadas en relacioacuten al empleo de materiales
hiacutebridos en base a nanotubos de oacutexidos inorgaacutenicos acoplados a dendriacutemeros
PAMAM y las caracteriacutesticas de NM del tipo NT-Fe3O4 es que se ha propuesto la
siacutentesis caracterizacioacuten y evaluacioacuten de la capacidad de adsorcioacuten de faacutermacos
13
de materiales en base a NT-Fe3O4 acoplados a PAMAM G3 los que podriacutean
constituir sistemas con una capacidad de adsorcioacuten superior respecto del NT-
Fe3O4 ademaacutes de exhibir propiedades para- o superpara-magneacuteticas que le
confeririacutean la capacidad de ser magneto-dirigido a los sitios de accioacuten Se espera
realizar la inmovilizacioacuten por medio de la unioacuten covalente entre el NT-Fe3O4 y
PAMAM mediada por un agente de acople de tipo 3-glicidoxipropil-trimetoxisilano
(GPTMS) Los estudios de adsorcioacuten se hicieron con dos faacutermacos poco solubles
como modelos silibinina (SIL) y piroxicam (PRX) empleando como adsorbentes
NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM G3
14
2 HIPOacuteTESIS
La inmovilizacioacuten covalente del dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten en un
NT magneacutetico en base a Fe3O4 permitiraacute adsorber efectivamente faacutermacos que
poseen baja solubilidad en agua
3 OBJETIVOS
31 OBJETIVO GENERAL
Sintetizar un nanotransportador hiacutebrido Fe3O4-PAMAM (G3) con la capacidad de
adsorber faacutermacos con baja solubilidad en agua
32 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
Sintetizar y caracterizar una nanoestructura magneacutetica basada en nanotubos
de Fe3O4 obtenidos por una reduccioacuten de nanotubos Fe2O3
Funcionalizar la nanoestructura magneacutetica con agente de acople por medio de
enlaces covalentes
Obtener un nanomaterial hiacutebrido basado en la inmovilizacioacuten covalente del
dendriacutemero PAMAM en la nanoestructura magneacutetica funcionalizada
Estudiar la adsorcioacuten de los faacutermacos piroxicam y silibinina en el nanomaterial
hiacutebrido
15
4 PARTE EXPERIMENTAL
41 Siacutentesis de los nanotransportadores
411 Siacutentesis de nanotubos de magnetita (Fe3O4)
Para la obtencioacuten de estos nanotubos magneacuteticos primero se realizoacute la siacutentesis de
nanotubos de hematita (α-Fe2O3) como precursor de forma los que fueron
obtenidos por tratamiento hidrotermal de una mezcla de disoluciones de
FeCl36H2O (JTBakerreg) NH4H2PO4 (Sigma-Aldrichreg) y Na2SO4 (Merckreg) de
acuerdo al trabajo reportado por Jia y colaboradores [34] Las relaciones molares
empleadas de la sal precursora y los agentes directores de estructura fueron
FeCl3NH4H2PO4Na2SO4 36121 las que se prepararon en agua desionizada y se
llevaron a un autoclave de 100 mL de capacidad La mezcla se calentoacute a 220degC
durante 48h El precipitado obtenido se separoacute por centrifugacioacuten y se lavoacute tres
veces con agua desionizada y etanol absoluto (Merckreg) respectivamente Despueacutes
el soacutelido se secoacute en una estufa a vaciacuteo por 12h a 80degC para obtener los nanotubos
de Fe2O3 Finalmente los NT-Fe3O4 fueron obtenidos por reduccioacuten de los NT-
Fe2O3 a 360degC bajo flujo continuo de H2 5vv en Ar durante 5h en una rampa de
calentamiento de 1degCmin El rendimiento de la siacutentesis fue de un 91
412 Funcionalizacioacuten de NT-Fe3O4 con el agente de acople
3-glicidoxipropil-trimetoxisilano
Los NT-Fe3O4 se dispersaron en tolueno (Merckreg) seco el cual fue previamente
desgasificado con N2 por 1h en un reactor de vidrio provisto de agitacioacuten mecaacutenica
y atmoacutesfera controlada (ver Figura 6) Al tolueno se agregoacute 1 g de NT- Fe3O4
formando una dispersioacuten negra la que se calentoacute hasta alcanzar la temperatura de
ebullicioacuten Una vez alcanzada la temperatura deseada se inyectoacute el agente de
acople 3-glicidoxipropil-trimetoxisilano (GPTMS 98 Aldrichreg) en relacioacuten 1 mL
GPTMS por 1 g de soporte [13 14] La reaccioacuten se mantuvo a reflujo por 24h Una
16
vez obtenido NT-Fe3O4-GPTMS se lavoacute con acetona (Merckreg) para eliminar el
exceso de GPTMS y se secoacute en estufa a vaciacuteo por 12h a 40degC El rendimiento de
la reaccioacuten acople se determinoacute por medio de anaacutelisis termogravimeacutetrico el cual se
adjunta en la seccioacuten 512
Figura 6 Sistema de reaccioacuten para realizar las modificaciones superficiales de NT-
Fe3O4 Fuente Elaboracioacuten propia
413 Acoplamiento de NT-Fe3O4-GPTMS con dendriacutemero PAMAM
En un reactor de vidrio provisto de agitacioacuten mecaacutenica (Figura 6) se agregaron
050 g de NT-Fe3O4-GPTMS con 25 mL de dimetilsulfoacutexido (DMSO Merckreg) seco
generaacutendose una dispersioacuten negra que se agitoacute durante 1h en N2 a 40degC
Posteriormente se disolvioacute 863 mg de dendriacutemero PAMAM G3 (20 mm en
metanol Sigma-Aldrichreg) seco en 5 mL de DMSO seco y se agregoacute al sistema de
reaccioacuten el cual se mantuvo en agitacioacuten mecaacutenica y a 40degC por un periodo de
48h El material obtenido se lavoacute exhaustivamente con metanol (Merckreg) para
eliminar los restos de DMSO y PAMAM adsorbidos Por uacuteltimo el soacutelido NT-Fe3O4-
PAMAM se secoacute al vaciacuteo a 40degC por un periodo de 24h El rendimiento de la
reaccioacuten conjugacioacuten se determinoacute por medio de anaacutelisis termogravimeacutetrico el cual
se adjunta en la seccioacuten 512
17
42 Caracterizacioacuten de los sistemas
421 Espectroscopia de Infrarrojo con Transformada de Fourier (FT-IR)
Un espectro IR se obtiene al pasar radiacioacuten IR a traveacutes de una muestra y
determinar que fraccioacuten de esta radiacioacuten incidente ha sido absorbida La energiacutea
particular a la que aparece cada banda en el espectro guarda relacioacuten con la
frecuencia de vibracioacuten de una parte de la moleacutecula Los espectros en la regioacuten
infrarroja estaacuten asociados a las transiciones entre niveles de energiacutea vibracional
estos niveles corresponden a vibraciones tensioacuten-contraccioacuten (stretching) y
flexiones (bending) de los enlaces y otros movimientos complejos de las moleacuteculas
[64] La regioacuten IR del espectro electromagneacutetico se encuentra entre 14290-10 cm-1
El intervalo que abarca la espectroscopia infrarroja puede dividirse en tres
regiones IR cercano (NIR) 14290-4000 cm-1 IR medio 4000-400 cm-1 IR lejano
400-10 cm-1 siendo en el IR medio donde se dan la mayoriacutea de las aplicaciones
analiacuteticas tradicionales
En los experimentos comunes de FT-IR un haz de luz infrarroja atraviesa la
muestra y se registra la cantidad de energiacutea absorbida a cada longitud de onda
Esto puede lograrse barriendo el espectro con un haz de luz monocromaacutetico el
cual cambia su longitud de onda a traveacutes del tiempo o usando una transformada de
Fourier para medir todas las longitudes de onda a la vez como se muestra en la
Figura 7 A partir de esto se obtiene un espectro de transmitancia o absorbancia
el cual permite una interpretacioacuten de la naturaleza de los enlaces quiacutemicos
presentes La teacutecnica de FTIR se ha utilizado para estudiar materiales de tamantildeo
nanoescala como moleacuteculas funcionales injertadas covalentemente en nanotubos
de carbono [65] y nanotubos de TiO2 acoplados a dendriacutemero PAMAM [13]
18
Figura 7 Esquema del equipamiento de un FT-IR Fuente Elaboracioacuten propia
Equipamiento
Los materiales puros e hiacutebridos se analizaron en el equipo Nicolet marca Nexus
FT-IR en la zona del IR medio usando como blanco pastilla KBr Para ello se
homogeneizoacute 1 mg de muestra en 100 mg KBr seguido por la obtencioacuten de la
pastilla en prensa hidraacuteulica por uacuteltimo se colocoacute en el portamuestra la pastilla y se
midioacute el espectro a temperatura ambiente barriendo nuacutemeros de onda en el
intervalo medio (4000-400 cm-1) y con un nuacutemero de acumulaciones de 64 scan
422 Difraccioacuten de Rayos X (DRX)
Los rayos X son una forma de radiacioacuten electromagneacutetica que tiene elevada
energiacutea y corta longitud de onda del orden de los espacios interatoacutemicos de los
soacutelidos Cuando un haz de rayos X atraviesa un soacutelido la radiacioacuten se dispersa al
interaccionar con los electrones de los aacutetomos En este caso cada capa de aacutetomos
reflejara parte del haz de rayos X los haces reflejados en las capas sucesivas de
aacutetomos del soacutelido pueden presentar ondas que en una determinada direccioacuten
concuerdan en fase con las ondas reflejadas por otras capas es decir se produce
una interferencia constructiva a este fenoacutemeno se le llama difraccioacuten de rayos X
19
La difraccioacuten de rayos X se puede describir simplemente como la reflexioacuten de un
haz de rayos X incide sobre los planos cristalinos de una muestra soacutelida
empleando la ley de Bragg tal como se muestra en la Figura 8 [64]
Figura 8 Difraccioacuten de Rayos X producida por los diferentes planos de un cristal
Fuente Elaboracioacuten propia
La teacutecnica de difraccioacuten maacutes comuacuten utiliza una muestra pulverizada o policristalina
consistente en muchas partiacuteculas diminutas y orientadas al azar que se exponen a
una radiacioacuten de rayos X monocromaacutetica Como cada partiacutecula de polvo es un
cristal teniendo una gran cantidad de ellos orientados libremente se asegura que
algunas partiacuteculas esteacuten orientadas adecuadamente para que sus planos
cristalograacuteficos cumplan las condiciones para la difraccioacuten y de esta forma obtener
perfiles de difraccioacuten tiacutepicos de cada material
Equipamiento
En este estudio se utilizoacute el difractoacutemetro Rigaku modelo Geigerflex II empleando
el meacutetodo de polvo y usando como estaacutendar interno silicio (cuarzo) La muestra
previamente pulverizada se coloca en un porta objeto para ser irradiado con la
liacutenea κα1 del anticaacutetodo de Fe (λ 19360 Aring) a 35kV y 15mA usando un filtro de
manganeso para eliminar la liacutenea de κβ
20
423 Microscopiacutea Electroacutenica de Transmisioacuten (TEM)
La teacutecnica maacutes utilizada para la caracterizacioacuten de nanomateriales es la
microscopia electroacutenica de transmisioacuten (TEM) la que ofrece imaacutegenes directas de
los nanomateriales con una resolucioacuten espacial hasta el nivel de las dimensiones
atoacutemicas 10-9 m [66] El fundamento del TEM se basa en un haz de electrones que
manejados a traveacutes de lentes electromagneacuteticas se proyecta sobre una muestra
muy delgada situada en una columna de alto vaciacuteo Electrones que atraviesan la
muestran son recogidos y focalizados por la lente objetivo generando una imagen
intermedia ampliada La imagen es ampliada auacuten maacutes gracias a las lentes
proyectoras las cuales controlan la ampliacioacuten de la imagen en la pantalla
fluorescente como se muestra de forma esquemaacutetica en la Figura 9 [67] El TEM
mejora los anaacutelisis morfoloacutegicos y estructurales de nanomateriales ademaacutes
proporciona una mejor resolucioacuten espacial y la capacidad para mediciones
analiacuteticas adicionales [66]
Equipamiento
Las muestras analizadas fueron previamente tratadas tomando una pequentildea
porcioacuten del soacutelido el que se molioacute y disgregoacute en un mortero de aacutegata hasta obtener
un polvo fino Eacuteste se dispersoacute en una mezcla de etanolagua (50 vv) y se
sembroacute en una gradilla de cobre recubierta por una capa de carboacuten y colodioacuten Las
muestras fueron analizadas en un microscopio TEM modelo JEOL JEM -1200EX
II con una resolucioacuten de 5Aring a 120Kv las imaacutegenes obtenidas fueron trabajadas en
el software ImageJ donde se determinaron los diaacutemetros promedio y el largo
promedio de las partiacuteculas empleando la data estadiacutestica entregada directamente
por el software
21
Figura 9 Esquema de un microscopio electroacutenico de transmisioacuten Fuente
Elaboracioacuten propia
424 Microscopia Electroacutenica de Barrido (SEM)
La microscopia electroacutenica de barrido (SEM) es una teacutecnica que permite la
observacioacuten y caracterizacioacuten superficial de materiales inorgaacutenicos y orgaacutenicos
entregando informacioacuten morfoloacutegica del material analizado ademaacutes del
procesamiento y anaacutelisis de imaacutegenes obtenidas Las principales utilidades del
SEM son su alta resolucioacuten la gran profundidad de campo que resuelve una
imagen tridimensional de la muestra y la relativa sencillez de preparacioacuten de las
muestras [66 68] La imagen entregada por el SEM se genera por la interaccioacuten de
un haz de electrones que barre un aacuterea determinada sobre la superficie de la
muestra tal como se muestra la Figura 10 La teacutecnica consiste en hacer incidir en
la muestra un haz de electrones Este bombardeo de electrones provoca la
aparicioacuten de diferentes sentildeales que captadas con detectores adecuados
proporcionan informacioacuten acerca de la naturaleza de la muestra
22
Figura 10 Esquema de un microscopio electroacutenico de barrido Fuente Elaboracioacuten
propia
Equipamiento
Las materiales se analizaron tomando 10 mg de muestra deposinatnadolos en un
porta objeto de aluminio y posteriormente fue analizado en microscopio SEM
modelo JEOL JSM-6380LV
425 Anaacutelisis Termogravimeacutetrico (TGA)
El anaacutelisis termogravimeacutetrico (TGA) es una teacutecnica que consiste en la medida
continua en funcioacuten de la temperatura de la ganancia o peacuterdida de la masa de un
compuesto en una atmoacutesfera determinada [69] Este anaacutelisis suministra
informacioacuten acerca de la estabilidad teacutermica y la composicioacuten porcentual de la
muestra original La instrumentacioacuten utilizada en termogravimetriacutea se denomina
termobalanza y consta baacutesicamente de cinco elementos balanza de precisioacuten
horno calefactor controlado por un programador sensor de temperatura (termopar)
sistema de admisioacuten de gases y sistema de adquisicioacuten de datos Las condiciones
requeridas para la balanza son anaacutelogas a cualquier balanza analiacutetica exactitud
sensibilidad y reproducibilidad
23
Equipamiento
Las muestras fueron llevadas a un analizador teacutermico modelo TGASDTA 851e
Los perfiles de descomposicioacuten teacutermica se barrieron entre 25-1000degC a una
velocidad de calentamiento de 5degC min-1 en un flujo de 20 mLmin-1 de N2 u O2
empleando un crisol de Al2O3
426 Isotermas de Adsorcioacuten-Desorcioacuten de N2 a -196degC
La caracterizacioacuten superficial de materiales porosos como oacutexidos metaacutelicos
zeolitas o poliacutemeros orgaacutenicos mediante isotermas de adsorcioacuten-desorcioacuten permite
determinar paraacutemetros tales como el aacuterea superficial el volumen y la distribucioacuten
del tamantildeo de poros [13 70] Cualquier material soacutelido que contiene cavidades
canales o intersticios puede ser considerado como poroso (Figura 11) Los poros
se pueden clasificar en cerrados y abiertos Los cerrados son aquellos que influyen
en propiedades macroscoacutepicas como densidad o resistencia mecaacutenica pero no
son accesibles a procesos de adsorcioacuten Los abiertos a su vez se pueden
clasificar seguacuten su forma o manera de conexioacuten con el exterior La rugosidad de la
superficie externa de la muestra se distingue de la porosidad en que su
profundidad es menor que su anchura
Figura 11 Representacioacuten esquemaacutetica de un soacutelido poroso [71]
24
La estructura porosa se analiza mediante isotermas de adsorcioacuten de gases Esta
consiste en la adsorcioacuten fiacutesica de un gas (adsorbato) sobre un soacutelido (adsorbente)
a una temperatura dada para distintas presiones relativas de gas
Los adsorbatos maacutes utilizados son el N2 CO2 CO NO benceno y algunos
hidrocarburos alifaacuteticos de cadena corta La adsorcioacuten de N2 a -196degC (77 K) es la
maacutes utilizada debido a que cubre todo el rango de porosidad e interacciona
deacutebilmente con la mayoriacutea de los soacutelidos Ademaacutes la misma isoterma puede ser
utilizada para el anaacutelisis del tamantildeo de poro y para superficie especifica empleando
una variedad de modelos El modelo maacutes usado es el de Brunauer-Emett-Teller
(BET) el cual se basa en dos hipoacutetesis principales a) la superficie del adsorbente
se supone uniforme y no porosa b) las moleacuteculas del gas se adsorben sobre la
superficie en capas sucesivas completas o no en equilibrio dinaacutemico entre siacute y
con las moleacuteculas del gas [72 73]
Equipamiento
Los valores de superficie especiacutefica se obtuvieron a partir de las isotermas de
adsorcioacuten de nitroacutegeno a -196degC realizados en un equipo automaacutetico Micromeritics
modelo ASAP 2010 en el rango de presioacuten relativa de 005-03 Se utilizoacute el meacutetodo
BET para calcular las superficies especiacuteficas utilizando la parte lineal del graacutefico de
acuerdo con las recomendaciones de la IUPAC El volumen de poro y las
distribuciones de tamantildeo de poro fueron calculados a partir de las ramas de
desorcioacuten de las isotermas utilizando el meacutetodo de Barret-Joyner-Halenda (BHJ)
427 Magnetizacioacuten del material
Cuando un material se expone a un campo magneacutetico el giro de sus electrones
producen un momento magneacutetico paralelo al campo al que estaacute expuesto esto es
en el material se ha inducido una magnetizacioacuten (M) que es proporcional al campo
magneacutetico externo (H)
25
En la Figura 12 se observa la curva de magnetizacioacuten de un material
ferromagneacutetico que corresponde a un graacutefico de la magnetizacioacuten (M) frente a un
campo aplicado (H) Inicialmente a medida que aumenta la intensidad del campo
aplicado H M tambieacuten aumenta hasta alcanzar el punto de saturacioacuten Ms
Entonces cuando la intensidad del campo H comienza a disminuir por debajo del
punto de saturacioacuten M no lo hace en la misma proporcioacuten que antes sino que a
valores correspondientes a la curva superior Esto comportamiento se conoce
como histeacuteresis y se produce porque los dominios magneacuteticos que se alinean con
un incremento del campo no vuelven a su orientacioacuten original si el campo es
menor Cuando el campo aplicado H regresa al valor cero el material aun
presenta magnetizacioacuten denominada magnetizacioacuten remanente Mr Para eliminar
la magnetizacioacuten remanente se debe aplicar un campo Hc en sentido contrario al
campo inicialmente aplicado conocido como campo coercitivo Si se continuacutea
aumentando el campo se produce otra saturacioacuten en direccioacuten contraria Si desde
esa posicioacuten se disminuye el campo aplicado se vuelve a repetir el mismo
comportamiento dando lugar auacuten ciclo de histeacuteresis [74]
Figura 12 Representacioacuten de curva de magnetizacioacuten para un material
ferromagneacutetico [74]
26
Los paraacutemetros Ms Mr y Hc obtenidos a partir de la curva de magnetizacioacuten
corresponden a propiedades intriacutensecas de un material aunque los uacuteltimos dos
paraacutemetros mencionados no solo depende del tipo del material sino ademaacutes del
tamantildeo y forma del material temperatura y defecto del material [75]
Con la finalidad de comparar el comportamiento magneacutetico de diferentes materiales
frente a un campo aplicado eacutestos se pueden clasificar en diamagneacutetico
paramagneacutetico ferromagneacutetico (Figura 12) ferrimagneacutetico superparamagneacutetico
antiferromagneacutetico El instrumento maacutes utilizado en los anaacutelisis de materiales
magneacuteticos es el magnetoacutemetro de muestra vibrante (VSM) disentildeado para la
medicioacuten de la magnetizacioacuten y del cual se obtiene el ciclo de histeacuteresis [76 77]
Equipamiento
Para las curvas de magnetizacioacuten se pesaron 10 mg de las muestras las que se
depositaron en caacutepsula de policarbonato Dicha caacutepsula fue llevada al portamuestra
del magnetoacutemetro de muestra vibrante (VSM) modelo MLVSM9 MagLab 9T Oxford
Instrument Todas las mediciones se realizaron a 17degC
428 Adsorcioacuten de Faacutermacos en Nanotubo Fe3O4 y en nanotransportador
hiacutebrido Fe3O4-PAMAM
Los ensayos se disentildearon para seguir la adsorcioacuten del faacutermaco en funcioacuten del
tiempo Para ello en un vaso de precipitado colocado sobre una placa agitadora
con control de temperatura se contactan 200 mL de una disolucioacuten acuosa de SIL
(005 mgmL) con 10 mg del nanotransportador dispersos en 2 mL de agua
desionizada y colocados en el interior de bolsa de diaacutelisis (Thermo Scientific
SnakeSkin Dialysis Tubing 10K MWCO 22mm) tal como se muestra
esquemaacuteticamente en la Figura 13 La cineacutetica de la adsorcioacuten se siguioacute por medio
de espectroscopia de UV-visible tomando aliacutecuotas de 10 mL y monitoreadas a
una longitud de onda de maacutexima absorcioacuten (λmaacutex) del faacutermaco (288 nm) cada una
hora empleando un espectrofotoacutemetro UV-VIS (UV2310IISpectrophotometer) hasta
27
que no se detecta variacioacuten en las lecturas absorbancia en funcioacuten
Figura 13 Esquema del sistema de adsorcioacuten de faacutermacos en los
nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
El mismo procedimiento fue empleado para evaluar la capacidad de encapsulacioacuten
de piroxicam (PRX) donde se empleoacute una concentracioacuten inicial de 001 mgmL y
las medidas de absorbancia se siguieron a λmaacutex = 350 nm Todas las medidas de
absorbancia se realizaron por triplicado y la cuantificacioacuten se realizoacute empleando las
respectivas curvas de calibracioacuten de cada faacutermaco Para ambos sistemas NT-
Fe3O4 y Fe3O4-PAMAM las medidas de encapsulacioacuten se realizaron por duplicado
28
5 DISCUSIOacuteN Y ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
51 Caracterizacioacuten de los nanomateriales
511 Espectroscopia de infrarrojo con transformada de Fourier
La caracterizacioacuten espectroscoacutepica por FT-IR entrega informacioacuten sobre los
grupos superficiales existente en una muestra En la Figura 14 se observa el
espectro de NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM En el caso de NT-Fe3O4 se observa
una banda a 574 cm-1 que corresponde al stretching del enlace de Fe-O de la
magnetita seguido por la banda ubicada entre 945-980 cm-1 asociada al bending
del enlace FendashOndashH atribuido a los grupos hidroxilos adsorbidos en la superficie de
NT-Fe3O4 El bending a 1628 cm-1 se asigna a la vibracioacuten de las moleacuteculas de
H2O fisisorbidas sobre la superficie de la magnetita [78] por uacuteltimo entre 3090-
3430 cm-1 se observa una banda ancha correspondiente al stretching de los
grupos FendashOH superficiales [79 80]
Figura 14 Espectro FT-IR de (a) NT-Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-PAMAM Fuente
Elaboracioacuten propia
29
El NT-Fe3O4-PAMAM tiene un espectro similar al NT-Fe3O4 pero se pueden
identificar la banda asociada al bending N-H de las aminas primarias del PAMAM
a 1541 cm-1 mientras que a 1638 cm-1 se observa una banda atribuida al grupo
carbonilo (C=O) de las amidas que componen ramas de crecimiento internas del
dendriacutemero Las bandas entre 2849-2912 cm-1 corresponden a los stretching de
los grupos metileno (-CH2-) presentes en el agente de acople GPTMS y en la
cadena alifaacutetica del dendriacutemero PAMAM [13 81] Por uacuteltimo la banda de vibracioacuten
atribuida de los grupos ndashNH2 terminales se solapa con la sentildeal de los grupos ndashOH
de la superficie del NT-Fe3O4 Con lo anterior se verifica la presencia del
dendriacutemero PAMAM y la superficie del NT-Fe3O4 utilizando como agente de
acople GPTMS
512 Anaacutelisis Termogravimeacutetrico
Por medio del estudio de TGA se ha podido determinar la cantidad de PAMAM
conjugada en el soacutelido NT-Fe3O4 En la Figura 15 se muestran las curvas de
peacuterdida de masa porcentual en funcioacuten de la temperatura para los tres sistemas
preparados En el caso de NT-Fe3O4 se observa una curva continua hasta
alrededor de los 200degC donde comienza la peacuterdida de materia que corresponde a
desorcioacuten de agua fuertemente fisisorbida en el material En una segunda etapa a
500degC se detecta la peacuterdida en masa atribuida a la oxidacioacuten de las especies Fe2+
a Fe3+ con la consecuente peacuterdida de agua [82 83]
2Fe3O4 (s) + 12O2 (g) rarr 3Fe2O3 (s)
Posterior a 650degC se detecta una continua peacuterdida de masa la que se asume
corresponde a la deshidroxilacioacuten de las especies Fe-OH remanentes de la
formacioacuten de Fe2O3 Cuando al material se le inmoviliza el agente de acople
GPTMS se observa un perfil de peacuterdida en masa diferente al material de partida
La temperatura de inicio es de alrededor de 250degC en la cual comienza la
combustioacuten de la materia orgaacutenica atribuida al anclaje del agente de acople en la
30
superficie de NT-Fe3O4 finalizando alrededor de los 430degC En la zona del
termograma que denota la oxidacioacuten de las especies Fe2+ a Fe3+ se observa un
desplazamiento a 550degC atribuido a la estabilizacioacuten superficial que le confieren
los enlaces Fe-O-Si que se han formado durante el proceso de anclaje [84 85]
Figura 15 Termogramas de los materiales realizados en atmoacutesfera de O2 (a) NT-
Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-GPTMS y (c) NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten
propia
La diferencia en las masas remanentes entre ambas curvas ha permitido estimar
la cantidad de GPTMS que se ha inmovilizado en NT-Fe3O4 el cual se resume en
la Tabla 2 Soacutelo se puede determinar un estimado por esta teacutecnica pues se sabe
que las especies Fe-O-Si presente en la muestra se pueden sustituir en la matriz
del NT-Fe3O4 durante el proceso produciendo la mineralizacioacuten del GPTMS
4(Fe-O)3Si(CH2)3-(CH2OCH2)(s) + 25O2(g) rarr 2(Fe-O)3Si-O-Si(O-Fe)3(s) +
20CO2(g) + 16H2O(g)
31
Lo que al mismo tiempo podriacutea provocar el desplazamiento de la oxidacioacuten de las
especies Fe2+ a temperaturas superiores
Tabla 2 Porcentaje de peacuterdida de masa y material acoplado GPTMS y PAMAM
(G3) al NT-Fe3O4 Fuente Elaboracioacuten propia
Por uacuteltimo para el material hiacutebrido NT-Fe3O4-PAMAM muestra un perfil de
peacuterdida de masa continua desde los 75degC en adelante atribuido a la desorcioacuten de
H2O fisisorbida la que se incrementa respecto de los materiales precursores
atribuidos a la alta capacidad de adsorber agua por parte del dendriacutemero
inmovilizado en superficie Por sobre los 250degC comienza una segunda etapa de
peacuterdida en masa la que corresponde a la calcinacioacuten de la materia orgaacutenica
conferida por GPTMS-PAMAM la que ocurre en dos etapas 1) combustioacuten de la
materia orgaacutenica alifaacutetica (250degC) y 2) a la combustioacuten asociada a los enlaces
amidas de la ramas de crecimiento de PAMAM (450degC) la que al mismo tiempo se
acopla con la oxidacioacuten de la especies Fe2+ del material inorgaacutenico Comparando
los resultados obtenidos para NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-GPTMS se puede estimar el
contenido de PAMAM conjugado a la nanoestructura lo cual se resume en la
Tabla 2 Con estos resultados se puede inferir que la reaccioacuten de inmovilizacioacuten ha
afectado el contenido en masa del material el que se puede atribuir a la
conjugacioacuten de PAMAM en los NT-Fe3O4
513 Isotermas de Adsorcioacuten-Desorcioacuten de N2 a -196degC
Las isotermas de adsorcioacutendesorcioacuten de N2 a -196degC de los materiales NT-Fe3O4
y NT-Fe3O4-PAMAM se presentan en la Figura 16 Ambas isotermas son del tipo
IV de acuerdo a la calificacioacuten BDDT tiacutepica de soacutelidos mesoporosos y con ciclo
de histeacuteresis tipo H1 [72 73] caracteriacutesticas de capilares de forma tubular con
Material () (μmolg) (μmolm2)
NT-Fe3O4-GPTMS 39 165 66
NT-Fe3O4-PAMAM 168 243 097
32
abertura en sus extremos En la Tabla 3 se resumen los valores de superficies
especiacuteficas (SBET) distribuciones de tamantildeo promedio de poro de los materiales
(dPoro) y volumen total (VPoro) mostrando que la funcionalizacioacuten con GPTMS
seguido por la inmovilizacioacuten con dendriacutemero PAMAM en la superficie del NT-
Fe3O4 provoca una disminucioacuten de los valores
Figura 16 Isoterma de adsorcioacutendesorcioacuten de N2 a -196degC para (a) NT-Fe3O4 y (b)
NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Lo anterior se debe a que el GPTMS y PAMAM producen el cubrimiento parcial
de la superficie del material tubular NT-Fe3O4 lo que lleva a que los poros se
cierren o tapen estrechando sus cavidades y haciendo que el proceso de
desorcioacuten ocurra a menores presiones relativas Lo descrito con anterioridad
concuerda con el cambio en el ciclo de histeacuteresis gracias a una disminucioacuten del
diaacutemetro promedio de poro o bien un aumento en el grosor de la pared del
material tubular Esto es una evidencia experimental de la modificacioacuten superficial
del nanotubo la que presumiblemente ocurre de forma preferente en la superficie
interna del material
33
Tabla 3 Superficie especiacutefica tamantildeo promedio de poro y volumen de poro
determinadas por las de BET y BJH [73 86] para los materiales en base a NT-
Fe3O4 sintetizados Fuente Elaboracioacuten propia
condiciones normales Presioacuten y temperatura
514 Difraccioacuten de Rayos X
En la Figura 17 se muestran los perfiles de DRX para de NT α-Fe2O3 NT-Fe3O4 y
NT-Fe3O4-PAMAM El primer material corresponde a NT α-Fe2O3 debido a la
siacutentesis previa de nanotubos de hematita precursor de los nanotubos de
magnetita Se observan las difracciones propias de la hematita la cual coincide
con su estructura hexagonal (JCDS 33-0664) [87-89] Ademaacutes en la figura 17 se
observa la desaparicioacuten y aparicioacuten de picos desde el primer al segundo material
en este uacuteltimo aparecen los picos de la magnetita esto indica la reaccioacuten de
reduccioacuten de la hematita a magnetita con el consecuente cambio estructural
Los materiales NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM se detectan las difracciones tiacutepicas
para Fe3O4 con estructura cristalina del tipo magnetita la cual corresponde a una
estructura cuacutebica centrada en la cara de tipo espinela (AB2O4) inversa (JCPDS 19-
0629) [29 79 80] La modificacioacuten superficial con agente de acople seguido por el
acoplamiento con dendriacutemero PAMAM no provoca cambios en la estructura
cristalina del material NT-Fe3O4
Material SBET
(m2g-1)
dPoro
(nm)
VPoro
(cm3g-1)
NT-Fe3O4 59 33 01
NT-Fe3O4-PAMAM 25 19 005
34
Figura 17 Difractograma de rayos X para (a) NT α-Fe2O3 (b) NT-Fe3O4 y (c) NT-
Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
515 Microscopiacutea Electroacutenica de Barrido y Transmisioacuten
La estructura tubular de estos materiales se siguioacute por medio de microscopiacutea
electroacutenica de barrido y transmisioacuten En relacioacuten a la morfologiacutea superficial se
puede observar en la Figura 18 que en ambos materiales muestran la forma tiacutepica
de materiales nanotubulares huecos lo cual ratifica los resultados en la forma de
los ciclos de histeacuteresis observados en la caracterizacioacuten por isotermas de
adsorcioacuten de N2 a -196degC (Figura 16) En relacioacuten a la modificacioacuten superficial del
material NT-Fe3O4 con GPTMS y PAMAM se mantiene la morfologiacutea del material
inorgaacutenico en acuerdo con la caracterizacioacuten por DRX
35
Figura 18 Imaacutegenes de SEM de los materiales (a) NT-Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-
PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Para poder determinar de forma directa los tamantildeos partiacutecula longitud y diaacutemetro
de NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM se ha realizado la caracterizacioacuten por TEM y
sus respectivas micrografiacuteas se muestran en la Figura 19 Al igual que en el caso
de SEM se observan nanoestructuras que muestran una morfologiacutea definida de
tipo tubular con una cavidad regular abierta en sus extremos
A traveacutes del conteo de los nanotubos y la medicioacuten directa de sus tamantildeos se han
determinado las curvas de distribucioacuten para el largo y diaacutemetro externo de los
nanotubos tal como se muestra en la Figura 19 Los valores promedio del largo
fueron del orden de 280 y 286 nm y los diaacutemetros externos fueron 151 y 159 nm
para NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM respectivamente Al comparar las imaacutegenes y
sus correspondientes dimensiones obtenidas se puede observar que la
morfologiacutea del material no se ve afectada al modificar la superficie del NT-Fe3O4
durante el proceso de conjugacioacuten con el dendriacutemero PAMAM
(b) (a)
36
Figura 19 Micrografiacuteas de TEM de NT-Fe3O4 (a b) NT-Fe3O4-PAMAM (e f) y las
curvas de distribucioacuten del largo (c g) y diaacutemetro externo (d h) para ambos NT-
Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM respectivamente Fuente Elaboracioacuten propia
(a) (b)
(h) (g)
(f) (e)
(d) (c)
37
516 Propiedades magneacuteticas
Las propiedades magneacuteticas de NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM fueron estudiadas
por medio de un anaacutelisis VSM y las curvas de magnetizacioacuten se muestran en la
Figura 20 dando como resultado para ambos materiales la propiedad
ferrimagneacutetica Aquello se debe a que la foacutermula de la magnetita Fe3O4 puede
escribirse en la forma Fe3+[Fe2+Fe3+]O4 seguacuten la foacutermula general AB2O4 de tipo
espinela inversa Donde la mitad de los cationes Fe3+ ocupan sitios tetraeacutedricos
mientras que la otra mitad de Fe3+ y los cationes Fe2+ ocupan los sitios
octaeacutedricos Los cationes de Fe3+ se distribuyen por tanto en dos posiciones
diferentes en la estructura pero con direcciones opuestas de espiacuten magneacutetico por
lo tanto los momentos magneacuteticos de los cationes Fe3+ se anulan entre siacute
mientras que los momentos magneacuteticos de los cationes Fe2+ que posee espiacuten de
menor magnitud comparado con Fe3+ son los responsables del momento
magneacutetico neto en la magnetita [27 77 90] De la graacutefica de la Figura 20 se
observa que el ciclo de magnetizacioacuten muestra un ciclo de histeacuteresis de similares
caracteriacutesticas Este resultado permite suponer que la modificacioacuten con el agente
de acople GPTMS y posterior anclaje de PAMAM no perturboacute las propiedades
magneacuteticas del soporte durante la siacutentesis De la Figura 20 se pueden extraer el
valor de la magnetizacioacuten remanente (Mr) y coercitividad (Hc) en ausencia del
campo aplicado y el valor de magnetizacioacuten de saturacioacuten (Ms) los cuales se
resumen en la Tabla 4
Tabla 4 Resumen de paraacutemetros magneacuteticos para los materiales preparados a
17degC Fuente Elaboracioacuten propia
Material Ms
(emug)
Mr
(emug)
Hc
(Oe)
Fe3O4 bulk 92 - lt 100
NT-Fe3O4 67 16 249
NT-Fe3O4-PAMAM 58 10 240
38
Los valores de Ms que se encuentran en los materiales nanoestructurados son
generalmente maacutes pequentildeos que la magnetita bulk lo cual puede ser atribuido al
aumento de efectos superficiales y a la presencia de dendriacutemero PAMAM A su
vez se han reportado valores experimentales para Ms en nanopartiacuteculas de
magnetita que abarcan entre 30-50 emug inferior al valor del mineral magnetita
90 emug [39 91-93] Por el contrario los valores de Hc encontrados para ambas
nanoestructuras son mayores al ser comparado con la magnetita bulk debido a la
disminucioacuten del tamantildeo de partiacutecula
39
Figura 20 Curva de magnetizacioacuten obtenida para NT-Fe3O4 (a b) y NT-Fe3O4-
PAMAM (c d) utilizando un magnetoacutemetro de muestra vibrante (VSM) a 17degC
Fuente Elaboracioacuten propia
(a) (b)
(c) (d)
40
52 Estudios de la adsorcioacuten de Faacutermacos en Nanotubo Fe3O4 y en
nanotransportador hiacutebrido Fe3O4-PAMAM
521 Faacutermacos de intereacutes
Luego de la caracterizacioacuten de los materiales puro e hiacutebrido se procedioacute a realizar
en cada uno de ellos la adsorcioacuten de faacutermacos Esto con la finalidad de determinar
el tiempo y capacidad maacutexima de adsorcioacuten mediante estudios de cineacutetica de
adsorcioacuten
En esta investigacioacuten se ha decidioacute emplear dos clases de faacutermacos poco solubles
para estudiar la capacidad de adsorcioacuten de los nanotransportadores sintetizados
El piroxicam (PRX M 331348 gmol) es una clase de faacutermaco antiinflamatorio no
esteroidal perteneciente al grupo oxicam [94 95] como se observa en la Figura
21 (a) posee un grupo enoacutelico (pKa 18) y un grupo piridiacutenico (pKa 63) [96 97]
presenta propiedades analgeacutesicas antipireacuteticas a su vez alivia dolores para la
artritis reumatoide la artrosis y los siacutentomas de la dismenorrea [59]
(a) (b)
Figura 21 Estructuras de los faacutermacos de intereacutes (a) Piroxicam y (b) Silibinina
Fuente Elaboracioacuten propia
41
No obstante PRX provoca efectos secundarios principalmente uacutelceras gaacutestricas
ademaacutes es praacutecticamente insoluble en agua [98 99] Para reducir estos efectos
existen investigaciones que tienen relacioacuten con el transporte y liberacioacuten de
faacutermacos que pueden cargar eficazmente el faacutermaco para apuntar hacia el sitio de
accioacuten aumentando la eficacia terapeacuteutica y reducir al miacutenimo los efectos
secundarios donde sistemas de microesferas de albuacutemina de suero bovino han
sido utilizadas para la liberacioacuten piroxicam [100]
El otro faacutermaco de intereacutes estudiado es la silibinina (SIL M 48244 gmol) que es
un flavonoide polifenoacutelico natural que se aiacutesla de la planta de cardo de leche
Silybum marianum Posee cinco grupos hidroxilos un grupo carbonilo y tres
grupos fenilos tal como se muestra en la Figura 21 (b) Esta moleacutecula tiene varios
grupos ionizables con sus respectivos pKa1 70 pKa2 877 pKa3 957 pKa4
1166 [101] y ha sido ampliamente utilizada por sus efectos hepatoprotectores
Sin embargo la eficacia de silibinina como faacutermaco estaacute muy limitada debido a su
escasa solubilidad en agua y una baja biodisponibilidad despueacutes de su
administracioacuten oral A fin de superar los defectos de la silibinina libre muchos
enfoques se han adoptado como son los sistemas de entrega liposomal de
transporte lipiacutedicos nanoestructurados de complejo silibinina-fosfoliacutepido y
nanosuspensiones [102]
Es importante notar que los estudios de la cineacutetica de adsorcioacuten son
determinantes en teacuterminos de conocer coacutemo variacutea la concentracioacuten de faacutermaco
adsorbida en funcioacuten del tiempo para una proporcioacuten faacutermacoadsorbente dada La
cineacutetica de adsorcioacuten permite conocer el tiempo en que se realiza el proceso de
adsorcioacuten y ha de practicarse antes de la determinacioacuten de una isoterma de
adsorcioacuten Puesto que se trabaja con disolucioacuten se debe en cuenta los factores
que influyen en el proceso ya que el tiempo necesario para alcanzar el equilibrio
estaacute en funcioacuten de las caracteriacutesticas del adsorbente y del adsorbato de la
quiacutemica de la disolucioacuten de la temperatura y del pH La data de la cineacutetica de
adsorcioacuten de los faacutermacos en los nanotransportadores se ajustoacute a los modelos
42
cineacuteticos de pseudo-primer orden pseudo-segundo orden y cineacuteticas que
involucran quimisorcioacuten [103-106] para ambos nanotransportadores en presencia
de los faacutermacos PRX y SIL
De forma general se puede decir que el modelo de pseudo-primer orden o modelo
de Lagergren se basa en la suposicioacuten de que cada moleacutecula de adsorbato se
adsorbe en un sitio del adsorbente lo cual en teacuterminos de cineacutetica de reaccioacuten se
expresa como
(1)
y la forma integrada de esta ecuacioacuten queda definida como
(2)
donde la qe y qt (mgfarmgads) son la cantidad maacutexima de faacutermaco adsorbida una
vez alcanzado el equilibrio (trarr) y la cantidad de faacutermaco adsorbida al tiempo t
respectivamente y k1 (h-1) es la constante cineacutetica de pseudo-primer orden
Para el caso del modelo de pseudo-segundo orden o modelo de Ho desarrollado
por Ho y McKay [107] supone que el adsorbato se adsorbe en dos sitios activos
del adsorbente En este caso la ecuacioacuten de la cineacutetica de adsorcioacuten se expresa
como
(3)
y la forma integrada de esta ecuacioacuten queda definida como
(4)
43
donde k2 (gadsmgfarmmiddoth) es la constante cineacutetica de adsorcioacuten de pseudo-segundo
orden Es importante mencionar que ambos modelos cineacuteticos se basan en la
homogeneidad de la superficie del adsorbente y donde soacutelo se considera la
cantidad de sitios involucrados en el proceso Esto se puede interpretar en
teacuterminos cineacuteticos en que la energiacutea de activacioacuten asociada a la adsorcioacuten del
faacutermaco en la superficie es constante y uacutenica en todos los sitios del adsorbente
No obstante cuando la superficie es heterogeacutenea en los sitios de adsorcioacuten se
observa que los modelos propuestos pueden perder validez En estos casos se
prefiere emplear el modelo de Elovich de aplicacioacuten general en procesos de
quimisorcioacuten el cual supone que los sitios activos del adsorbente son
heterogeacuteneos y por ello exhiben diferentes energiacuteas de activacioacuten basaacutendose en
un mecanismo de reaccioacuten de segundo orden para un proceso de reaccioacuten
heterogeacutenea Este modelo ha mostrado resultados satisfactorios en la
identificacioacuten del mecanismo controlante en procesos de adsorcioacuten de un soluto
en fase liacutequida a partir de un soacutelido adsorbente [106 108] y queda descrito
matemaacuteticamente como
(5)
y la forma integrada de esta ecuacioacuten queda definida como
(5)
donde α (mgfarmgadsmiddoth) es la constante de velocidad inicial de adsorcioacuten y β estaacute
relacionado con la superficie cubierta y la energiacutea de activacioacuten por
quimiadsorcioacuten (mgfarmgads) denominada constante de velocidad de desorcioacuten
Finalmente debe considerarse tambieacuten alguna hipoacutetesis sobre el mecanismo de
difusioacuten de los faacutermacos al interior de la estructura de los nanotransportadores Un
modelo aceptado en la literatura es el de difusioacuten intraparticular en el interior de
44
los poros de la partiacutecula de adsorbente el que se basa en el transporte de soluto a
traveacutes de la estructura interna de los poros de adsorbente y la difusioacuten
propiamente dicha en el soacutelido lo que conlleva a asumir que el adsorbente posee
una estructura porosa homogeacutenea Weber y Morris (1963) concluyeron que en un
proceso controlado por la adsorcioacuten en los poros la velocidad inicial es
directamente proporcional a la concentracioacuten del soluto La difusioacuten intraparticular
se caracteriza por la dependencia entre la adsorcioacuten especiacutefica y la raiacutez cuadrada
del tiempo siendo la pendiente la velocidad de difusioacuten intraparticular
Con base en lo anterior la ecuacioacuten que define la difusioacuten intraparticular viene
dada por
(5)
Donde ki (mgfarmgadsmiddoth 12) es la constante de velocidad de difusioacuten intraparticular y
Ci entrega informacioacuten sobre el grosor de la capa de adsorbato [105] Esta
ecuacioacuten ha sido utilizada por diferentes investigadores para determinar si la
difusioacuten intraparticular es la etapa controlante de la dinaacutemica de adsorcioacuten de
especies ioacutenicas [109 110]
522 Adsorcioacuten de PRX
Las cineacuteticas de adsorcioacuten de ambos nanotransportadores para PRX se muestran
en la Figura 22 Para ellos se realizaron ajustes no lineales de la data
experimental y los valores obtenidos los cuales se reportan en la Tabla 5 Los
faacutermacos son moleacuteculas capaces de establecer interacciones supramoleculares
con nanomateriales las que dependeraacuten de los grupos funcionales que posean
del solvente en el cual se encuentran disueltos y el pH del medio Las
interacciones supramoleculares maacutes frecuentes son las electrostaacuteticas enlaces de
hidroacutegeno van der Waals e hidrofoacutebicas [111 112]
45
En el caso de lo nanotransportadores empleados en este estudio se observa que
ambos materiales adsorben PRX y los datos experimentales se ajustan a una
cineacutetica de pseudo-primer orden Se ha elegido este modelo pues las funciones
estadiacutesticas de coeficiente de correlacioacuten (R2) y el test de chi-cuadrado (χ2) el cual
es una prueba de hipoacutetesis que compara la distribucioacuten observada de los datos
con una distribucioacuten esperada de los datos Ambos caacutelculos se realizaron
mediante empleando el software Origin Pro 80 mediante la funcioacuten de anaacutelisis no
lineal donde se ajustaron los tres modelos estudiados
Figura 22 Cineacutetica y ajustes de modelos cineacuteticos de adsorcioacuten para PRX en los
nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Figura 23 Esquema propuesto para la adsorcioacuten de PRX en los sistemas
sintetizados (A) Fe3O4-NT y (B) Fe3O4-NT-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Sistema aislado Sistema en disolucioacuten
Sistema aislado Sistema en disolucioacuten
46
Tabla 5 Modelos cineacuteticos para la adsorcioacuten de PRX en los adsorbentes NT-
Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
qe exp (mgPRXgads) 391 487
Pseudo primer-orden (Modelo de Lagergren)
qe (mgPRXgads) 413 488
k1 (h-1) 0038 0079
R2 09964 09911
χ2 0817 287
Pseudo segundo-orden (Modelo de Ho)
qe (mgPRXgads) 539 566
k2 (gAdsmgPRXmiddoth) 649x10-4 168x10-3
R2 09921 09935
χ2 179 210
Quimisoricioacuten (Modelo de Elovich)
α (mgPRXgadsmiddoth) 595 1629
β (mgPRXg) 0100 0097
R2 09501 09613
χ2 1030 1085
Cabe mencionar que de acuerdo a los reportes Rozou y col [96] el faacutermaco PRX
al pH de adsorcioacuten se encuentra en su forma zwitterioacutenica El Fe3O4 es un material
inorgaacutenico que muestra un pI de 68 [113] A las condiciones de adsorcioacuten
estudiadas el pH del agua fue de 60 luego la superficie del NT-Fe3O4 se
encuentra cargada de forma positiva esperaacutendose que la interaccioacuten del faacutermaco
con el adsorbente sea mediada por interacciones electroestaacuteticas tal como se
muestra en el esquema de la Figura 23
Con la incorporacioacuten del PAMAM a la fase inorgaacutenica se observa un incremento
de un 25 en la capacidad de adsorcioacuten de PRX Esto se puede interpretar en
47
teacuterminos moleculares haciendo la aproximacioacuten de los moles disponibles de
PAMAM en funcioacuten de la cantidad adsorbida en comparacioacuten a NT-Fe3O4 sin
modificar Desde la Tabla 2 se sabe que hay una cantidad de 243 micromol de
PAMAM por gramo de adsorbente debido a que el incremento en la adsorcioacuten
fueron 96 mg de PRX (o 290 micromol de PRX) se puede asumir una estequiometriacutea
PRXPAMAM = 119 De acuerdo a reportes previos publicados por nuestro grupo
de investigacioacuten se sabe que PRX a pH 70 se adsorbe efectivamente en la
estructura PAMAM alcanzando una estequiometriacutea PRXPAMAM = 23 [59] En
este caso pH 60 no hay cambios significativos en la estructura del faacutermaco ni
en la del dendriacutemero por lo que deberiacutea haberse esperado un incremento
significativo de la adsorcioacuten de PRX en relacioacuten al nanotransportador NT-Fe3O4
Sin embargo este efecto no fue observado en el nanotubo hiacutebrido funcionalizado
con PAMAM Con estos resultados se puede asumir que la afinidad del PRX
mucho mayor por la adsorcioacuten en el material inorgaacutenico que por la adsorcioacuten en
los bolsillos de la cavidades internas del PAMAM
En relacioacuten a los resultados cineacuteticos se observa un aumento en la pseudo-
constante cineacutetica de adsorcioacuten siendo k1(NT-Fe3O4) lt k1(NT-Fe3O4-PAMAM) Para poder
interpretar el fenoacutemeno en forma mecaniacutestica la data experimental se ha ajustado
al modelo de difusioacuten intrapartiacutecula de Weber-Morris el que se muestra en la
Figura 24 En esta figura se puede observar tres segmentos lineales lo cual indica
que el proceso de adsorcioacuten de PRX en los nanotubos procede en tres etapas
para ambos sistemas Una situacioacuten similar ha sido observada en el caso de la
cineacutetica de adsorcioacuten de cefalosporina en micropartiacuteculas polimeacutericas por Cigu y
colaboradores quienes han descritos las diferentes etapas de la siguiente
forma[105]
a) Adsorcioacuten del adsorbato en la superficie del adsorbente
b) Difusioacuten intrapartiacutecula desde la zona externa a la superficie del adsorbente
c) Equilibrio de adsorcioacuten donde quedan muy pocos sitios disponibles para la
adsorcioacuten
48
Figura 24 Graacutefico de adsorcioacuten de PRX en los nanotransportadores sintetizados
considerando un modelo de difusioacuten intrapartiacutecula en tres etapas Fuente
Elaboracioacuten propia
Ambos sistemas muestran el mismo perfil de difusioacuten intrapartiacutecula y los valores
de las constantes de velocidad para las etapas (a) y (b) presentan valores
relativamente bajos aunque difieren levemente tal como se resume en la Tabla 6
En el caso de NT-Fe3O4 se observa que la etapa limitante corresponde a la
adsorcioacuten de PRX en la superficie del nanomaterial a diferencia de NT-Fe3O4-
PAMAM donde se observa que la etapa limitante es la difusioacuten intrapartiacutecula Esta
diferencia se puede explicar debido a que PAMAM posee grupos ndashNH2
superficiales que al pH de adsorcioacuten estaacuten protonados (ver Figura 23) lo que
incrementa la carga eleacutectrica superficial del nanotransportador este hecho podriacutea
provocar un aumento en la velocidad inicial de adsorcioacuten de PRX si los efectos
electroestaacuteticos gobiernan la velocidad de reaccioacuten en esta etapa considerando
que el PRX presenta una estructura dipolar a pH 60 Sin embargo en la etapa
subsiguiente caracterizada por la adsorcioacuten gradual de PRX las moleacuteculas de
PAMAM unidas covalentes a la superficie de NT-Fe3O4 dificultan el proceso de
difusioacuten intrapartiacutecula provocando una caiacuteda en la constante k(b)
49
Tabla 6 Modelo de difusioacuten intra-partiacutecula para la adsorcioacuten de PRX en los
adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM considerando dos etapas
determinantes en la adsorcioacuten del faacutermaco y una tercera de equilibrio Fuente
Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
Modelo de difusioacuten intrapartiacutecula (Modelo de Weber-Morris)
k(a) (mgPRXgadsh12) 311 766
R(a)2 09879 09903
k(b) (mgPRXgadsh12) 683 409
R(b)2 09872 09944
523 Adsorcioacuten de SIL
En la Figura 25 se muestran las graacuteficas cineacuteticas para la adsorcioacuten de SIL en los
dos nanotransportadores sintetizados Las consideraciones de ajuste de los
modelos cineacuteticos se hicieron de la misma forma que para los estudios realizados
con PRX y los valores obtenidos se resumen en la Tabla 7
Figura 25 Cineacutetica y ajustes de modelos cineacuteticos de adsorcioacuten para SIL en los
nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
50
El comportamiento de los sistemas frente a la adsorcioacuten de SIL muestra la misma
tendencia que la observada en el caso de PRX Ambos nanomateriales adsorben
SIL y la capacidad maacutexima se ve incrementada por la presencia de PAMAM Sin
embargo en este caso ambos sistemas nanotransportadores presentan una gran
afinidad por el faacutermaco obtenieacutendose cargas maacuteximas superiores a 650 mg de
SIL por gramo de nanomaterial valores muy superiores a los obtenidos en el caso
de PRX
El faacutermaco SIL se encuentra como moleacutecula neutra al pH de adsorcioacuten (pKa1 70
pKa2 877 pKa3 957 pKa4 1166) Para la adsorcioacuten en NT-Fe3O4 se espera
que las fuerzas que estaacuten predominando en la adsorcioacuten del faacutermaco sean del tipo
Van der Waals y enlace de hidroacutegeno entre los grupos funcionales de SIL y los
grupos hidroxilos de la NT-Fe3O4 Por otro lado las contribuciones hidrofoacutebicas
tambieacuten deberiacutean jugar un rol importante en la adsorcioacuten del faacutermaco en estos
nanomateriales especialmente en el sistema hiacutebrido NT-Fe3O4-PAMAM En el
caso del PAMAM estudios recientes realizados en nuestro grupo de investigacioacuten
han mostrado la gran afinidad que presenta el dendriacutemero por SIL y
experimentos NOESY han demostrado la adsorcioacuten de las moleacuteculas de SIL en las
cavidades internas del PAMAM
Asiacute para el material NT-Fe3O4-PAMAM se observa un incremento significativo de
la adsorcioacuten en relacioacuten al material inorgaacutenico En este caso el faacutermaco SIL
interacciona no solo con NT-Fe3O4 sino que tambieacuten con el dendriacutemero presente
Si se hace el caacutelculo entre la cantidad adsorbida de SIL en presencia de PAMAM
(1504 mg o 3117 micromol por gramo de adsorbente respectivamente) se obtiene
una relacioacuten molar de SILPAMAM = 128 Considerando esta evidencia puede
suponerse que el faacutermaco en el adsorbente NT-Fe3O4-PAMAM no soacutelo se adsorbe
en la superficie del oacutexido inorgaacutenico sino que tambieacuten se estaacute adsorbiendo en las
cavidades del PAMAM con estequiometriacuteas similares a las observadas para otros
faacutermacos insolubles previamente estudiados por nuestro grupo [51 59]
51
Tabla 7 Modelos cineacuteticos para la adsorcioacuten de SIL en los adsorbentes NT-Fe3O4
y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
qe exp (mgSILgads) 6750 8254
Pseudo primer-orden (Modelo de Lagergren)
qe (mgSILgads) 6853 8837
k1 (h-1) 0052 0062
R2 09975 09956
χ2 1656 4415
Pseudo segundo-orden (Modelo de Ho)
qe (mgSILgads) 8706 10233
k2 (gAdsmgSILmiddoth) 673x10-5 535x10-5
R2 09936 09954
χ2 4209 4576
Quimisorcioacuten (Modelo de Elovich)
α (mgSILgadsmiddoth) 1319 1956
β (mgSILg) 569x10-3 548x10-3
R2 09695 09510
χ2 18184 45945
En relacioacuten a los modelos de adsorcioacuten se observa que ambos sistemas se
ajustan mejor a cineacuteticas de pseudo-primer orden con respecto a la adsorcioacuten de
SIL con coeficientes de correlacioacuten y test de chi-cuadrado confiables para el
modelo Las constantes pseudo primer-orden son similares para ambos sistemas
k1(NT-Fe3O4) ~ k1(NT-Fe3O4-PAMAM) y del mismo orden de magnitud que las
determinadas en el caso de la adsorcioacuten de PRX En la Figura 25 se observa que
el maacuteximo de adsorcioacuten de SIL se alcanza a tiempos superiores a 50 horas para
ambos adsorbentes
52
Para entender de manera maacutes acabada la forma en que operan los fenoacutemenos
cineacuteticos de adsorcioacuten se ha realizado el ajuste de Weber-Morris para el modelo
de difusioacuten de intrapartiacutecula el que se muestra en la Figura 26 el cual nuevamente
revela un proceso de adsorcioacuten en tres etapas y los valores de las constantes de
velocidad para las etapas (a) y (b) presentan valores relativamente altos como se
resume en la Tabla 8
Figura 26 Graacutefico de adsorcioacuten de SIL en los nanotransportadores sintetizados
considerando un modelo de difusioacuten intrapartiacutecula en tres etapas Fuente
Elaboracioacuten propia
Considerando que a pH 60 el NT- Fe3O4 se encuentra en su forma protonada SIL
para adsorberse en la superficie del material deberaacute desplazar ese equilibrio para
ocupar un sitio de la superficie tal como se muestra en el siguiente esquema
Fe-OH + H2O [Fe-O-H-OH2]+
[Fe-O-H-OH2]+ + SIL [Fe-O-H-O-SIL] + H2O
Este equilibrio es el que determina la cineacutetica del proceso de adsorcioacuten en el caso
del adsorbente NT-Fe3O4 En el caso del nanotransportador hiacutebrido tambieacuten se
53
observa que la etapa de adsorcioacuten es la limitante de la velocidad del proceso
Comparando ambos sistemas se detecta que k(a)(NT-Fe3O4) ~ k(a)(NT-Fe3O4-PAMAM)
Esta diferencia se puede atribuir a la presencia del dendriacutemero PAMAM en el caso
del nanotransportador hiacutebrido En teacuterminos de naturaleza superficial se espera
que la asociacioacuten SIL-PAMAM incremente la velocidad del proceso con respecto al
nanotransportador inorgaacutenico
Tabla 8 Modelo de difusioacuten intra-partiacutecula para la adsorcioacuten de SIL en los
adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM considerando dos etapas
determinantes en la adsorcioacuten del faacutermaco y una tercera de equilibrio Fuente
Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
Modelo de difusioacuten intrapartiacutecula (Modelo de Weber-Morris)
k(a) (mgSILgadsh12) 577 885
R(a)2 09881 09935
k(b) (mgSILgadsh12) 1059 1135
R(b)2 09803 09828
54
6 CONCLUSIONES Y PERSPECTIVAS
Se logroacute sintetizar los nanotubos de magnetita NT-Fe3O4 obtenidos por la
reduccioacuten de los nanotubos de hematita α-Fe2O3 sintetizados a partir de
tratamiento hidrotermal Se verificoacute la estructura de la magnetita su forma tubular
y propiedades magneacuteticas a traveacutes de las teacutecnicas de caracterizacioacuten difraccioacuten de
rayos X microscopiacutea electroacutenica de transmisioacuten y medidas de susceptibilidad
magneacutetica respectivamente
El nanotubo inorgaacutenico obtenido sirvioacute de soporte para la conjugacioacuten de
dendriacutemero de poli-(amidoamina) de tercera generacioacuten el cual se logroacute inmovilizar
en la superficie de NT-Fe3O4 con un contenido del 16 en masa respecto del
material hiacutebrido El proceso de inmovilizacioacuten no perturboacute las propiedades del
soporte inorgaacutenico en relacioacuten a las propiedades magneacuteticas cristalinas o de
tamantildeo y forma
Los materiales obtenidos fueron capaces de actuar como adsorbentes de los
faacutermacos piroxicam y silibinina siendo eacuteste uacuteltimo quien mostroacute incrementar la
capacidad de adsorcioacuten en presencia de PAMAM Para ambos sistemas y
faacutermacos se determinaron las curvas cineacuteticas de adsorcioacuten donde se logroacute
determinar que independiente del faacutermaco ambos nanotransportadores muestran
ajustarse a cineacuteticas de pseudo-primer orden Finalmente la presencia de PAMAM
no soacutelo potencia la capacidad de adsorcioacuten en los faacutermacos testeados sino que
tambieacuten acelera la etapa de adsorcioacuten superficial con respecto a la determinada
para el adsorbente NT-Fe3O4 por medio del modelo de difusioacuten de Weber-Morris
Para el faacutermaco piroxicam se observoacute que la adsorcioacuten fue mediada
principalmente por interacciones del tipo electroestaacuteticas entre la forma
zwitterioacutenica de piroxicam y la superficie de los nanotransportadores La etapa
limitante de la cineacutetica adsorcioacuten para el caso de NT-Fe3O4 fue la adsorcioacuten
55
superficial y en el caso de NT-Fe3O4-PAMAM fue la etapa de difusioacuten
intrapartiacutecula
Finalmente para el faacutermaco silibinina se observoacute que la adsorcioacuten fue mediada
por las fuerzas de tipo Van der Waals y enlace de hidroacutegeno entre los grupos
funcionales de SIL y los grupos hidroxilos de NT-Fe3O4 Por otro lado las
contribuciones hidrofoacutebicas tambieacuten juegan un rol importante en la adsorcioacuten del
faacutermaco en estos nanomateriales especialmente en el sistema hiacutebrido NT-Fe3O4-
PAMAM Por uacuteltimo se determinoacute que la capacidad de adsorcioacuten se vio
directamente mejorada por la asociacioacuten PAMAM-SIL la que alcanzoacute una relacioacuten
molar SILPAMAM = 12 En ambos casos se observoacute que la etapa limitante de la
cineacutetica de adsorcioacuten fue la adsorcioacuten superficial de SIL en los adsorbentes
56
REFERENCIAS
[1] AZ Wilczewska K Niemirowicz KH Markiewicz H Car Pharmacological
Reports 64 (2012) 1020-1037
[2] S Parveen R Misra SK Sahoo Nanomedicine Nanotechnology Biology
and Medicine 8 (2012) 147-166
[3] V Grazu M Moros C Saacutenchez-Espinel MdlF Jesus V Grazu Frontiers
of Nanoscience Elsevier 2012 pp 337-440
[4] F Danhier O Feron V Preacuteat Journal of Controlled Release 148 (2010)
135-146
[5] A Wicki D Witzigmann V Balasubramanian J Huwyler Journal of
Controlled Release 200 (2015) 138-157
[6] JH Lee Y Yeo Chemical Engineering Science 125 (2015) 75-84
[7] S Manchun CR Dass P Sriamornsak Life Sciences 90 (2012
) 381-387
[8] JHE Arts M Hadi AM Keene R Kreiling D Lyon M Maier K Michel
T Petry UG Sauer D Warheit K Wiench R Landsiedel Regulatory Toxicology
and Pharmacology 70 (2014) 492-506
[9] KA Pramod CP Sunny Nanobiomaterials Handbook CRC Press 2011
pp 1-24
[10] A Khorsand S Jamehbozorgi R Ghiasi M Rezvani Physica E Low-
dimensional Systems and Nanostructures 72 (2015) 120-127
[11] V Loacutepez-Daacutevila AM Seifalian M Loizidou Current Opinion in
Pharmacology 12 (2012 ) 414-419
[12] P-C Lee C-L Peng M-J Shieh Journal of Controlled Release 225
(2016) 140-151
[13] CC Torres CH Campos C Diaacutez VA Jimeacutenez F Vidal L Guzmaacuten JB
Alderete Materials Science and Engineering C 65 (2016) 164-171
[14] CH Campos CF Diacuteaz JL Guzmaacuten JB Alderete CC Torres VA
Jimeacutenez Macromolecular Chemistry and Physics 217 (2016) 1712-1722
[15] D Chang Y Gao L Wang G Liu Y Chen T Wang W Tao L Mei L
57
Huang X Zeng Journal of Colloid and Interface Science 463 (2016) 279-287
[16] J Zaloga M Poumlttler G Leitinger RP Friedrich G Almer S Lyer E
Baum R Tietze R Heimke-Brinck H Mangge F Dorje G Lee C Alexiou
European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics 101 (2016) 152-162
[17] RS Dhanikula P Hildgen Bioconjugate Chemistry 17 (2006) 29-41
[18] A Kesavan P Ilaiyaraja W Sofi Beaula V Veena Kumari J Sugin Lal C
Arunkumar G Anjana S Srinivas A Ramesh SK Rayala D Ponraju G
Venkatraman European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics 96
(2015) 255-263
[19] S Biswas P Kumari PM Lakhani B Ghosh European Journal of
Pharmaceutical Sciences 83 (2016) 184-202
[20] ML Tebaldi RM Belardi SR Montoro Design and Applications of
Nanostructured Polymer Blends and Nanocomposite Systems William Andrew
Publishing Boston 2016 pp 171-186
[21] D Bansal A Gulbake J Tiwari SK Jain International Journal of
Biological Macromolecules 82 (2016) 687-695
[22] AS Timin EV Balantseva SY Khashirova EV Rumyantsev TY
Osadchaya Colloids and Surfaces A Physicochemical and Engineering Aspects
477 (2015) 26-34
[23] J Gautier E Allard-Vannier E Munnier M Souceacute I Chourpa Journal of
Controlled Release 169 (2013) 48-61
[24] SL Leung Z Zha C Cohn Z Dai X Wu Colloids and Surfaces B
Biointerfaces 121 (2014) 141-149
[25] Y Liu Y Ng MR Toh GNC Chiu Journal of Controlled Release 220
Part A (2015) 438-446
[26] G Xu L Li Z Shen Z Tao Y Zhang H Tian X Wei G Shen G Han
Journal of Alloys and Compounds 629 (2015) 36-42
[27] MF Horst V Lassalle ML Ferreira Frontiers of Environmental Science amp
Engineering 9 (2015) 746-769
[28] TJ Bastow A Trinchi MR Hill R Harris TH Muster Journal of
Magnetism and Magnetic Materials 321 (2009) 2677-2681
58
[29] S Bagheri D Ramimoghadam A TermehYousefi SB Abd Hamid
International Journal of Hydrogen Energy 40 (2015) 16178-16183
[30] G Kandasamy D Maity International Journal of Pharmaceutics 496 (2015)
191-218
[31] DS Keerthana K Namratha K Byrappa HS Yathirajan Journal of
Magnetism and Magnetic Materials 378 (2015) 551-557
[32] M Darroudi M Hakimi E Goodarzi R Kazemi Oskuee Ceramics
International 40 (2014) 14641-14645
[33] G Sharma P Jeevanandam RSC Advances 3 (2013) 189-200
[34] C-J Jia L-D Sun F Luo X-D Han LJ Heyderman Z-G Yan C-H
Yan K Zheng Z Zhang M Takano N Hayashi M Eltschka M Klaumlui U
Ruumldiger T Kasama L Cervera-Gontard RE Dunin-Borkowski G Tzvetkov J
Raabe Journal of the American Chemical Society 130 (2008) 16968-16977
[35] N Mizutani T Iwasaki S Watano T Yanagida T Kawai Current Applied
Physics 10 (2010) 801-806
[36] C-J Jia L-D Sun Z-G Yan L-P You F Luo X-D Han Y-C Pang Z
Zhang C-H Yan Angewandte Chemie 117 (2005) 4402-4407
[37] Z-G Yue W Wei Z-X You Q-Z Yang H Yue Z-G Su G-H Ma
Advanced Functional Materials 21 (2011) 3446-3453
[38] SJ Son X Bai SB Lee Drug Discovery Today 12 (2007) 650-656
[39] SJ Son J Reichel B He M Schuchman SB Lee Journal of the
American Chemical Society 127 (2005) 7316-7317
[40] GT Hermanson Bioconjugate Techniques (Third edition) Academic Press
Boston 2013 pp 535-548
[41] S Mallakpour M Madani Progress in Organic Coatings 86 (2015) 194-207
[42] P Yu J He L Yang M Pu X Guo Journal of Catalysis 260 (2008) 81-85
[43] X Zheng T Wang H Jiang Y Li T Jiang J Zhang S Wang Asian
Journal of Pharmaceutical Sciences 8 (2013) 278-286
[44] L Tan J Liu W Zhou J Wei Z Peng Materials Science and Engineering
C 45 (2014) 524-529
[45] ER Gillies JMJ Freacutechet Journal of the American Chemical Society 124
59
(2002) 14137-14146
[46] S Khoee K Hemati Polymer 54 (2013) 5574-5585
[47] U Gupta O Perumal SGKTL Deng Natural and Synthetic Biomedical
Polymers Elsevier Oxford 2014 pp 243-257
[48] U Boas PMH Heegaard Chemical Society Reviews 33 (2004) 43-63
[49] U Gupta HB Agashe A Asthana NK Jain Biomacromolecules 7 (2006)
649-658
[50] A Shakhbazau I Isayenka N Kartel N Goncharova I Seviaryn S
Kosmacheva M Potapnev D Shcharbin M Bryszewska International Journal of
Pharmaceutics 383 (2010) 228-235
[51] PA Barra L Barraza VA Jimeacutenez JA Gaviacuten JB Alderete
Macromolecular Chemistry and Physics 215 (2014) 372-383
[52] PM Patel R Patel D Wadia RM Patel Asian Journal of Pharmaceutical
Sciences 10 (2015) 306-313
[53] L Mei Z Zhang L Zhao L Huang X-L Yang J Tang S-S Feng
Advanced Drug Delivery Reviews 65 (2013) 880-890
[54] Sn Svenson DA Tomalia Advanced Drug Delivery Reviews 57 (2005)
2106-2129
[55] L Porcar Y Liu R Verduzco K Hong PD Butler LJ Magid GS Smith
W-R Chen The Journal of Physical Chemistry B 112 (2008) 14772-14778
[56] E Markatou V Gionis GD Chryssikos S Hatziantoniou A
Georgopoulos C Demetzos International Journal of Pharmaceutics 339 (2007)
231-236
[57] K Borowska S Wołowieca A Rubaj K Głowniakc E Sieniawska S
Radej International Journal of Pharmaceutics 426 (2012) 280-283
[58] S Kavyani S Amjad-Iranagh H Modarress The Journal of Physical
Chemistry B 118 (2014) 3257-3266
[59] PA Barra L Barraza VA Jimeacutenez JA Gaviacuten JB Alderete Structural
Chemistry 25 (2014) 1443-1455
[60] C Kojima K Kono K Maruyama T Takagishi Bioconjugate Chemistry 11
(2000) 910-917
60
[61] AK Patri JF Kukowska-Latallo JR Baker Jr Advanced Drug Delivery
Reviews 57 (2005) 2203-2214
[62] D Luong P Kesharwani R Deshmukh MCI Mohd Amin U Gupta K
Greish AK Iyer Acta Biomaterialia 43 (2016) 14-29
[63] X Xu J Li S Han C Tao L Fang Y Sun J Zhu Z Liang F Li
European Journal of Pharmaceutical Sciences 88 (2016) 178-190
[64] P-C Lin S Lin PC Wang R Sridhar Biotechnology Advances 32 (2014)
711-726
[65] C Baudot CM Tan JC Kong Infrared Physics amp Technology 53 (2010)
434-438
[66] JB Hall MA Dobrovolskaia AK Patri SE McNeil Nanomedicine 2
(2007) 709-803
[67] DB Williams CB Carter Transmission Electron Microscopy A Textbook
for Materials Science Springer US Boston MA 2009 pp 3-22
[68] H Wang PK Chu S Bose Characterization of Biomaterials Academic
Press Oxford 2013 pp 105-174
[69] M Rudolph J Erler UA Peuker Colloids and Surfaces A
Physicochemical and Engineering Aspects 397 (2012) 16-23
[70] T Zhao W Luo Y Deng Y Luo P Xu Y Liu L Wang Y Ren W Jiang
Nano Energy 26 (2016) 16-25
[71] F Rouquerol J Rouqueron K Sing Adsorption by Powders and Porous
Solids Academic Press 1999
[72] M Naderi Progress in Filtration and Separation Academic Press Oxford
2015 pp 585-608
[73] J Rouquerol F Rouquerol P Llewellyn G Maurin KSW Sing
Adsorption by powders and porous solids principles methodology and
applications Academic press 2014
[74] CP Poole FJ Owens Introduccioacuten a la nanotecnologiacutea Editorial Reverte
2007
[75] JL Kirschvink DS Jones BJ MacFadden Magnetite Biomineralization
and Magnetoreception in Organisms A New Biomagnetism Springer US 2013
61
[76] TM El-Alaily MK El-Nimr SA Saafan MM Kamel TM Meaz ST
Assar Journal of Magnetism and Magnetic Materials 386 (2015) 25-30
[77] DJ Dunlop Ouml Oumlzdemir Treatise on Geophysics (Second Edition)
Elsevier Oxford 2015 pp 255-308
[78] A Savić D Čokeša S Lazarević B Jokić D Janaćković R Petrović LS
Živković Powder Technology 301 (2016) 511-519
[79] S Rajput CU Pittman Jr D Mohan Journal of Colloid and Interface
Science 468 (2016) 334-346
[80] M Kumari CU Pittman Jr D Mohan Journal of Colloid and Interface
Science 442 (2015) 120-132
[81] Y Mansourpanah Z Jafari Reactive and Functional Polymers 93 (2015)
178-189
[82] S Sundar R Mariappan S Piraman Powder Technology 266 (2014) 321-
328
[83] P Roonasi A Holmgren Applied Surface Science 255 (2009) 5891-5895
[84] J Safari Z Zarnegar Journal of Molecular Structure 1072 (2014) 53-60
[85] KL Pickering S Raa Khimi S Ilanko Composites Part A Applied Science
and Manufacturing 68 (2015) 377-386
[86] AK Ladavos AP Katsoulidis A Iosifidis KS Triantafyllidis TJ
Pinnavaia PJ Pomonis Microporous and Mesoporous Materials 151 (2012) 126-
133
[87] VMdS Rocha MdG Pereira LR Teles MOdG Souza Materials
Science and Engineering B 185 (2014) 13-20
[88] JZ Marinho RHO Montes AP de Moura E Longo JA Varela RAA
Munoz RC Lima Materials Research Bulletin 49 (2014) 572-576
[89] PM Huang Y Li ME Sumner Handbook of Soil Sciences Properties and
Processes Second Edition Taylor amp Francis 2011
[90] C Klein CS Hurlbut Manual de mineralogiacutea Reverte 1996
[91] Y-F Lin J-L Chen C-Y Xu T-W Chung Chemical Engineering Journal
250 (2014) 409-415
[92] AK Gupta M Gupta Biomaterials 26 (2005) 3995-4021
62
[93] C Sun JSH Lee M Zhang Advanced Drug Delivery Reviews 60 (2008)
1252-1265
[94] N Rai M Sarkar S Raha Pharmacological Reports 67 (2015) 1215-1223
[95] Z Lavrič J Pirnat J Lužnik U Puc Z Trontelj S Srčič Journal of
Pharmaceutical Sciences 104 (2015) 1909-1918
[96] S Rozou A Voulgari E Antoniadou-Vyza European Journal of
Pharmaceutical Sciences 21 (2004) 661-669
[97] H-S Gwak J-S Choi H-K Choi International Journal of Pharmaceutics
297 (2005) 156-161
[98] RP Aquino G Auriemma M dacuteAmore AM DacuteUrsi T Mencherini P Del
Gaudio Carbohydrate Polymers 89 (2012) 740-748
[99] IE Shohin JI Kulinich GV Ramenskaya B Abrahamsson S Kopp P
Langguth JE Polli VP Shah DW Groot DM Barends JB Dressman
Journal of Pharmaceutical Sciences 103 (2014) 367-377
[100] R Silva H Ferreira AC Carvalho AC Gomes A Cavaco-Paulo Colloids
and Surfaces B Biointerfaces 92 (2012) 277-285
[101] M Meloun D Burkoˇnovaacute T Syrovyacute A Vraacutena Analytica Chimica Acta 486
(2003) 125-141
[102] D Zheng Y Wang D Zhang Z Liu C Duan L Jia F Wang Y Liu G
Liu L Hao Q Zhang Cancer Letters 307 (2011) 158-164
[103] Q Wang R Liu X Shen L Zou D Wu Journal of Nanoscience and
Nanotechnology 14 (2014) 2871-2877
[104] N Caliskan AR Kul S Alkan EG Sogut I Alacabey Journal of
Hazardous Materials 193 (2011) 27-36
[105] TA Cigu S Vasiliu S Racovita C Lionte V Sunel M Popa C Cheptea
European Polymer Journal 82 (2016) 132-152
[106] M Oumlzacar İA Şengil Process Biochemistry 40 (2005) 565-572
[107] YS Ho G McKay Process Biochemistry 34 (1999) 451-465
[108] AB Peacuterez-Mariacuten VM Zapata JF Ortuntildeo M Aguilar J Saacuteez M Lloreacutens
Journal of Hazardous Materials 139 (2007) 122-131
[109] BF Urbano I Villenas BL Rivas CH Campos Chemical Engineering
63
Journal 268 (2015) 362-370
[110] J Peacuterez L Toledo CH Campos BL Rivas J Yantildeez BF Urbano
Chemical Engineering Journal 287 (2016) 744-754
[111] JW Steed DR Turner K Wallace Core Concepts in Supramolecular
Chemistry and Nanochemistry Wiley 2007
[112] A Buczkowski D Waliszewski P Urbaniak B Palecz International
Journal of Pharmaceutics 505 (2016) 1-13
[113] M Kosmulski Advances in Colloid and Interface Science
xii
Fe3O4 y (c) NT-Fe3O4-PAMAM
Figura 18 Imaacutegenes de SEM de los materiales (a) NT-Fe3O4 (b)
NT-Fe3O4-PAMAM
35
Figura 19 Micrografiacuteas de TEM de NT-Fe3O4 (a b) NT-Fe3O4-
PAMAM (e f) y las curvas de distribucioacuten del largo (c g) y
diaacutemetro externo (d h) para ambos NT-Fe3O4 y NT-
Fe3O4-PAMAM respectivamente
36
Figura 20 Curva de magnetizacioacuten obtenida para NT-Fe3O4 (a b) y
NT-Fe3O4-PAMAM (c d) utilizando un magnetoacutemetro de
muestra vibrante (VSM) a 17degC
39
Figura 21 Estructuras de los faacutermacos de intereacutes (a) Piroxicam y
(b) Silibinina
40
Figura 22 Cineacutetica y ajustes de modelos cineacuteticos de adsorcioacuten
para PRX en los nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-
Fe3O4-PAMAM
45
Figura 23 Esquema propuesto para la adsorcioacuten de PRX en los
sistemas sintetizados (A) Fe3O4-NT y (B) Fe3O4-NT-
PAMAM
45
Figura 24 Graacutefico de adsorcioacuten de PRX en los nanotransportadores
sintetizados considerando un modelo de difusioacuten
intrapartiacutecula en tres etapas
48
Figura 25 Cineacutetica y ajustes de modelos cineacuteticos de adsorcioacuten
para SIL en los nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-
Fe3O4-PAMAM
49
Figura 26 Graacutefico de adsorcioacuten de SIL en los nanotransportadores
sintetizados considerando un modelo de difusioacuten
intrapartiacutecula en tres etapas
52
xiii
IacuteNDICE DE TABLAS
Paacutegina
Tabla 1 Impacto en la masa molecular y en el tamantildeo de los
dendriacutemeros PAMAM seguacuten crece la generacioacuten [48]
11
Tabla 2 Porcentaje de peacuterdida de masa y material acoplado
GPTMS y PAMAM (G3) al NT-Fe3O4
31
Tabla 3 Superficie especiacutefica tamantildeo promedio de poro y volumen
de poro determinadas por las de BET y BJH [73 86] para
los materiales en base a NT-Fe3O4 sintetizados
33
Tabla 4 Resumen de paraacutemetros magneacuteticos para los materiales
preparados a 17degC
37
Tabla 5 Modelos cineacuteticos para la adsorcioacuten de PRX en los
adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM
46
Tabla 6 Modelo de difusioacuten intra-partiacutecula para la adsorcioacuten de
PRX en los adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM
considerando dos etapas determinantes en la adsorcioacuten
del faacutermaco y una tercera de equilibrio
49
Tabla 7 Modelos cineacuteticos para la adsorcioacuten de SIL en los
adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM
51
Tabla 8 Modelo de difusioacuten intra-partiacutecula para la adsorcioacuten de SIL
en los adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM
considerando dos etapas determinantes en la adsorcioacuten
del faacutermaco y una tercera de equilibrio
53
1
1 INTRODUCCIOacuteN
En la actualidad existe una amplia gama de faacutermacos disponibles para el
tratamiento de diferentes tipos de enfermedades En el tratamiento de un proceso
fisiopatoloacutegico se espera que la administracioacuten de los medicamentos se realice de
forma tal que alcance su lugar de accioacuten con una determinada concentracioacuten No
obstante algunos medicamentos muestran una escasa solubilidad en el plasma
sanguiacuteneo asiacute como tambieacuten en el medio inter-intracelular Por lo general solo el
1 de la dosis administrada llega al sitio diana mientras que el resto del faacutermaco
se distribuye a traveacutes del resto de ceacutelulas y tejidos Esta desventaja impone la
administracioacuten de altas dosis de faacutermacos para lograr un aumento de su
concentracioacuten local lo que provoca numerosos efectos toxicoloacutegicos e
inmunoloacutegicos indeseables [1-3]
Esta limitante estaacute siendo superada gracias al desarrollo de una variedad de
transportadores de faacutermacos los que actuacutean por asociacioacuten fiacutesica yo quiacutemica
entre la sustancia activa y el transportador Entre las muacuteltiples ventajas que
pueden aportar los transportadores de faacutermacos se destaca el control de las
concentraciones plasmaacuteticas y de la distribucioacuten tisular gracias a que protege la
sustancia activa contra la inactivacioacuten (quiacutemica enzimaacutetica o inmunoloacutegica) desde
el lugar de administracioacuten hasta el sitio de accioacuten [2 4-7] Los sistemas
transportadores han sido clasificados de acuerdo a su naturaleza quiacutemica o a su
tamantildeo pero en las uacuteltimas deacutecadas son aquellos denominados
nanotransportadores los que han mostrado los resultados maacutes promisorios en el
desarrollo de sistemas vectorizados de transporte y liberacioacuten de faacutermacos para el
tratamiento especiacutefico de enfermedades
Los nanotransportadores son sistemas que se caracterizan por ser de tamantildeo
nanomeacutetrico donde sus medidas pueden fluctuar entre 1 y 100 nm en una o maacutes
de sus dimensiones [8 9] (ver Figura 1) La adsorcioacuten del faacutermaco ocurre
generalmente al interior de cavidades del nanotransportador las cuaacuteles permiten
2
alojar las moleacuteculas de faacutermaco en un fenoacutemeno que se describe como
encapsulacioacuten [10 11] Dentro de los nanotransportadores de faacutermacos que
cumplen con estos requisitos se encuentran aqueacutellos que se basan en sistemas
inorgaacutenicos orgaacutenicos y aqueacutellos denominados hiacutebridos que son una mezcla de
ambos
De la familia de transportadores basados en nanomateriales (NM) inorgaacutenicos se
pueden mencionar algunos como nanotubos de carbono (CNTs) [12] nanotubos
de oacutexidos inorgaacutenicos como TiO2 [13] y Al2O3 [14] nanopartiacuteculas de oacutexidos
inorgaacutenicos como SiO2 [15] y Fe3O4 [16] entre otros La principal caracteriacutestica de
estos sistemas es su nula solubilidad en el plasma sanguiacuteneo La habilidad de
adsorber faacutermacos de estos materiales viene dada principalmente porque
disponen de un aacuterea superficial y porosidad que permiten el alojamiento del
faacutermaco al interior de los poros lo que ralentiza su liberacioacuten una vez internalizado
en el hueacutesped
Figura 1 Algunos tipos de nanomateriales utilizados en el transporte de faacutermacos
y para diagnoacutestico e imagen [17]
Los NM orgaacutenicos tambieacuten se han considerado una buena alternativa para su uso
como sistemas nanotransportadores de faacutermacos de los que se pueden mencionar
a los dendriacutemeros [18] micelas [19] poliacutemeros [20] y liposomas [21] entre otros A
diferencia de los materiales inorgaacutenicos los nanomateriales orgaacutenicos pueden
Poliacutemero lineal Quantum Dots Nanopartiacutecula
Micela polimeacuterica Liposoma Dendriacutemero
3
actuar de forma soluble o insoluble en el plasma sanguiacuteneo El principio de
adsorcioacuten se basa en la diferencia de afinidad del faacutermaco frente al medio
dispersante De forma general faacutermacos que son poco solubles en agua se
adsorben de forma efectiva en sistemas que posean cavidades hidroacutefobas
Los sistemas nanotransportadores hiacutebridos nacen de la necesidad de combinar
propiedades de los sistemas inorgaacutenicos yo orgaacutenicos con el fin de producir un
NM que muestre una alta sinergia entre ambos componentes en el proceso de
adsorcioacuten y liberacioacuten de faacutermacos [1314 22] Dependiendo de la naturaleza del
sistema hiacutebrido se pueden clasificar en hiacutebridos inorgaacutenicoinorgaacutenico [23]
hiacutebridos inorgaacutenicoorgaacutenico [24] e hiacutebridos orgaacutenicoorgaacutenico [25]
11 Nanomateriales magneacuteticos
Dentro de los NM inorgaacutenicos maacutes interesantes se encuentran las
nanoestructuras de oacutexidos hierro El oacutexido de hierro existe en la naturaleza en tres
fases magnetita (Fe3O4) maghemita (γ-Fe2O3) y hematita (α-Fe2O3) [26] La
magnetita presenta las propiedades maacutes interesantes entre todos los demaacutes
oacutexidos de hierro debido a la presencia de cationes de hierro en dos estados de
valencia (Fe2+ y Fe3+) en su estructura cubica centrada en la cara de tipo espinela
(AB2O4) inversa En ella el oxiacutegeno forma un empaquetado cuacutebico compacto
donde la mitad de los cationes Fe3+ ocupan sitios tetraeacutedricos (A) mientras que la
otra mitad de Fe3+ y los cationes Fe2+ ocupan los sitios octaeacutedricos (B) [27] lo cual
le confiere susceptibilidad magneacutetica
El nuacutemero de cationes Fe3+ en cada sitio de la red cristalina (tetraeacutedrico y
octaeacutedrico) es el mismo pero con direcciones opuestas del espiacuten magneacutetico por
lo tanto los momentos magneacuteticos de los cationes Fe3+ se anulan entre siacute como
resultado los cationes Fe2+ son los responsables del momento magneacutetico neto en
la magnetita Por lo cual la magnetita posee un comportamiento ferrimagneacutetico es
decir los espines magneacuteticos son antiparalelos y sus magnitudes son desiguales
4
El comportamiento de este material magneacutetico puede cambiar draacutesticamente
dependiendo del tamantildeo A medida que el tamantildeo de la estructura disminuye los
multidominios magneacuteticos cambian hasta obtener una estructura conformada por
un solo dominio magneacutetico [27-29] dando como resultado una nueva propiedad
magneacutetica denominada superpara-magnetismo Esta propiedad se define como la
capacidad de ciertos NM magneacuteticos que poseen alta susceptibilidad y saturacioacuten
de magnetizacioacuten bajo la influencia de un campo magneacutetico las que pierden
completamente una vez que se elimina el campo magneacutetico lo que resulta una
remanencia magneacutetica y coercitividad de cero [30] Debido a su baja toxicidad y
alta biocompatibilidad ademaacutes de la alta estabilidad mecaacutenica teacutermica y quiacutemica
la magnetita ha atraiacutedo mucho la atencioacuten para aplicaciones biomeacutedicas tales
como resonancia magneacutetica hipertermia magneacutetica terapia del caacutencer liberacioacuten
controlada de faacutermacos ingenieriacutea de tejidos entre otras [29-32]
Muchos esfuerzos tambieacuten se han llevado a cabo en la siacutentesis y propiedades de
las nanoestructuras de oacutexido de hierro con morfologiacuteas bien definidas como
nanocristales poliedros cubos varillas tubos entre otros [26] Varios meacutetodos
sinteacuteticos han sido reportados para la preparacioacuten de nanopartiacuteculas de oacutexido de
hierro que incluyen co-precipitacioacuten irradiacioacuten de ultrasonido siacutentesis
solvotermal siacutentesis hidrotermal microemulsioacuten siacutentesis viacutea microondas y la
descomposicioacuten teacutermica [33] La siacutentesis hidrotermal es una ruta de precipitacioacuten
en fase acuosa que se lleva a cabo en reactores que soportan altas presiones y
temperaturas la que se emplea ampliamente para sintetizar nanoestructuras
funcionales con formas especiacuteficas [26 27] ya que es un proceso simple y de alto
rendimiento con el cual se obtienen nano-arquitecturas de tamantildeo y morfologiacutea
reproducible [31]
Jia y colaboradores han reportado un proceso sencillo para producir nanoanillos
de Fe3O4 en el cual se utiliza la ruta hidrotermal con la participacioacuten de los
aniones dobles SO42- y H2PO4
- como controladores de la morfologiacutea para producir
Fe2O3 como base estructural el cual es sometido a un tratamiento de reduccioacuten en
5
atmoacutesfera de H2 para producir el material en base a magnetita [34] Este meacutetodo
abre la posibilidad de crear una gama de estructuras tridimensionales variando las
relaciones de iones SO42-H2PO4
- durante el tratamiento de siacutentesis hidrotermal
[34] Se ha demostrado que los iones SO42- tienen el efecto de aumentar el
tamantildeo de partiacutecula debido a que aumenta la superficie de las nanoestruturas
Fe2O3 formadas [35] La presencia de iones H2PO4- es el factor crucial que induce
la formacioacuten de una estructura tubular producto de la adsorcioacuten selectiva de iones
fosfato en la superficie de las partiacuteculas de Fe2O3 y su capacidad de coordinar con
los iones feacuterricos [36] Estas estructuras tubulares o nanotubos magneacuteticos (NT-
Fe3O4) no soacutelo conservan el fondo y la forma de una nanovarilla tambieacuten
proporcionan cavidad interna que lo proyectan como un material que permite la
encapsulacioacuten y liberacioacuten controlada de faacutermacos oligoacutemeros supramoleacuteculas
yo macromoleacuteculas entre otras especies [37] las cuales se pueden transportar
de forma segura en el sistema in vivo evitando la degradacioacuten hidroliacutetica o la
precipitacioacuten de faacutermacos hidroacutefobos durante la entrega en el sitio especiacutefico
La principal ventaja de los NT-Fe3O4 como transportadores de faacutermacos es que
pueden poseer la propiedad del para- o superpara-magnetismo para realizar un
seguimiento de la administracioacuten de faacutermacos El traslado de los NTs puede ser
controlado por un campo magneacutetico externo dirigieacutendolo de forma especiacutefica a los
sitios fisioloacutegicos de accioacuten [38] La combinacioacuten de las propiedades magneacuteticas
con una estructura tubular hace de los NT-Fe3O4 un candidato ideal como
nanotransportador empleado en aplicaciones biomeacutedicas La principal limitante
para el empleo de este tipo de sistemas es el tipo de moleacuteculas que pueden ser
adsorbidas ya que en general se ha observado que moleacuteculas de pequentildeo
tamantildeo no son adsorbidas en forma eficiente [34 39]
Una forma de poder superar la baja capacidad de adsorcioacuten de faacutermacos por parte
de los NT-Fe3O4 es generando sistemas hiacutebridos que sean capaces de incorporar
una segunda unidad que incrementen su capacidad de adsorcioacuten Esto se puede
conseguir recubriendo al NT-Fe3O4 con un segundo componente generalmente de
6
naturaleza orgaacutenica obtenido de una fuente natural o sinteacutetica proveyendo
nanoestructuras hibridas con propiedades mejoradas frente a sus componentes
puros La asociacioacuten del componente orgaacutenico con el NM inorgaacutenico puede
realizarse empleando 3 rutas tal como se muestra en la Figura 2
(a) (b) (c)
Figura 2 Esquemas de asociacioacuten componente orgaacutenico en soportes soacutelidos (a)
Adsorcioacuten (b) Adsorcioacuten por formacioacuten de pares ioacutenicos y (c) Anclaje por enlace
covalente
La asociacioacuten por formacioacuten de enlaces covalentes ha sido la teacutecnica maacutes
prometedora y puede llevarse a cabo gracias al uso de moleacuteculas intermediarias
denominadas agentes de acople los cuales son capaces de modificar la superficie
de un soacutelido inorgaacutenico y a su vez unirse covalentemente al estabilizante a traveacutes
de una funcioacuten orgaacutenica reactiva Algunos agentes de acople (AAC) se pueden
clasificar en cuatro grupos aacutecidos carboxiacutelicos poliacutemeros silanos y moleacuteculas
organofosforadas Los AAC del tipo silano son los maacutes utilizadas en los NM
inorgaacutenicos la formula general de este tipo AAC muestra dos clases de
funcionalidades (R1-(CH2)n-Si-(R2)3) Los grupos R1 representan al grupo orgaacutenico
funcional como NH2 SH epoxi metacrilato etc y los grupos R2 representan a un
grupo funcional hidrolizable tal como OCH3 OCH2CH3 o Cl [40 41]
7
Debido a que la superficie de NM inorgaacutenicos de tipo oacutexido poseen grupos
hidroxilos (-OH) eacutestos se utilizan como sitios de reaccioacuten para el proceso de
anclaje El proceso de acoplamiento se logra a traveacutes de la reaccioacuten quiacutemica
entre los grupos trialcoacutexido del AAC y los grupos hidroxilos superficiales del NM
inorgaacutenico [41] tal como se muestra en el esquema de la Figura 3
Figura 3 Esquema de anclaje del AAC en el soporte [42]
Dependiendo de la naturaleza de la moleacutecula orgaacutenica a anclar hay dos formas de
incorporarla en la superficie del soporte anclaje de AAC en la superficie del NM y
posterior reaccioacuten con la moleacutecula de intereacutes o reaccioacuten previa entre moleacutecula y
AAC para realizar el posterior anclaje en la superficie del NM
En este contexto se ha propuesto que la utilizacioacuten de sistemas
nanotransportadores hiacutebridos podriacutean mejoran las variadas limitaciones que
presentan la mayoriacutea de los sistemas nanotransportadores basados en materiales
inorgaacutenicos con baja capacidad de adsorcioacuten Algunos sistemas hiacutebridos
8
propuestos para la adsorcioacuten de faacutermacos han sido nanopartiacuteculas de siacutelice
funcionalizadas con poliacutemeros que contienen guanidina donde se ha estudiado el
comportamiento de carga y liberacioacuten de doxorrubicina y sulfasalazina [22]
nanopartiacuteculas de ZnO-poli(N-isopropilacrilamida) en las cuales se ha estudiado la
liberacioacuten del faacutermaco doxorrubicina en ceacutelulas tumorales [43] nanotubos de
carbono-dendriacutemero los cuales han permitido el aumento significativo de la
solubilidad del faacutermaco carvedilol [44] nanotubos de TiO2 y Al2O3 acoplados a
dendriacutemeros PAMAM cuyo objetivo es combinar las propiedades de adsorcioacuten y
liberacioacuten de metotrexato silibinina y curcumina [13 14]
12 Dendriacutemeros
En el uacuteltimo tiempo ha habido un creciente intereacutes en el uso de macromoleacuteculas
sinteacuteticas en base a poliacutemeros de masa molar controlada y estructura quiacutemica
definida como vectores en la administracioacuten controlada de faacutermacos y otras
aplicaciones terapeacuteuticas o de diagnoacutestico donde se destacan los dendriacutemeros
[45] Los dendriacutemeros son una clase de macromoleacuteculas polimeacutericas de forma
globular altamente ramificadas y monodispersas que constan de un nuacutecleo
central a partir del cual se originan una serie de ramificaciones La palabra
dendriacutemero deriva del teacutermino griego dendron que significa aacuterbol y meros es
decir parte La estructura de un dendriacutemero incluye tres partes un nuacutecleo central
unidades ramificadas y grupos superficiales Las unidades ramificadas estaacuten
dispuestas en capas denominadas generaciones (G) y la zona de la cual emergen
estas ramificaciones se conoce como nodo [23] tal como se muestra en la Figura
4 El tamantildeo de los dendriacutemeros variacutea entre 10-130 Aring de diaacutemetro dependiendo
de la generacioacuten del dendriacutemero [45-47] A pesar de su gran tamantildeo molecular
muestran una muy baja polidispersidad en comparacioacuten con los poliacutemeros
sinteacuteticos tradicionales [48]
La principal ventaja de los dendriacutemeros es que de acuerdo a su estructura
quiacutemica poseen cavidades hidrofoacutebicas caraacutecter que se acentuacutea a medida que
9
crece la generacioacuten del dendriacutemero Esta propiedad favorece la adsorcioacuten de
faacutermacos poco solubles en su interior destacaacutendolos como agentes de transporte
para faacutermacos poco solubles [49-52]
Figura 4 Esquema general de la estructura de un dendriacutemero
Fuente Elaboracioacuten propia
Por otra parte estos nanotransportadores poseen en su superficie un nuacutemero
definido de grupos funcionales (amino carboxilo hidroxilo etc) los que le
confieren una gran versatilidad ya que no soacutelo poseen capacidad para la
adsorcioacuten de faacutermacos en la cavidad interna de la macromoleacutecula sino que al
mismo tiempo los grupos funcionales superficiales permiten realizar
modificaciones brindaacutendoles una alta capacidad de vectorizacioacuten [17 53]
Los dendriacutemeros poliamidoaminas (PAMAM) fueron la primera familia de
dendriacutemeros sintetizados y caracterizados [54] siendo uno materiales de mayor
intereacutes en estudios de nanotransportadores en relacioacuten a su biocompatibilidad Los
dendriacutemeros PAMAM estaacuten constituidos por un nuacutecleo de 12-etilendiamina y
ramificaciones de poliamidoamina [48] En solucioacuten acuosa estos poliacutemeros se
comportan como polielectrolitos ya que las aminas terciarias presente en la
cavidad interna (pKa 30 ndash 60) y las aminas primarias superficiales del dendriacutemero
Nuacutecleo
Ramas
Punto divergente
Grupos funcionales
superficiales
10
(pKa 94 ndash 97) pueden ser protonadas a diferentes pH [13 51] lo cual conlleva a
un cambio en la conformacioacuten tamantildeo y carga del dendriacutemero Los dendriacutemeros
PAMAM estaacuten disponibles comercialmente hasta la deacutecima generacioacuten (G10) Los
de baja generacioacuten (G1-G3) son poco sensibles a los cambios frente a variaciones
de pH poseen conformaciones abiertas [55] y cavidades internas que permiten la
encapsulacioacuten de faacutermacos hidroacutefobos mientras que los grupos superficiales
estaacuten disponibles para interacciones electrostaacuteticas o conjugacioacuten covalente En la
Figura 5 se observa un dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten (G3)
Figura 5 Dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten (G3) Fuente Elaboracioacuten
propia
En la Tabla 1 se puede observar algunas propiedades de los PAMAM A medida
que aumenta la generacioacuten del dendriacutemero hay un aumento progresivo de su
11
tamantildeo (aprox 10 nm en cada generacioacuten) y como consecuencia se observa un
incremento exponencial en el nuacutemero de grupos aminos superficiales
Los dendriacutemeros PAMAM han demostrado ser efectivos como
nanotransportadores de faacutermacos pues poseen baja citotoxicidad son
biodegradables y no inmunogeacutenicos por lo menos hasta la generacioacuten 5 [56 57]
Tabla 1 Impacto en la masa molecular y en el tamantildeo de los dendriacutemeros
PAMAM seguacuten crece la generacioacuten [48]
Dendriacutemeros
PAMAM
generacioacuten
Masa molecular
(kDa)
Diaacutemetro en
nanoacutemetros (nm)
Nuacutemero de
grupos en
superficie
0 0517 15 4
1 1430 22 8
2 3256 29 16
3 6909 36 32
4 14215 45 64
5 28826 54 128
6 58048 67 256
7 116493 81 512
8 233383 97 1024
9 467162 114 2048
10 934720 135 4096
Algunos ejemplos reportados en bibliografiacutea han demostrado el aumento de la
solubilidad de algunos faacutermacos poco solubles en medio acuoso como nifedipina
adsorbida en PAMAM-G3 y PAMAM-G4 [58] aacutecido mefenaacutemico adsorbida en
PAMAM-G2 y PAMAM-G3 [51] piroxicam en PAMAM-G3 [59] metotrexato y
adriamicina en complejos PAMAM-G3-pegilado y PAMAM-G4-pegilado [60] entre
otros
12
La principal aplicacioacuten de los PAMAM como nanotransportadores ha sido en la
adsorcioacuten y liberacioacuten de faacutermacos antineoplaacutesicos [61] Lamentablemente los
sistemas PAMAM no muestran especificidad como para considerarlos potenciales
candidatos para terapias dirigidas en el tratamiento de enfermedades sin ser
previamente vectorizados Es por esto que la investigacioacuten que se ha desarrollado
en los uacuteltimos 10 antildeos ha estado focalizada en la siacutentesis de nanotransportadores
PAMAM modificados con algunas moleacuteculas capaces de conferirle especificidad
en orden a aumentar la liberacioacuten de los faacutermacos adsorbidos en la zona donde se
encuentran los receptores farmacoloacutegicos para asiacute disminuir al miacutenimo su
concentracioacuten en otras zonas del organismo [62 63] Ademaacutes variados estudios
han mostrado que los dendriacutemeros PAMAM poseen una limitada capacidad de
adsorcioacuten de faacutermacos soacutelo de unos cuantos miligramos de faacutermaco por gramo de
dendriacutemero Esto unido a la raacutepida liberacioacuten de las moleacuteculas de faacutermacos bajo
condiciones fisioloacutegicas impone el desarrollo de nuevas estrategias para el disentildeo
de nanotransportadores de faacutermacos en base a dendriacutemeros PAMAM
13 Nanomateriales hiacutebridos oacutexido inorgaacutenicoPAMAM
Dada la capacidad de adsorber faacutermacos del sistema PAMAM y su habilidad de
poder sufrir modificaciones en sus grupos aminos superficiales es que se ha
considerado como un componente que mejorariacutea la capacidad de adsorcioacuten de
faacutermacos poco solubles en sistemas inorgaacutenicos De acuerdo a la experiencia del
grupo de investigacioacuten se sabe que la preparacioacuten de nanotransportadores
hiacutebridos en base a nanotubos de TiO2 y Al2O3 acoplados con dendriacutemeros
PAMAM G3 han demostrado un incremento en la capacidad de adsorcioacuten de
faacutermacos poco solubles como metotrexato silibinina y curcumina [13 14]
En base a las evidencias previas reportadas en relacioacuten al empleo de materiales
hiacutebridos en base a nanotubos de oacutexidos inorgaacutenicos acoplados a dendriacutemeros
PAMAM y las caracteriacutesticas de NM del tipo NT-Fe3O4 es que se ha propuesto la
siacutentesis caracterizacioacuten y evaluacioacuten de la capacidad de adsorcioacuten de faacutermacos
13
de materiales en base a NT-Fe3O4 acoplados a PAMAM G3 los que podriacutean
constituir sistemas con una capacidad de adsorcioacuten superior respecto del NT-
Fe3O4 ademaacutes de exhibir propiedades para- o superpara-magneacuteticas que le
confeririacutean la capacidad de ser magneto-dirigido a los sitios de accioacuten Se espera
realizar la inmovilizacioacuten por medio de la unioacuten covalente entre el NT-Fe3O4 y
PAMAM mediada por un agente de acople de tipo 3-glicidoxipropil-trimetoxisilano
(GPTMS) Los estudios de adsorcioacuten se hicieron con dos faacutermacos poco solubles
como modelos silibinina (SIL) y piroxicam (PRX) empleando como adsorbentes
NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM G3
14
2 HIPOacuteTESIS
La inmovilizacioacuten covalente del dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten en un
NT magneacutetico en base a Fe3O4 permitiraacute adsorber efectivamente faacutermacos que
poseen baja solubilidad en agua
3 OBJETIVOS
31 OBJETIVO GENERAL
Sintetizar un nanotransportador hiacutebrido Fe3O4-PAMAM (G3) con la capacidad de
adsorber faacutermacos con baja solubilidad en agua
32 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
Sintetizar y caracterizar una nanoestructura magneacutetica basada en nanotubos
de Fe3O4 obtenidos por una reduccioacuten de nanotubos Fe2O3
Funcionalizar la nanoestructura magneacutetica con agente de acople por medio de
enlaces covalentes
Obtener un nanomaterial hiacutebrido basado en la inmovilizacioacuten covalente del
dendriacutemero PAMAM en la nanoestructura magneacutetica funcionalizada
Estudiar la adsorcioacuten de los faacutermacos piroxicam y silibinina en el nanomaterial
hiacutebrido
15
4 PARTE EXPERIMENTAL
41 Siacutentesis de los nanotransportadores
411 Siacutentesis de nanotubos de magnetita (Fe3O4)
Para la obtencioacuten de estos nanotubos magneacuteticos primero se realizoacute la siacutentesis de
nanotubos de hematita (α-Fe2O3) como precursor de forma los que fueron
obtenidos por tratamiento hidrotermal de una mezcla de disoluciones de
FeCl36H2O (JTBakerreg) NH4H2PO4 (Sigma-Aldrichreg) y Na2SO4 (Merckreg) de
acuerdo al trabajo reportado por Jia y colaboradores [34] Las relaciones molares
empleadas de la sal precursora y los agentes directores de estructura fueron
FeCl3NH4H2PO4Na2SO4 36121 las que se prepararon en agua desionizada y se
llevaron a un autoclave de 100 mL de capacidad La mezcla se calentoacute a 220degC
durante 48h El precipitado obtenido se separoacute por centrifugacioacuten y se lavoacute tres
veces con agua desionizada y etanol absoluto (Merckreg) respectivamente Despueacutes
el soacutelido se secoacute en una estufa a vaciacuteo por 12h a 80degC para obtener los nanotubos
de Fe2O3 Finalmente los NT-Fe3O4 fueron obtenidos por reduccioacuten de los NT-
Fe2O3 a 360degC bajo flujo continuo de H2 5vv en Ar durante 5h en una rampa de
calentamiento de 1degCmin El rendimiento de la siacutentesis fue de un 91
412 Funcionalizacioacuten de NT-Fe3O4 con el agente de acople
3-glicidoxipropil-trimetoxisilano
Los NT-Fe3O4 se dispersaron en tolueno (Merckreg) seco el cual fue previamente
desgasificado con N2 por 1h en un reactor de vidrio provisto de agitacioacuten mecaacutenica
y atmoacutesfera controlada (ver Figura 6) Al tolueno se agregoacute 1 g de NT- Fe3O4
formando una dispersioacuten negra la que se calentoacute hasta alcanzar la temperatura de
ebullicioacuten Una vez alcanzada la temperatura deseada se inyectoacute el agente de
acople 3-glicidoxipropil-trimetoxisilano (GPTMS 98 Aldrichreg) en relacioacuten 1 mL
GPTMS por 1 g de soporte [13 14] La reaccioacuten se mantuvo a reflujo por 24h Una
16
vez obtenido NT-Fe3O4-GPTMS se lavoacute con acetona (Merckreg) para eliminar el
exceso de GPTMS y se secoacute en estufa a vaciacuteo por 12h a 40degC El rendimiento de
la reaccioacuten acople se determinoacute por medio de anaacutelisis termogravimeacutetrico el cual se
adjunta en la seccioacuten 512
Figura 6 Sistema de reaccioacuten para realizar las modificaciones superficiales de NT-
Fe3O4 Fuente Elaboracioacuten propia
413 Acoplamiento de NT-Fe3O4-GPTMS con dendriacutemero PAMAM
En un reactor de vidrio provisto de agitacioacuten mecaacutenica (Figura 6) se agregaron
050 g de NT-Fe3O4-GPTMS con 25 mL de dimetilsulfoacutexido (DMSO Merckreg) seco
generaacutendose una dispersioacuten negra que se agitoacute durante 1h en N2 a 40degC
Posteriormente se disolvioacute 863 mg de dendriacutemero PAMAM G3 (20 mm en
metanol Sigma-Aldrichreg) seco en 5 mL de DMSO seco y se agregoacute al sistema de
reaccioacuten el cual se mantuvo en agitacioacuten mecaacutenica y a 40degC por un periodo de
48h El material obtenido se lavoacute exhaustivamente con metanol (Merckreg) para
eliminar los restos de DMSO y PAMAM adsorbidos Por uacuteltimo el soacutelido NT-Fe3O4-
PAMAM se secoacute al vaciacuteo a 40degC por un periodo de 24h El rendimiento de la
reaccioacuten conjugacioacuten se determinoacute por medio de anaacutelisis termogravimeacutetrico el cual
se adjunta en la seccioacuten 512
17
42 Caracterizacioacuten de los sistemas
421 Espectroscopia de Infrarrojo con Transformada de Fourier (FT-IR)
Un espectro IR se obtiene al pasar radiacioacuten IR a traveacutes de una muestra y
determinar que fraccioacuten de esta radiacioacuten incidente ha sido absorbida La energiacutea
particular a la que aparece cada banda en el espectro guarda relacioacuten con la
frecuencia de vibracioacuten de una parte de la moleacutecula Los espectros en la regioacuten
infrarroja estaacuten asociados a las transiciones entre niveles de energiacutea vibracional
estos niveles corresponden a vibraciones tensioacuten-contraccioacuten (stretching) y
flexiones (bending) de los enlaces y otros movimientos complejos de las moleacuteculas
[64] La regioacuten IR del espectro electromagneacutetico se encuentra entre 14290-10 cm-1
El intervalo que abarca la espectroscopia infrarroja puede dividirse en tres
regiones IR cercano (NIR) 14290-4000 cm-1 IR medio 4000-400 cm-1 IR lejano
400-10 cm-1 siendo en el IR medio donde se dan la mayoriacutea de las aplicaciones
analiacuteticas tradicionales
En los experimentos comunes de FT-IR un haz de luz infrarroja atraviesa la
muestra y se registra la cantidad de energiacutea absorbida a cada longitud de onda
Esto puede lograrse barriendo el espectro con un haz de luz monocromaacutetico el
cual cambia su longitud de onda a traveacutes del tiempo o usando una transformada de
Fourier para medir todas las longitudes de onda a la vez como se muestra en la
Figura 7 A partir de esto se obtiene un espectro de transmitancia o absorbancia
el cual permite una interpretacioacuten de la naturaleza de los enlaces quiacutemicos
presentes La teacutecnica de FTIR se ha utilizado para estudiar materiales de tamantildeo
nanoescala como moleacuteculas funcionales injertadas covalentemente en nanotubos
de carbono [65] y nanotubos de TiO2 acoplados a dendriacutemero PAMAM [13]
18
Figura 7 Esquema del equipamiento de un FT-IR Fuente Elaboracioacuten propia
Equipamiento
Los materiales puros e hiacutebridos se analizaron en el equipo Nicolet marca Nexus
FT-IR en la zona del IR medio usando como blanco pastilla KBr Para ello se
homogeneizoacute 1 mg de muestra en 100 mg KBr seguido por la obtencioacuten de la
pastilla en prensa hidraacuteulica por uacuteltimo se colocoacute en el portamuestra la pastilla y se
midioacute el espectro a temperatura ambiente barriendo nuacutemeros de onda en el
intervalo medio (4000-400 cm-1) y con un nuacutemero de acumulaciones de 64 scan
422 Difraccioacuten de Rayos X (DRX)
Los rayos X son una forma de radiacioacuten electromagneacutetica que tiene elevada
energiacutea y corta longitud de onda del orden de los espacios interatoacutemicos de los
soacutelidos Cuando un haz de rayos X atraviesa un soacutelido la radiacioacuten se dispersa al
interaccionar con los electrones de los aacutetomos En este caso cada capa de aacutetomos
reflejara parte del haz de rayos X los haces reflejados en las capas sucesivas de
aacutetomos del soacutelido pueden presentar ondas que en una determinada direccioacuten
concuerdan en fase con las ondas reflejadas por otras capas es decir se produce
una interferencia constructiva a este fenoacutemeno se le llama difraccioacuten de rayos X
19
La difraccioacuten de rayos X se puede describir simplemente como la reflexioacuten de un
haz de rayos X incide sobre los planos cristalinos de una muestra soacutelida
empleando la ley de Bragg tal como se muestra en la Figura 8 [64]
Figura 8 Difraccioacuten de Rayos X producida por los diferentes planos de un cristal
Fuente Elaboracioacuten propia
La teacutecnica de difraccioacuten maacutes comuacuten utiliza una muestra pulverizada o policristalina
consistente en muchas partiacuteculas diminutas y orientadas al azar que se exponen a
una radiacioacuten de rayos X monocromaacutetica Como cada partiacutecula de polvo es un
cristal teniendo una gran cantidad de ellos orientados libremente se asegura que
algunas partiacuteculas esteacuten orientadas adecuadamente para que sus planos
cristalograacuteficos cumplan las condiciones para la difraccioacuten y de esta forma obtener
perfiles de difraccioacuten tiacutepicos de cada material
Equipamiento
En este estudio se utilizoacute el difractoacutemetro Rigaku modelo Geigerflex II empleando
el meacutetodo de polvo y usando como estaacutendar interno silicio (cuarzo) La muestra
previamente pulverizada se coloca en un porta objeto para ser irradiado con la
liacutenea κα1 del anticaacutetodo de Fe (λ 19360 Aring) a 35kV y 15mA usando un filtro de
manganeso para eliminar la liacutenea de κβ
20
423 Microscopiacutea Electroacutenica de Transmisioacuten (TEM)
La teacutecnica maacutes utilizada para la caracterizacioacuten de nanomateriales es la
microscopia electroacutenica de transmisioacuten (TEM) la que ofrece imaacutegenes directas de
los nanomateriales con una resolucioacuten espacial hasta el nivel de las dimensiones
atoacutemicas 10-9 m [66] El fundamento del TEM se basa en un haz de electrones que
manejados a traveacutes de lentes electromagneacuteticas se proyecta sobre una muestra
muy delgada situada en una columna de alto vaciacuteo Electrones que atraviesan la
muestran son recogidos y focalizados por la lente objetivo generando una imagen
intermedia ampliada La imagen es ampliada auacuten maacutes gracias a las lentes
proyectoras las cuales controlan la ampliacioacuten de la imagen en la pantalla
fluorescente como se muestra de forma esquemaacutetica en la Figura 9 [67] El TEM
mejora los anaacutelisis morfoloacutegicos y estructurales de nanomateriales ademaacutes
proporciona una mejor resolucioacuten espacial y la capacidad para mediciones
analiacuteticas adicionales [66]
Equipamiento
Las muestras analizadas fueron previamente tratadas tomando una pequentildea
porcioacuten del soacutelido el que se molioacute y disgregoacute en un mortero de aacutegata hasta obtener
un polvo fino Eacuteste se dispersoacute en una mezcla de etanolagua (50 vv) y se
sembroacute en una gradilla de cobre recubierta por una capa de carboacuten y colodioacuten Las
muestras fueron analizadas en un microscopio TEM modelo JEOL JEM -1200EX
II con una resolucioacuten de 5Aring a 120Kv las imaacutegenes obtenidas fueron trabajadas en
el software ImageJ donde se determinaron los diaacutemetros promedio y el largo
promedio de las partiacuteculas empleando la data estadiacutestica entregada directamente
por el software
21
Figura 9 Esquema de un microscopio electroacutenico de transmisioacuten Fuente
Elaboracioacuten propia
424 Microscopia Electroacutenica de Barrido (SEM)
La microscopia electroacutenica de barrido (SEM) es una teacutecnica que permite la
observacioacuten y caracterizacioacuten superficial de materiales inorgaacutenicos y orgaacutenicos
entregando informacioacuten morfoloacutegica del material analizado ademaacutes del
procesamiento y anaacutelisis de imaacutegenes obtenidas Las principales utilidades del
SEM son su alta resolucioacuten la gran profundidad de campo que resuelve una
imagen tridimensional de la muestra y la relativa sencillez de preparacioacuten de las
muestras [66 68] La imagen entregada por el SEM se genera por la interaccioacuten de
un haz de electrones que barre un aacuterea determinada sobre la superficie de la
muestra tal como se muestra la Figura 10 La teacutecnica consiste en hacer incidir en
la muestra un haz de electrones Este bombardeo de electrones provoca la
aparicioacuten de diferentes sentildeales que captadas con detectores adecuados
proporcionan informacioacuten acerca de la naturaleza de la muestra
22
Figura 10 Esquema de un microscopio electroacutenico de barrido Fuente Elaboracioacuten
propia
Equipamiento
Las materiales se analizaron tomando 10 mg de muestra deposinatnadolos en un
porta objeto de aluminio y posteriormente fue analizado en microscopio SEM
modelo JEOL JSM-6380LV
425 Anaacutelisis Termogravimeacutetrico (TGA)
El anaacutelisis termogravimeacutetrico (TGA) es una teacutecnica que consiste en la medida
continua en funcioacuten de la temperatura de la ganancia o peacuterdida de la masa de un
compuesto en una atmoacutesfera determinada [69] Este anaacutelisis suministra
informacioacuten acerca de la estabilidad teacutermica y la composicioacuten porcentual de la
muestra original La instrumentacioacuten utilizada en termogravimetriacutea se denomina
termobalanza y consta baacutesicamente de cinco elementos balanza de precisioacuten
horno calefactor controlado por un programador sensor de temperatura (termopar)
sistema de admisioacuten de gases y sistema de adquisicioacuten de datos Las condiciones
requeridas para la balanza son anaacutelogas a cualquier balanza analiacutetica exactitud
sensibilidad y reproducibilidad
23
Equipamiento
Las muestras fueron llevadas a un analizador teacutermico modelo TGASDTA 851e
Los perfiles de descomposicioacuten teacutermica se barrieron entre 25-1000degC a una
velocidad de calentamiento de 5degC min-1 en un flujo de 20 mLmin-1 de N2 u O2
empleando un crisol de Al2O3
426 Isotermas de Adsorcioacuten-Desorcioacuten de N2 a -196degC
La caracterizacioacuten superficial de materiales porosos como oacutexidos metaacutelicos
zeolitas o poliacutemeros orgaacutenicos mediante isotermas de adsorcioacuten-desorcioacuten permite
determinar paraacutemetros tales como el aacuterea superficial el volumen y la distribucioacuten
del tamantildeo de poros [13 70] Cualquier material soacutelido que contiene cavidades
canales o intersticios puede ser considerado como poroso (Figura 11) Los poros
se pueden clasificar en cerrados y abiertos Los cerrados son aquellos que influyen
en propiedades macroscoacutepicas como densidad o resistencia mecaacutenica pero no
son accesibles a procesos de adsorcioacuten Los abiertos a su vez se pueden
clasificar seguacuten su forma o manera de conexioacuten con el exterior La rugosidad de la
superficie externa de la muestra se distingue de la porosidad en que su
profundidad es menor que su anchura
Figura 11 Representacioacuten esquemaacutetica de un soacutelido poroso [71]
24
La estructura porosa se analiza mediante isotermas de adsorcioacuten de gases Esta
consiste en la adsorcioacuten fiacutesica de un gas (adsorbato) sobre un soacutelido (adsorbente)
a una temperatura dada para distintas presiones relativas de gas
Los adsorbatos maacutes utilizados son el N2 CO2 CO NO benceno y algunos
hidrocarburos alifaacuteticos de cadena corta La adsorcioacuten de N2 a -196degC (77 K) es la
maacutes utilizada debido a que cubre todo el rango de porosidad e interacciona
deacutebilmente con la mayoriacutea de los soacutelidos Ademaacutes la misma isoterma puede ser
utilizada para el anaacutelisis del tamantildeo de poro y para superficie especifica empleando
una variedad de modelos El modelo maacutes usado es el de Brunauer-Emett-Teller
(BET) el cual se basa en dos hipoacutetesis principales a) la superficie del adsorbente
se supone uniforme y no porosa b) las moleacuteculas del gas se adsorben sobre la
superficie en capas sucesivas completas o no en equilibrio dinaacutemico entre siacute y
con las moleacuteculas del gas [72 73]
Equipamiento
Los valores de superficie especiacutefica se obtuvieron a partir de las isotermas de
adsorcioacuten de nitroacutegeno a -196degC realizados en un equipo automaacutetico Micromeritics
modelo ASAP 2010 en el rango de presioacuten relativa de 005-03 Se utilizoacute el meacutetodo
BET para calcular las superficies especiacuteficas utilizando la parte lineal del graacutefico de
acuerdo con las recomendaciones de la IUPAC El volumen de poro y las
distribuciones de tamantildeo de poro fueron calculados a partir de las ramas de
desorcioacuten de las isotermas utilizando el meacutetodo de Barret-Joyner-Halenda (BHJ)
427 Magnetizacioacuten del material
Cuando un material se expone a un campo magneacutetico el giro de sus electrones
producen un momento magneacutetico paralelo al campo al que estaacute expuesto esto es
en el material se ha inducido una magnetizacioacuten (M) que es proporcional al campo
magneacutetico externo (H)
25
En la Figura 12 se observa la curva de magnetizacioacuten de un material
ferromagneacutetico que corresponde a un graacutefico de la magnetizacioacuten (M) frente a un
campo aplicado (H) Inicialmente a medida que aumenta la intensidad del campo
aplicado H M tambieacuten aumenta hasta alcanzar el punto de saturacioacuten Ms
Entonces cuando la intensidad del campo H comienza a disminuir por debajo del
punto de saturacioacuten M no lo hace en la misma proporcioacuten que antes sino que a
valores correspondientes a la curva superior Esto comportamiento se conoce
como histeacuteresis y se produce porque los dominios magneacuteticos que se alinean con
un incremento del campo no vuelven a su orientacioacuten original si el campo es
menor Cuando el campo aplicado H regresa al valor cero el material aun
presenta magnetizacioacuten denominada magnetizacioacuten remanente Mr Para eliminar
la magnetizacioacuten remanente se debe aplicar un campo Hc en sentido contrario al
campo inicialmente aplicado conocido como campo coercitivo Si se continuacutea
aumentando el campo se produce otra saturacioacuten en direccioacuten contraria Si desde
esa posicioacuten se disminuye el campo aplicado se vuelve a repetir el mismo
comportamiento dando lugar auacuten ciclo de histeacuteresis [74]
Figura 12 Representacioacuten de curva de magnetizacioacuten para un material
ferromagneacutetico [74]
26
Los paraacutemetros Ms Mr y Hc obtenidos a partir de la curva de magnetizacioacuten
corresponden a propiedades intriacutensecas de un material aunque los uacuteltimos dos
paraacutemetros mencionados no solo depende del tipo del material sino ademaacutes del
tamantildeo y forma del material temperatura y defecto del material [75]
Con la finalidad de comparar el comportamiento magneacutetico de diferentes materiales
frente a un campo aplicado eacutestos se pueden clasificar en diamagneacutetico
paramagneacutetico ferromagneacutetico (Figura 12) ferrimagneacutetico superparamagneacutetico
antiferromagneacutetico El instrumento maacutes utilizado en los anaacutelisis de materiales
magneacuteticos es el magnetoacutemetro de muestra vibrante (VSM) disentildeado para la
medicioacuten de la magnetizacioacuten y del cual se obtiene el ciclo de histeacuteresis [76 77]
Equipamiento
Para las curvas de magnetizacioacuten se pesaron 10 mg de las muestras las que se
depositaron en caacutepsula de policarbonato Dicha caacutepsula fue llevada al portamuestra
del magnetoacutemetro de muestra vibrante (VSM) modelo MLVSM9 MagLab 9T Oxford
Instrument Todas las mediciones se realizaron a 17degC
428 Adsorcioacuten de Faacutermacos en Nanotubo Fe3O4 y en nanotransportador
hiacutebrido Fe3O4-PAMAM
Los ensayos se disentildearon para seguir la adsorcioacuten del faacutermaco en funcioacuten del
tiempo Para ello en un vaso de precipitado colocado sobre una placa agitadora
con control de temperatura se contactan 200 mL de una disolucioacuten acuosa de SIL
(005 mgmL) con 10 mg del nanotransportador dispersos en 2 mL de agua
desionizada y colocados en el interior de bolsa de diaacutelisis (Thermo Scientific
SnakeSkin Dialysis Tubing 10K MWCO 22mm) tal como se muestra
esquemaacuteticamente en la Figura 13 La cineacutetica de la adsorcioacuten se siguioacute por medio
de espectroscopia de UV-visible tomando aliacutecuotas de 10 mL y monitoreadas a
una longitud de onda de maacutexima absorcioacuten (λmaacutex) del faacutermaco (288 nm) cada una
hora empleando un espectrofotoacutemetro UV-VIS (UV2310IISpectrophotometer) hasta
27
que no se detecta variacioacuten en las lecturas absorbancia en funcioacuten
Figura 13 Esquema del sistema de adsorcioacuten de faacutermacos en los
nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
El mismo procedimiento fue empleado para evaluar la capacidad de encapsulacioacuten
de piroxicam (PRX) donde se empleoacute una concentracioacuten inicial de 001 mgmL y
las medidas de absorbancia se siguieron a λmaacutex = 350 nm Todas las medidas de
absorbancia se realizaron por triplicado y la cuantificacioacuten se realizoacute empleando las
respectivas curvas de calibracioacuten de cada faacutermaco Para ambos sistemas NT-
Fe3O4 y Fe3O4-PAMAM las medidas de encapsulacioacuten se realizaron por duplicado
28
5 DISCUSIOacuteN Y ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
51 Caracterizacioacuten de los nanomateriales
511 Espectroscopia de infrarrojo con transformada de Fourier
La caracterizacioacuten espectroscoacutepica por FT-IR entrega informacioacuten sobre los
grupos superficiales existente en una muestra En la Figura 14 se observa el
espectro de NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM En el caso de NT-Fe3O4 se observa
una banda a 574 cm-1 que corresponde al stretching del enlace de Fe-O de la
magnetita seguido por la banda ubicada entre 945-980 cm-1 asociada al bending
del enlace FendashOndashH atribuido a los grupos hidroxilos adsorbidos en la superficie de
NT-Fe3O4 El bending a 1628 cm-1 se asigna a la vibracioacuten de las moleacuteculas de
H2O fisisorbidas sobre la superficie de la magnetita [78] por uacuteltimo entre 3090-
3430 cm-1 se observa una banda ancha correspondiente al stretching de los
grupos FendashOH superficiales [79 80]
Figura 14 Espectro FT-IR de (a) NT-Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-PAMAM Fuente
Elaboracioacuten propia
29
El NT-Fe3O4-PAMAM tiene un espectro similar al NT-Fe3O4 pero se pueden
identificar la banda asociada al bending N-H de las aminas primarias del PAMAM
a 1541 cm-1 mientras que a 1638 cm-1 se observa una banda atribuida al grupo
carbonilo (C=O) de las amidas que componen ramas de crecimiento internas del
dendriacutemero Las bandas entre 2849-2912 cm-1 corresponden a los stretching de
los grupos metileno (-CH2-) presentes en el agente de acople GPTMS y en la
cadena alifaacutetica del dendriacutemero PAMAM [13 81] Por uacuteltimo la banda de vibracioacuten
atribuida de los grupos ndashNH2 terminales se solapa con la sentildeal de los grupos ndashOH
de la superficie del NT-Fe3O4 Con lo anterior se verifica la presencia del
dendriacutemero PAMAM y la superficie del NT-Fe3O4 utilizando como agente de
acople GPTMS
512 Anaacutelisis Termogravimeacutetrico
Por medio del estudio de TGA se ha podido determinar la cantidad de PAMAM
conjugada en el soacutelido NT-Fe3O4 En la Figura 15 se muestran las curvas de
peacuterdida de masa porcentual en funcioacuten de la temperatura para los tres sistemas
preparados En el caso de NT-Fe3O4 se observa una curva continua hasta
alrededor de los 200degC donde comienza la peacuterdida de materia que corresponde a
desorcioacuten de agua fuertemente fisisorbida en el material En una segunda etapa a
500degC se detecta la peacuterdida en masa atribuida a la oxidacioacuten de las especies Fe2+
a Fe3+ con la consecuente peacuterdida de agua [82 83]
2Fe3O4 (s) + 12O2 (g) rarr 3Fe2O3 (s)
Posterior a 650degC se detecta una continua peacuterdida de masa la que se asume
corresponde a la deshidroxilacioacuten de las especies Fe-OH remanentes de la
formacioacuten de Fe2O3 Cuando al material se le inmoviliza el agente de acople
GPTMS se observa un perfil de peacuterdida en masa diferente al material de partida
La temperatura de inicio es de alrededor de 250degC en la cual comienza la
combustioacuten de la materia orgaacutenica atribuida al anclaje del agente de acople en la
30
superficie de NT-Fe3O4 finalizando alrededor de los 430degC En la zona del
termograma que denota la oxidacioacuten de las especies Fe2+ a Fe3+ se observa un
desplazamiento a 550degC atribuido a la estabilizacioacuten superficial que le confieren
los enlaces Fe-O-Si que se han formado durante el proceso de anclaje [84 85]
Figura 15 Termogramas de los materiales realizados en atmoacutesfera de O2 (a) NT-
Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-GPTMS y (c) NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten
propia
La diferencia en las masas remanentes entre ambas curvas ha permitido estimar
la cantidad de GPTMS que se ha inmovilizado en NT-Fe3O4 el cual se resume en
la Tabla 2 Soacutelo se puede determinar un estimado por esta teacutecnica pues se sabe
que las especies Fe-O-Si presente en la muestra se pueden sustituir en la matriz
del NT-Fe3O4 durante el proceso produciendo la mineralizacioacuten del GPTMS
4(Fe-O)3Si(CH2)3-(CH2OCH2)(s) + 25O2(g) rarr 2(Fe-O)3Si-O-Si(O-Fe)3(s) +
20CO2(g) + 16H2O(g)
31
Lo que al mismo tiempo podriacutea provocar el desplazamiento de la oxidacioacuten de las
especies Fe2+ a temperaturas superiores
Tabla 2 Porcentaje de peacuterdida de masa y material acoplado GPTMS y PAMAM
(G3) al NT-Fe3O4 Fuente Elaboracioacuten propia
Por uacuteltimo para el material hiacutebrido NT-Fe3O4-PAMAM muestra un perfil de
peacuterdida de masa continua desde los 75degC en adelante atribuido a la desorcioacuten de
H2O fisisorbida la que se incrementa respecto de los materiales precursores
atribuidos a la alta capacidad de adsorber agua por parte del dendriacutemero
inmovilizado en superficie Por sobre los 250degC comienza una segunda etapa de
peacuterdida en masa la que corresponde a la calcinacioacuten de la materia orgaacutenica
conferida por GPTMS-PAMAM la que ocurre en dos etapas 1) combustioacuten de la
materia orgaacutenica alifaacutetica (250degC) y 2) a la combustioacuten asociada a los enlaces
amidas de la ramas de crecimiento de PAMAM (450degC) la que al mismo tiempo se
acopla con la oxidacioacuten de la especies Fe2+ del material inorgaacutenico Comparando
los resultados obtenidos para NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-GPTMS se puede estimar el
contenido de PAMAM conjugado a la nanoestructura lo cual se resume en la
Tabla 2 Con estos resultados se puede inferir que la reaccioacuten de inmovilizacioacuten ha
afectado el contenido en masa del material el que se puede atribuir a la
conjugacioacuten de PAMAM en los NT-Fe3O4
513 Isotermas de Adsorcioacuten-Desorcioacuten de N2 a -196degC
Las isotermas de adsorcioacutendesorcioacuten de N2 a -196degC de los materiales NT-Fe3O4
y NT-Fe3O4-PAMAM se presentan en la Figura 16 Ambas isotermas son del tipo
IV de acuerdo a la calificacioacuten BDDT tiacutepica de soacutelidos mesoporosos y con ciclo
de histeacuteresis tipo H1 [72 73] caracteriacutesticas de capilares de forma tubular con
Material () (μmolg) (μmolm2)
NT-Fe3O4-GPTMS 39 165 66
NT-Fe3O4-PAMAM 168 243 097
32
abertura en sus extremos En la Tabla 3 se resumen los valores de superficies
especiacuteficas (SBET) distribuciones de tamantildeo promedio de poro de los materiales
(dPoro) y volumen total (VPoro) mostrando que la funcionalizacioacuten con GPTMS
seguido por la inmovilizacioacuten con dendriacutemero PAMAM en la superficie del NT-
Fe3O4 provoca una disminucioacuten de los valores
Figura 16 Isoterma de adsorcioacutendesorcioacuten de N2 a -196degC para (a) NT-Fe3O4 y (b)
NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Lo anterior se debe a que el GPTMS y PAMAM producen el cubrimiento parcial
de la superficie del material tubular NT-Fe3O4 lo que lleva a que los poros se
cierren o tapen estrechando sus cavidades y haciendo que el proceso de
desorcioacuten ocurra a menores presiones relativas Lo descrito con anterioridad
concuerda con el cambio en el ciclo de histeacuteresis gracias a una disminucioacuten del
diaacutemetro promedio de poro o bien un aumento en el grosor de la pared del
material tubular Esto es una evidencia experimental de la modificacioacuten superficial
del nanotubo la que presumiblemente ocurre de forma preferente en la superficie
interna del material
33
Tabla 3 Superficie especiacutefica tamantildeo promedio de poro y volumen de poro
determinadas por las de BET y BJH [73 86] para los materiales en base a NT-
Fe3O4 sintetizados Fuente Elaboracioacuten propia
condiciones normales Presioacuten y temperatura
514 Difraccioacuten de Rayos X
En la Figura 17 se muestran los perfiles de DRX para de NT α-Fe2O3 NT-Fe3O4 y
NT-Fe3O4-PAMAM El primer material corresponde a NT α-Fe2O3 debido a la
siacutentesis previa de nanotubos de hematita precursor de los nanotubos de
magnetita Se observan las difracciones propias de la hematita la cual coincide
con su estructura hexagonal (JCDS 33-0664) [87-89] Ademaacutes en la figura 17 se
observa la desaparicioacuten y aparicioacuten de picos desde el primer al segundo material
en este uacuteltimo aparecen los picos de la magnetita esto indica la reaccioacuten de
reduccioacuten de la hematita a magnetita con el consecuente cambio estructural
Los materiales NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM se detectan las difracciones tiacutepicas
para Fe3O4 con estructura cristalina del tipo magnetita la cual corresponde a una
estructura cuacutebica centrada en la cara de tipo espinela (AB2O4) inversa (JCPDS 19-
0629) [29 79 80] La modificacioacuten superficial con agente de acople seguido por el
acoplamiento con dendriacutemero PAMAM no provoca cambios en la estructura
cristalina del material NT-Fe3O4
Material SBET
(m2g-1)
dPoro
(nm)
VPoro
(cm3g-1)
NT-Fe3O4 59 33 01
NT-Fe3O4-PAMAM 25 19 005
34
Figura 17 Difractograma de rayos X para (a) NT α-Fe2O3 (b) NT-Fe3O4 y (c) NT-
Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
515 Microscopiacutea Electroacutenica de Barrido y Transmisioacuten
La estructura tubular de estos materiales se siguioacute por medio de microscopiacutea
electroacutenica de barrido y transmisioacuten En relacioacuten a la morfologiacutea superficial se
puede observar en la Figura 18 que en ambos materiales muestran la forma tiacutepica
de materiales nanotubulares huecos lo cual ratifica los resultados en la forma de
los ciclos de histeacuteresis observados en la caracterizacioacuten por isotermas de
adsorcioacuten de N2 a -196degC (Figura 16) En relacioacuten a la modificacioacuten superficial del
material NT-Fe3O4 con GPTMS y PAMAM se mantiene la morfologiacutea del material
inorgaacutenico en acuerdo con la caracterizacioacuten por DRX
35
Figura 18 Imaacutegenes de SEM de los materiales (a) NT-Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-
PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Para poder determinar de forma directa los tamantildeos partiacutecula longitud y diaacutemetro
de NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM se ha realizado la caracterizacioacuten por TEM y
sus respectivas micrografiacuteas se muestran en la Figura 19 Al igual que en el caso
de SEM se observan nanoestructuras que muestran una morfologiacutea definida de
tipo tubular con una cavidad regular abierta en sus extremos
A traveacutes del conteo de los nanotubos y la medicioacuten directa de sus tamantildeos se han
determinado las curvas de distribucioacuten para el largo y diaacutemetro externo de los
nanotubos tal como se muestra en la Figura 19 Los valores promedio del largo
fueron del orden de 280 y 286 nm y los diaacutemetros externos fueron 151 y 159 nm
para NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM respectivamente Al comparar las imaacutegenes y
sus correspondientes dimensiones obtenidas se puede observar que la
morfologiacutea del material no se ve afectada al modificar la superficie del NT-Fe3O4
durante el proceso de conjugacioacuten con el dendriacutemero PAMAM
(b) (a)
36
Figura 19 Micrografiacuteas de TEM de NT-Fe3O4 (a b) NT-Fe3O4-PAMAM (e f) y las
curvas de distribucioacuten del largo (c g) y diaacutemetro externo (d h) para ambos NT-
Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM respectivamente Fuente Elaboracioacuten propia
(a) (b)
(h) (g)
(f) (e)
(d) (c)
37
516 Propiedades magneacuteticas
Las propiedades magneacuteticas de NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM fueron estudiadas
por medio de un anaacutelisis VSM y las curvas de magnetizacioacuten se muestran en la
Figura 20 dando como resultado para ambos materiales la propiedad
ferrimagneacutetica Aquello se debe a que la foacutermula de la magnetita Fe3O4 puede
escribirse en la forma Fe3+[Fe2+Fe3+]O4 seguacuten la foacutermula general AB2O4 de tipo
espinela inversa Donde la mitad de los cationes Fe3+ ocupan sitios tetraeacutedricos
mientras que la otra mitad de Fe3+ y los cationes Fe2+ ocupan los sitios
octaeacutedricos Los cationes de Fe3+ se distribuyen por tanto en dos posiciones
diferentes en la estructura pero con direcciones opuestas de espiacuten magneacutetico por
lo tanto los momentos magneacuteticos de los cationes Fe3+ se anulan entre siacute
mientras que los momentos magneacuteticos de los cationes Fe2+ que posee espiacuten de
menor magnitud comparado con Fe3+ son los responsables del momento
magneacutetico neto en la magnetita [27 77 90] De la graacutefica de la Figura 20 se
observa que el ciclo de magnetizacioacuten muestra un ciclo de histeacuteresis de similares
caracteriacutesticas Este resultado permite suponer que la modificacioacuten con el agente
de acople GPTMS y posterior anclaje de PAMAM no perturboacute las propiedades
magneacuteticas del soporte durante la siacutentesis De la Figura 20 se pueden extraer el
valor de la magnetizacioacuten remanente (Mr) y coercitividad (Hc) en ausencia del
campo aplicado y el valor de magnetizacioacuten de saturacioacuten (Ms) los cuales se
resumen en la Tabla 4
Tabla 4 Resumen de paraacutemetros magneacuteticos para los materiales preparados a
17degC Fuente Elaboracioacuten propia
Material Ms
(emug)
Mr
(emug)
Hc
(Oe)
Fe3O4 bulk 92 - lt 100
NT-Fe3O4 67 16 249
NT-Fe3O4-PAMAM 58 10 240
38
Los valores de Ms que se encuentran en los materiales nanoestructurados son
generalmente maacutes pequentildeos que la magnetita bulk lo cual puede ser atribuido al
aumento de efectos superficiales y a la presencia de dendriacutemero PAMAM A su
vez se han reportado valores experimentales para Ms en nanopartiacuteculas de
magnetita que abarcan entre 30-50 emug inferior al valor del mineral magnetita
90 emug [39 91-93] Por el contrario los valores de Hc encontrados para ambas
nanoestructuras son mayores al ser comparado con la magnetita bulk debido a la
disminucioacuten del tamantildeo de partiacutecula
39
Figura 20 Curva de magnetizacioacuten obtenida para NT-Fe3O4 (a b) y NT-Fe3O4-
PAMAM (c d) utilizando un magnetoacutemetro de muestra vibrante (VSM) a 17degC
Fuente Elaboracioacuten propia
(a) (b)
(c) (d)
40
52 Estudios de la adsorcioacuten de Faacutermacos en Nanotubo Fe3O4 y en
nanotransportador hiacutebrido Fe3O4-PAMAM
521 Faacutermacos de intereacutes
Luego de la caracterizacioacuten de los materiales puro e hiacutebrido se procedioacute a realizar
en cada uno de ellos la adsorcioacuten de faacutermacos Esto con la finalidad de determinar
el tiempo y capacidad maacutexima de adsorcioacuten mediante estudios de cineacutetica de
adsorcioacuten
En esta investigacioacuten se ha decidioacute emplear dos clases de faacutermacos poco solubles
para estudiar la capacidad de adsorcioacuten de los nanotransportadores sintetizados
El piroxicam (PRX M 331348 gmol) es una clase de faacutermaco antiinflamatorio no
esteroidal perteneciente al grupo oxicam [94 95] como se observa en la Figura
21 (a) posee un grupo enoacutelico (pKa 18) y un grupo piridiacutenico (pKa 63) [96 97]
presenta propiedades analgeacutesicas antipireacuteticas a su vez alivia dolores para la
artritis reumatoide la artrosis y los siacutentomas de la dismenorrea [59]
(a) (b)
Figura 21 Estructuras de los faacutermacos de intereacutes (a) Piroxicam y (b) Silibinina
Fuente Elaboracioacuten propia
41
No obstante PRX provoca efectos secundarios principalmente uacutelceras gaacutestricas
ademaacutes es praacutecticamente insoluble en agua [98 99] Para reducir estos efectos
existen investigaciones que tienen relacioacuten con el transporte y liberacioacuten de
faacutermacos que pueden cargar eficazmente el faacutermaco para apuntar hacia el sitio de
accioacuten aumentando la eficacia terapeacuteutica y reducir al miacutenimo los efectos
secundarios donde sistemas de microesferas de albuacutemina de suero bovino han
sido utilizadas para la liberacioacuten piroxicam [100]
El otro faacutermaco de intereacutes estudiado es la silibinina (SIL M 48244 gmol) que es
un flavonoide polifenoacutelico natural que se aiacutesla de la planta de cardo de leche
Silybum marianum Posee cinco grupos hidroxilos un grupo carbonilo y tres
grupos fenilos tal como se muestra en la Figura 21 (b) Esta moleacutecula tiene varios
grupos ionizables con sus respectivos pKa1 70 pKa2 877 pKa3 957 pKa4
1166 [101] y ha sido ampliamente utilizada por sus efectos hepatoprotectores
Sin embargo la eficacia de silibinina como faacutermaco estaacute muy limitada debido a su
escasa solubilidad en agua y una baja biodisponibilidad despueacutes de su
administracioacuten oral A fin de superar los defectos de la silibinina libre muchos
enfoques se han adoptado como son los sistemas de entrega liposomal de
transporte lipiacutedicos nanoestructurados de complejo silibinina-fosfoliacutepido y
nanosuspensiones [102]
Es importante notar que los estudios de la cineacutetica de adsorcioacuten son
determinantes en teacuterminos de conocer coacutemo variacutea la concentracioacuten de faacutermaco
adsorbida en funcioacuten del tiempo para una proporcioacuten faacutermacoadsorbente dada La
cineacutetica de adsorcioacuten permite conocer el tiempo en que se realiza el proceso de
adsorcioacuten y ha de practicarse antes de la determinacioacuten de una isoterma de
adsorcioacuten Puesto que se trabaja con disolucioacuten se debe en cuenta los factores
que influyen en el proceso ya que el tiempo necesario para alcanzar el equilibrio
estaacute en funcioacuten de las caracteriacutesticas del adsorbente y del adsorbato de la
quiacutemica de la disolucioacuten de la temperatura y del pH La data de la cineacutetica de
adsorcioacuten de los faacutermacos en los nanotransportadores se ajustoacute a los modelos
42
cineacuteticos de pseudo-primer orden pseudo-segundo orden y cineacuteticas que
involucran quimisorcioacuten [103-106] para ambos nanotransportadores en presencia
de los faacutermacos PRX y SIL
De forma general se puede decir que el modelo de pseudo-primer orden o modelo
de Lagergren se basa en la suposicioacuten de que cada moleacutecula de adsorbato se
adsorbe en un sitio del adsorbente lo cual en teacuterminos de cineacutetica de reaccioacuten se
expresa como
(1)
y la forma integrada de esta ecuacioacuten queda definida como
(2)
donde la qe y qt (mgfarmgads) son la cantidad maacutexima de faacutermaco adsorbida una
vez alcanzado el equilibrio (trarr) y la cantidad de faacutermaco adsorbida al tiempo t
respectivamente y k1 (h-1) es la constante cineacutetica de pseudo-primer orden
Para el caso del modelo de pseudo-segundo orden o modelo de Ho desarrollado
por Ho y McKay [107] supone que el adsorbato se adsorbe en dos sitios activos
del adsorbente En este caso la ecuacioacuten de la cineacutetica de adsorcioacuten se expresa
como
(3)
y la forma integrada de esta ecuacioacuten queda definida como
(4)
43
donde k2 (gadsmgfarmmiddoth) es la constante cineacutetica de adsorcioacuten de pseudo-segundo
orden Es importante mencionar que ambos modelos cineacuteticos se basan en la
homogeneidad de la superficie del adsorbente y donde soacutelo se considera la
cantidad de sitios involucrados en el proceso Esto se puede interpretar en
teacuterminos cineacuteticos en que la energiacutea de activacioacuten asociada a la adsorcioacuten del
faacutermaco en la superficie es constante y uacutenica en todos los sitios del adsorbente
No obstante cuando la superficie es heterogeacutenea en los sitios de adsorcioacuten se
observa que los modelos propuestos pueden perder validez En estos casos se
prefiere emplear el modelo de Elovich de aplicacioacuten general en procesos de
quimisorcioacuten el cual supone que los sitios activos del adsorbente son
heterogeacuteneos y por ello exhiben diferentes energiacuteas de activacioacuten basaacutendose en
un mecanismo de reaccioacuten de segundo orden para un proceso de reaccioacuten
heterogeacutenea Este modelo ha mostrado resultados satisfactorios en la
identificacioacuten del mecanismo controlante en procesos de adsorcioacuten de un soluto
en fase liacutequida a partir de un soacutelido adsorbente [106 108] y queda descrito
matemaacuteticamente como
(5)
y la forma integrada de esta ecuacioacuten queda definida como
(5)
donde α (mgfarmgadsmiddoth) es la constante de velocidad inicial de adsorcioacuten y β estaacute
relacionado con la superficie cubierta y la energiacutea de activacioacuten por
quimiadsorcioacuten (mgfarmgads) denominada constante de velocidad de desorcioacuten
Finalmente debe considerarse tambieacuten alguna hipoacutetesis sobre el mecanismo de
difusioacuten de los faacutermacos al interior de la estructura de los nanotransportadores Un
modelo aceptado en la literatura es el de difusioacuten intraparticular en el interior de
44
los poros de la partiacutecula de adsorbente el que se basa en el transporte de soluto a
traveacutes de la estructura interna de los poros de adsorbente y la difusioacuten
propiamente dicha en el soacutelido lo que conlleva a asumir que el adsorbente posee
una estructura porosa homogeacutenea Weber y Morris (1963) concluyeron que en un
proceso controlado por la adsorcioacuten en los poros la velocidad inicial es
directamente proporcional a la concentracioacuten del soluto La difusioacuten intraparticular
se caracteriza por la dependencia entre la adsorcioacuten especiacutefica y la raiacutez cuadrada
del tiempo siendo la pendiente la velocidad de difusioacuten intraparticular
Con base en lo anterior la ecuacioacuten que define la difusioacuten intraparticular viene
dada por
(5)
Donde ki (mgfarmgadsmiddoth 12) es la constante de velocidad de difusioacuten intraparticular y
Ci entrega informacioacuten sobre el grosor de la capa de adsorbato [105] Esta
ecuacioacuten ha sido utilizada por diferentes investigadores para determinar si la
difusioacuten intraparticular es la etapa controlante de la dinaacutemica de adsorcioacuten de
especies ioacutenicas [109 110]
522 Adsorcioacuten de PRX
Las cineacuteticas de adsorcioacuten de ambos nanotransportadores para PRX se muestran
en la Figura 22 Para ellos se realizaron ajustes no lineales de la data
experimental y los valores obtenidos los cuales se reportan en la Tabla 5 Los
faacutermacos son moleacuteculas capaces de establecer interacciones supramoleculares
con nanomateriales las que dependeraacuten de los grupos funcionales que posean
del solvente en el cual se encuentran disueltos y el pH del medio Las
interacciones supramoleculares maacutes frecuentes son las electrostaacuteticas enlaces de
hidroacutegeno van der Waals e hidrofoacutebicas [111 112]
45
En el caso de lo nanotransportadores empleados en este estudio se observa que
ambos materiales adsorben PRX y los datos experimentales se ajustan a una
cineacutetica de pseudo-primer orden Se ha elegido este modelo pues las funciones
estadiacutesticas de coeficiente de correlacioacuten (R2) y el test de chi-cuadrado (χ2) el cual
es una prueba de hipoacutetesis que compara la distribucioacuten observada de los datos
con una distribucioacuten esperada de los datos Ambos caacutelculos se realizaron
mediante empleando el software Origin Pro 80 mediante la funcioacuten de anaacutelisis no
lineal donde se ajustaron los tres modelos estudiados
Figura 22 Cineacutetica y ajustes de modelos cineacuteticos de adsorcioacuten para PRX en los
nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Figura 23 Esquema propuesto para la adsorcioacuten de PRX en los sistemas
sintetizados (A) Fe3O4-NT y (B) Fe3O4-NT-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Sistema aislado Sistema en disolucioacuten
Sistema aislado Sistema en disolucioacuten
46
Tabla 5 Modelos cineacuteticos para la adsorcioacuten de PRX en los adsorbentes NT-
Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
qe exp (mgPRXgads) 391 487
Pseudo primer-orden (Modelo de Lagergren)
qe (mgPRXgads) 413 488
k1 (h-1) 0038 0079
R2 09964 09911
χ2 0817 287
Pseudo segundo-orden (Modelo de Ho)
qe (mgPRXgads) 539 566
k2 (gAdsmgPRXmiddoth) 649x10-4 168x10-3
R2 09921 09935
χ2 179 210
Quimisoricioacuten (Modelo de Elovich)
α (mgPRXgadsmiddoth) 595 1629
β (mgPRXg) 0100 0097
R2 09501 09613
χ2 1030 1085
Cabe mencionar que de acuerdo a los reportes Rozou y col [96] el faacutermaco PRX
al pH de adsorcioacuten se encuentra en su forma zwitterioacutenica El Fe3O4 es un material
inorgaacutenico que muestra un pI de 68 [113] A las condiciones de adsorcioacuten
estudiadas el pH del agua fue de 60 luego la superficie del NT-Fe3O4 se
encuentra cargada de forma positiva esperaacutendose que la interaccioacuten del faacutermaco
con el adsorbente sea mediada por interacciones electroestaacuteticas tal como se
muestra en el esquema de la Figura 23
Con la incorporacioacuten del PAMAM a la fase inorgaacutenica se observa un incremento
de un 25 en la capacidad de adsorcioacuten de PRX Esto se puede interpretar en
47
teacuterminos moleculares haciendo la aproximacioacuten de los moles disponibles de
PAMAM en funcioacuten de la cantidad adsorbida en comparacioacuten a NT-Fe3O4 sin
modificar Desde la Tabla 2 se sabe que hay una cantidad de 243 micromol de
PAMAM por gramo de adsorbente debido a que el incremento en la adsorcioacuten
fueron 96 mg de PRX (o 290 micromol de PRX) se puede asumir una estequiometriacutea
PRXPAMAM = 119 De acuerdo a reportes previos publicados por nuestro grupo
de investigacioacuten se sabe que PRX a pH 70 se adsorbe efectivamente en la
estructura PAMAM alcanzando una estequiometriacutea PRXPAMAM = 23 [59] En
este caso pH 60 no hay cambios significativos en la estructura del faacutermaco ni
en la del dendriacutemero por lo que deberiacutea haberse esperado un incremento
significativo de la adsorcioacuten de PRX en relacioacuten al nanotransportador NT-Fe3O4
Sin embargo este efecto no fue observado en el nanotubo hiacutebrido funcionalizado
con PAMAM Con estos resultados se puede asumir que la afinidad del PRX
mucho mayor por la adsorcioacuten en el material inorgaacutenico que por la adsorcioacuten en
los bolsillos de la cavidades internas del PAMAM
En relacioacuten a los resultados cineacuteticos se observa un aumento en la pseudo-
constante cineacutetica de adsorcioacuten siendo k1(NT-Fe3O4) lt k1(NT-Fe3O4-PAMAM) Para poder
interpretar el fenoacutemeno en forma mecaniacutestica la data experimental se ha ajustado
al modelo de difusioacuten intrapartiacutecula de Weber-Morris el que se muestra en la
Figura 24 En esta figura se puede observar tres segmentos lineales lo cual indica
que el proceso de adsorcioacuten de PRX en los nanotubos procede en tres etapas
para ambos sistemas Una situacioacuten similar ha sido observada en el caso de la
cineacutetica de adsorcioacuten de cefalosporina en micropartiacuteculas polimeacutericas por Cigu y
colaboradores quienes han descritos las diferentes etapas de la siguiente
forma[105]
a) Adsorcioacuten del adsorbato en la superficie del adsorbente
b) Difusioacuten intrapartiacutecula desde la zona externa a la superficie del adsorbente
c) Equilibrio de adsorcioacuten donde quedan muy pocos sitios disponibles para la
adsorcioacuten
48
Figura 24 Graacutefico de adsorcioacuten de PRX en los nanotransportadores sintetizados
considerando un modelo de difusioacuten intrapartiacutecula en tres etapas Fuente
Elaboracioacuten propia
Ambos sistemas muestran el mismo perfil de difusioacuten intrapartiacutecula y los valores
de las constantes de velocidad para las etapas (a) y (b) presentan valores
relativamente bajos aunque difieren levemente tal como se resume en la Tabla 6
En el caso de NT-Fe3O4 se observa que la etapa limitante corresponde a la
adsorcioacuten de PRX en la superficie del nanomaterial a diferencia de NT-Fe3O4-
PAMAM donde se observa que la etapa limitante es la difusioacuten intrapartiacutecula Esta
diferencia se puede explicar debido a que PAMAM posee grupos ndashNH2
superficiales que al pH de adsorcioacuten estaacuten protonados (ver Figura 23) lo que
incrementa la carga eleacutectrica superficial del nanotransportador este hecho podriacutea
provocar un aumento en la velocidad inicial de adsorcioacuten de PRX si los efectos
electroestaacuteticos gobiernan la velocidad de reaccioacuten en esta etapa considerando
que el PRX presenta una estructura dipolar a pH 60 Sin embargo en la etapa
subsiguiente caracterizada por la adsorcioacuten gradual de PRX las moleacuteculas de
PAMAM unidas covalentes a la superficie de NT-Fe3O4 dificultan el proceso de
difusioacuten intrapartiacutecula provocando una caiacuteda en la constante k(b)
49
Tabla 6 Modelo de difusioacuten intra-partiacutecula para la adsorcioacuten de PRX en los
adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM considerando dos etapas
determinantes en la adsorcioacuten del faacutermaco y una tercera de equilibrio Fuente
Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
Modelo de difusioacuten intrapartiacutecula (Modelo de Weber-Morris)
k(a) (mgPRXgadsh12) 311 766
R(a)2 09879 09903
k(b) (mgPRXgadsh12) 683 409
R(b)2 09872 09944
523 Adsorcioacuten de SIL
En la Figura 25 se muestran las graacuteficas cineacuteticas para la adsorcioacuten de SIL en los
dos nanotransportadores sintetizados Las consideraciones de ajuste de los
modelos cineacuteticos se hicieron de la misma forma que para los estudios realizados
con PRX y los valores obtenidos se resumen en la Tabla 7
Figura 25 Cineacutetica y ajustes de modelos cineacuteticos de adsorcioacuten para SIL en los
nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
50
El comportamiento de los sistemas frente a la adsorcioacuten de SIL muestra la misma
tendencia que la observada en el caso de PRX Ambos nanomateriales adsorben
SIL y la capacidad maacutexima se ve incrementada por la presencia de PAMAM Sin
embargo en este caso ambos sistemas nanotransportadores presentan una gran
afinidad por el faacutermaco obtenieacutendose cargas maacuteximas superiores a 650 mg de
SIL por gramo de nanomaterial valores muy superiores a los obtenidos en el caso
de PRX
El faacutermaco SIL se encuentra como moleacutecula neutra al pH de adsorcioacuten (pKa1 70
pKa2 877 pKa3 957 pKa4 1166) Para la adsorcioacuten en NT-Fe3O4 se espera
que las fuerzas que estaacuten predominando en la adsorcioacuten del faacutermaco sean del tipo
Van der Waals y enlace de hidroacutegeno entre los grupos funcionales de SIL y los
grupos hidroxilos de la NT-Fe3O4 Por otro lado las contribuciones hidrofoacutebicas
tambieacuten deberiacutean jugar un rol importante en la adsorcioacuten del faacutermaco en estos
nanomateriales especialmente en el sistema hiacutebrido NT-Fe3O4-PAMAM En el
caso del PAMAM estudios recientes realizados en nuestro grupo de investigacioacuten
han mostrado la gran afinidad que presenta el dendriacutemero por SIL y
experimentos NOESY han demostrado la adsorcioacuten de las moleacuteculas de SIL en las
cavidades internas del PAMAM
Asiacute para el material NT-Fe3O4-PAMAM se observa un incremento significativo de
la adsorcioacuten en relacioacuten al material inorgaacutenico En este caso el faacutermaco SIL
interacciona no solo con NT-Fe3O4 sino que tambieacuten con el dendriacutemero presente
Si se hace el caacutelculo entre la cantidad adsorbida de SIL en presencia de PAMAM
(1504 mg o 3117 micromol por gramo de adsorbente respectivamente) se obtiene
una relacioacuten molar de SILPAMAM = 128 Considerando esta evidencia puede
suponerse que el faacutermaco en el adsorbente NT-Fe3O4-PAMAM no soacutelo se adsorbe
en la superficie del oacutexido inorgaacutenico sino que tambieacuten se estaacute adsorbiendo en las
cavidades del PAMAM con estequiometriacuteas similares a las observadas para otros
faacutermacos insolubles previamente estudiados por nuestro grupo [51 59]
51
Tabla 7 Modelos cineacuteticos para la adsorcioacuten de SIL en los adsorbentes NT-Fe3O4
y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
qe exp (mgSILgads) 6750 8254
Pseudo primer-orden (Modelo de Lagergren)
qe (mgSILgads) 6853 8837
k1 (h-1) 0052 0062
R2 09975 09956
χ2 1656 4415
Pseudo segundo-orden (Modelo de Ho)
qe (mgSILgads) 8706 10233
k2 (gAdsmgSILmiddoth) 673x10-5 535x10-5
R2 09936 09954
χ2 4209 4576
Quimisorcioacuten (Modelo de Elovich)
α (mgSILgadsmiddoth) 1319 1956
β (mgSILg) 569x10-3 548x10-3
R2 09695 09510
χ2 18184 45945
En relacioacuten a los modelos de adsorcioacuten se observa que ambos sistemas se
ajustan mejor a cineacuteticas de pseudo-primer orden con respecto a la adsorcioacuten de
SIL con coeficientes de correlacioacuten y test de chi-cuadrado confiables para el
modelo Las constantes pseudo primer-orden son similares para ambos sistemas
k1(NT-Fe3O4) ~ k1(NT-Fe3O4-PAMAM) y del mismo orden de magnitud que las
determinadas en el caso de la adsorcioacuten de PRX En la Figura 25 se observa que
el maacuteximo de adsorcioacuten de SIL se alcanza a tiempos superiores a 50 horas para
ambos adsorbentes
52
Para entender de manera maacutes acabada la forma en que operan los fenoacutemenos
cineacuteticos de adsorcioacuten se ha realizado el ajuste de Weber-Morris para el modelo
de difusioacuten de intrapartiacutecula el que se muestra en la Figura 26 el cual nuevamente
revela un proceso de adsorcioacuten en tres etapas y los valores de las constantes de
velocidad para las etapas (a) y (b) presentan valores relativamente altos como se
resume en la Tabla 8
Figura 26 Graacutefico de adsorcioacuten de SIL en los nanotransportadores sintetizados
considerando un modelo de difusioacuten intrapartiacutecula en tres etapas Fuente
Elaboracioacuten propia
Considerando que a pH 60 el NT- Fe3O4 se encuentra en su forma protonada SIL
para adsorberse en la superficie del material deberaacute desplazar ese equilibrio para
ocupar un sitio de la superficie tal como se muestra en el siguiente esquema
Fe-OH + H2O [Fe-O-H-OH2]+
[Fe-O-H-OH2]+ + SIL [Fe-O-H-O-SIL] + H2O
Este equilibrio es el que determina la cineacutetica del proceso de adsorcioacuten en el caso
del adsorbente NT-Fe3O4 En el caso del nanotransportador hiacutebrido tambieacuten se
53
observa que la etapa de adsorcioacuten es la limitante de la velocidad del proceso
Comparando ambos sistemas se detecta que k(a)(NT-Fe3O4) ~ k(a)(NT-Fe3O4-PAMAM)
Esta diferencia se puede atribuir a la presencia del dendriacutemero PAMAM en el caso
del nanotransportador hiacutebrido En teacuterminos de naturaleza superficial se espera
que la asociacioacuten SIL-PAMAM incremente la velocidad del proceso con respecto al
nanotransportador inorgaacutenico
Tabla 8 Modelo de difusioacuten intra-partiacutecula para la adsorcioacuten de SIL en los
adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM considerando dos etapas
determinantes en la adsorcioacuten del faacutermaco y una tercera de equilibrio Fuente
Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
Modelo de difusioacuten intrapartiacutecula (Modelo de Weber-Morris)
k(a) (mgSILgadsh12) 577 885
R(a)2 09881 09935
k(b) (mgSILgadsh12) 1059 1135
R(b)2 09803 09828
54
6 CONCLUSIONES Y PERSPECTIVAS
Se logroacute sintetizar los nanotubos de magnetita NT-Fe3O4 obtenidos por la
reduccioacuten de los nanotubos de hematita α-Fe2O3 sintetizados a partir de
tratamiento hidrotermal Se verificoacute la estructura de la magnetita su forma tubular
y propiedades magneacuteticas a traveacutes de las teacutecnicas de caracterizacioacuten difraccioacuten de
rayos X microscopiacutea electroacutenica de transmisioacuten y medidas de susceptibilidad
magneacutetica respectivamente
El nanotubo inorgaacutenico obtenido sirvioacute de soporte para la conjugacioacuten de
dendriacutemero de poli-(amidoamina) de tercera generacioacuten el cual se logroacute inmovilizar
en la superficie de NT-Fe3O4 con un contenido del 16 en masa respecto del
material hiacutebrido El proceso de inmovilizacioacuten no perturboacute las propiedades del
soporte inorgaacutenico en relacioacuten a las propiedades magneacuteticas cristalinas o de
tamantildeo y forma
Los materiales obtenidos fueron capaces de actuar como adsorbentes de los
faacutermacos piroxicam y silibinina siendo eacuteste uacuteltimo quien mostroacute incrementar la
capacidad de adsorcioacuten en presencia de PAMAM Para ambos sistemas y
faacutermacos se determinaron las curvas cineacuteticas de adsorcioacuten donde se logroacute
determinar que independiente del faacutermaco ambos nanotransportadores muestran
ajustarse a cineacuteticas de pseudo-primer orden Finalmente la presencia de PAMAM
no soacutelo potencia la capacidad de adsorcioacuten en los faacutermacos testeados sino que
tambieacuten acelera la etapa de adsorcioacuten superficial con respecto a la determinada
para el adsorbente NT-Fe3O4 por medio del modelo de difusioacuten de Weber-Morris
Para el faacutermaco piroxicam se observoacute que la adsorcioacuten fue mediada
principalmente por interacciones del tipo electroestaacuteticas entre la forma
zwitterioacutenica de piroxicam y la superficie de los nanotransportadores La etapa
limitante de la cineacutetica adsorcioacuten para el caso de NT-Fe3O4 fue la adsorcioacuten
55
superficial y en el caso de NT-Fe3O4-PAMAM fue la etapa de difusioacuten
intrapartiacutecula
Finalmente para el faacutermaco silibinina se observoacute que la adsorcioacuten fue mediada
por las fuerzas de tipo Van der Waals y enlace de hidroacutegeno entre los grupos
funcionales de SIL y los grupos hidroxilos de NT-Fe3O4 Por otro lado las
contribuciones hidrofoacutebicas tambieacuten juegan un rol importante en la adsorcioacuten del
faacutermaco en estos nanomateriales especialmente en el sistema hiacutebrido NT-Fe3O4-
PAMAM Por uacuteltimo se determinoacute que la capacidad de adsorcioacuten se vio
directamente mejorada por la asociacioacuten PAMAM-SIL la que alcanzoacute una relacioacuten
molar SILPAMAM = 12 En ambos casos se observoacute que la etapa limitante de la
cineacutetica de adsorcioacuten fue la adsorcioacuten superficial de SIL en los adsorbentes
56
REFERENCIAS
[1] AZ Wilczewska K Niemirowicz KH Markiewicz H Car Pharmacological
Reports 64 (2012) 1020-1037
[2] S Parveen R Misra SK Sahoo Nanomedicine Nanotechnology Biology
and Medicine 8 (2012) 147-166
[3] V Grazu M Moros C Saacutenchez-Espinel MdlF Jesus V Grazu Frontiers
of Nanoscience Elsevier 2012 pp 337-440
[4] F Danhier O Feron V Preacuteat Journal of Controlled Release 148 (2010)
135-146
[5] A Wicki D Witzigmann V Balasubramanian J Huwyler Journal of
Controlled Release 200 (2015) 138-157
[6] JH Lee Y Yeo Chemical Engineering Science 125 (2015) 75-84
[7] S Manchun CR Dass P Sriamornsak Life Sciences 90 (2012
) 381-387
[8] JHE Arts M Hadi AM Keene R Kreiling D Lyon M Maier K Michel
T Petry UG Sauer D Warheit K Wiench R Landsiedel Regulatory Toxicology
and Pharmacology 70 (2014) 492-506
[9] KA Pramod CP Sunny Nanobiomaterials Handbook CRC Press 2011
pp 1-24
[10] A Khorsand S Jamehbozorgi R Ghiasi M Rezvani Physica E Low-
dimensional Systems and Nanostructures 72 (2015) 120-127
[11] V Loacutepez-Daacutevila AM Seifalian M Loizidou Current Opinion in
Pharmacology 12 (2012 ) 414-419
[12] P-C Lee C-L Peng M-J Shieh Journal of Controlled Release 225
(2016) 140-151
[13] CC Torres CH Campos C Diaacutez VA Jimeacutenez F Vidal L Guzmaacuten JB
Alderete Materials Science and Engineering C 65 (2016) 164-171
[14] CH Campos CF Diacuteaz JL Guzmaacuten JB Alderete CC Torres VA
Jimeacutenez Macromolecular Chemistry and Physics 217 (2016) 1712-1722
[15] D Chang Y Gao L Wang G Liu Y Chen T Wang W Tao L Mei L
57
Huang X Zeng Journal of Colloid and Interface Science 463 (2016) 279-287
[16] J Zaloga M Poumlttler G Leitinger RP Friedrich G Almer S Lyer E
Baum R Tietze R Heimke-Brinck H Mangge F Dorje G Lee C Alexiou
European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics 101 (2016) 152-162
[17] RS Dhanikula P Hildgen Bioconjugate Chemistry 17 (2006) 29-41
[18] A Kesavan P Ilaiyaraja W Sofi Beaula V Veena Kumari J Sugin Lal C
Arunkumar G Anjana S Srinivas A Ramesh SK Rayala D Ponraju G
Venkatraman European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics 96
(2015) 255-263
[19] S Biswas P Kumari PM Lakhani B Ghosh European Journal of
Pharmaceutical Sciences 83 (2016) 184-202
[20] ML Tebaldi RM Belardi SR Montoro Design and Applications of
Nanostructured Polymer Blends and Nanocomposite Systems William Andrew
Publishing Boston 2016 pp 171-186
[21] D Bansal A Gulbake J Tiwari SK Jain International Journal of
Biological Macromolecules 82 (2016) 687-695
[22] AS Timin EV Balantseva SY Khashirova EV Rumyantsev TY
Osadchaya Colloids and Surfaces A Physicochemical and Engineering Aspects
477 (2015) 26-34
[23] J Gautier E Allard-Vannier E Munnier M Souceacute I Chourpa Journal of
Controlled Release 169 (2013) 48-61
[24] SL Leung Z Zha C Cohn Z Dai X Wu Colloids and Surfaces B
Biointerfaces 121 (2014) 141-149
[25] Y Liu Y Ng MR Toh GNC Chiu Journal of Controlled Release 220
Part A (2015) 438-446
[26] G Xu L Li Z Shen Z Tao Y Zhang H Tian X Wei G Shen G Han
Journal of Alloys and Compounds 629 (2015) 36-42
[27] MF Horst V Lassalle ML Ferreira Frontiers of Environmental Science amp
Engineering 9 (2015) 746-769
[28] TJ Bastow A Trinchi MR Hill R Harris TH Muster Journal of
Magnetism and Magnetic Materials 321 (2009) 2677-2681
58
[29] S Bagheri D Ramimoghadam A TermehYousefi SB Abd Hamid
International Journal of Hydrogen Energy 40 (2015) 16178-16183
[30] G Kandasamy D Maity International Journal of Pharmaceutics 496 (2015)
191-218
[31] DS Keerthana K Namratha K Byrappa HS Yathirajan Journal of
Magnetism and Magnetic Materials 378 (2015) 551-557
[32] M Darroudi M Hakimi E Goodarzi R Kazemi Oskuee Ceramics
International 40 (2014) 14641-14645
[33] G Sharma P Jeevanandam RSC Advances 3 (2013) 189-200
[34] C-J Jia L-D Sun F Luo X-D Han LJ Heyderman Z-G Yan C-H
Yan K Zheng Z Zhang M Takano N Hayashi M Eltschka M Klaumlui U
Ruumldiger T Kasama L Cervera-Gontard RE Dunin-Borkowski G Tzvetkov J
Raabe Journal of the American Chemical Society 130 (2008) 16968-16977
[35] N Mizutani T Iwasaki S Watano T Yanagida T Kawai Current Applied
Physics 10 (2010) 801-806
[36] C-J Jia L-D Sun Z-G Yan L-P You F Luo X-D Han Y-C Pang Z
Zhang C-H Yan Angewandte Chemie 117 (2005) 4402-4407
[37] Z-G Yue W Wei Z-X You Q-Z Yang H Yue Z-G Su G-H Ma
Advanced Functional Materials 21 (2011) 3446-3453
[38] SJ Son X Bai SB Lee Drug Discovery Today 12 (2007) 650-656
[39] SJ Son J Reichel B He M Schuchman SB Lee Journal of the
American Chemical Society 127 (2005) 7316-7317
[40] GT Hermanson Bioconjugate Techniques (Third edition) Academic Press
Boston 2013 pp 535-548
[41] S Mallakpour M Madani Progress in Organic Coatings 86 (2015) 194-207
[42] P Yu J He L Yang M Pu X Guo Journal of Catalysis 260 (2008) 81-85
[43] X Zheng T Wang H Jiang Y Li T Jiang J Zhang S Wang Asian
Journal of Pharmaceutical Sciences 8 (2013) 278-286
[44] L Tan J Liu W Zhou J Wei Z Peng Materials Science and Engineering
C 45 (2014) 524-529
[45] ER Gillies JMJ Freacutechet Journal of the American Chemical Society 124
59
(2002) 14137-14146
[46] S Khoee K Hemati Polymer 54 (2013) 5574-5585
[47] U Gupta O Perumal SGKTL Deng Natural and Synthetic Biomedical
Polymers Elsevier Oxford 2014 pp 243-257
[48] U Boas PMH Heegaard Chemical Society Reviews 33 (2004) 43-63
[49] U Gupta HB Agashe A Asthana NK Jain Biomacromolecules 7 (2006)
649-658
[50] A Shakhbazau I Isayenka N Kartel N Goncharova I Seviaryn S
Kosmacheva M Potapnev D Shcharbin M Bryszewska International Journal of
Pharmaceutics 383 (2010) 228-235
[51] PA Barra L Barraza VA Jimeacutenez JA Gaviacuten JB Alderete
Macromolecular Chemistry and Physics 215 (2014) 372-383
[52] PM Patel R Patel D Wadia RM Patel Asian Journal of Pharmaceutical
Sciences 10 (2015) 306-313
[53] L Mei Z Zhang L Zhao L Huang X-L Yang J Tang S-S Feng
Advanced Drug Delivery Reviews 65 (2013) 880-890
[54] Sn Svenson DA Tomalia Advanced Drug Delivery Reviews 57 (2005)
2106-2129
[55] L Porcar Y Liu R Verduzco K Hong PD Butler LJ Magid GS Smith
W-R Chen The Journal of Physical Chemistry B 112 (2008) 14772-14778
[56] E Markatou V Gionis GD Chryssikos S Hatziantoniou A
Georgopoulos C Demetzos International Journal of Pharmaceutics 339 (2007)
231-236
[57] K Borowska S Wołowieca A Rubaj K Głowniakc E Sieniawska S
Radej International Journal of Pharmaceutics 426 (2012) 280-283
[58] S Kavyani S Amjad-Iranagh H Modarress The Journal of Physical
Chemistry B 118 (2014) 3257-3266
[59] PA Barra L Barraza VA Jimeacutenez JA Gaviacuten JB Alderete Structural
Chemistry 25 (2014) 1443-1455
[60] C Kojima K Kono K Maruyama T Takagishi Bioconjugate Chemistry 11
(2000) 910-917
60
[61] AK Patri JF Kukowska-Latallo JR Baker Jr Advanced Drug Delivery
Reviews 57 (2005) 2203-2214
[62] D Luong P Kesharwani R Deshmukh MCI Mohd Amin U Gupta K
Greish AK Iyer Acta Biomaterialia 43 (2016) 14-29
[63] X Xu J Li S Han C Tao L Fang Y Sun J Zhu Z Liang F Li
European Journal of Pharmaceutical Sciences 88 (2016) 178-190
[64] P-C Lin S Lin PC Wang R Sridhar Biotechnology Advances 32 (2014)
711-726
[65] C Baudot CM Tan JC Kong Infrared Physics amp Technology 53 (2010)
434-438
[66] JB Hall MA Dobrovolskaia AK Patri SE McNeil Nanomedicine 2
(2007) 709-803
[67] DB Williams CB Carter Transmission Electron Microscopy A Textbook
for Materials Science Springer US Boston MA 2009 pp 3-22
[68] H Wang PK Chu S Bose Characterization of Biomaterials Academic
Press Oxford 2013 pp 105-174
[69] M Rudolph J Erler UA Peuker Colloids and Surfaces A
Physicochemical and Engineering Aspects 397 (2012) 16-23
[70] T Zhao W Luo Y Deng Y Luo P Xu Y Liu L Wang Y Ren W Jiang
Nano Energy 26 (2016) 16-25
[71] F Rouquerol J Rouqueron K Sing Adsorption by Powders and Porous
Solids Academic Press 1999
[72] M Naderi Progress in Filtration and Separation Academic Press Oxford
2015 pp 585-608
[73] J Rouquerol F Rouquerol P Llewellyn G Maurin KSW Sing
Adsorption by powders and porous solids principles methodology and
applications Academic press 2014
[74] CP Poole FJ Owens Introduccioacuten a la nanotecnologiacutea Editorial Reverte
2007
[75] JL Kirschvink DS Jones BJ MacFadden Magnetite Biomineralization
and Magnetoreception in Organisms A New Biomagnetism Springer US 2013
61
[76] TM El-Alaily MK El-Nimr SA Saafan MM Kamel TM Meaz ST
Assar Journal of Magnetism and Magnetic Materials 386 (2015) 25-30
[77] DJ Dunlop Ouml Oumlzdemir Treatise on Geophysics (Second Edition)
Elsevier Oxford 2015 pp 255-308
[78] A Savić D Čokeša S Lazarević B Jokić D Janaćković R Petrović LS
Živković Powder Technology 301 (2016) 511-519
[79] S Rajput CU Pittman Jr D Mohan Journal of Colloid and Interface
Science 468 (2016) 334-346
[80] M Kumari CU Pittman Jr D Mohan Journal of Colloid and Interface
Science 442 (2015) 120-132
[81] Y Mansourpanah Z Jafari Reactive and Functional Polymers 93 (2015)
178-189
[82] S Sundar R Mariappan S Piraman Powder Technology 266 (2014) 321-
328
[83] P Roonasi A Holmgren Applied Surface Science 255 (2009) 5891-5895
[84] J Safari Z Zarnegar Journal of Molecular Structure 1072 (2014) 53-60
[85] KL Pickering S Raa Khimi S Ilanko Composites Part A Applied Science
and Manufacturing 68 (2015) 377-386
[86] AK Ladavos AP Katsoulidis A Iosifidis KS Triantafyllidis TJ
Pinnavaia PJ Pomonis Microporous and Mesoporous Materials 151 (2012) 126-
133
[87] VMdS Rocha MdG Pereira LR Teles MOdG Souza Materials
Science and Engineering B 185 (2014) 13-20
[88] JZ Marinho RHO Montes AP de Moura E Longo JA Varela RAA
Munoz RC Lima Materials Research Bulletin 49 (2014) 572-576
[89] PM Huang Y Li ME Sumner Handbook of Soil Sciences Properties and
Processes Second Edition Taylor amp Francis 2011
[90] C Klein CS Hurlbut Manual de mineralogiacutea Reverte 1996
[91] Y-F Lin J-L Chen C-Y Xu T-W Chung Chemical Engineering Journal
250 (2014) 409-415
[92] AK Gupta M Gupta Biomaterials 26 (2005) 3995-4021
62
[93] C Sun JSH Lee M Zhang Advanced Drug Delivery Reviews 60 (2008)
1252-1265
[94] N Rai M Sarkar S Raha Pharmacological Reports 67 (2015) 1215-1223
[95] Z Lavrič J Pirnat J Lužnik U Puc Z Trontelj S Srčič Journal of
Pharmaceutical Sciences 104 (2015) 1909-1918
[96] S Rozou A Voulgari E Antoniadou-Vyza European Journal of
Pharmaceutical Sciences 21 (2004) 661-669
[97] H-S Gwak J-S Choi H-K Choi International Journal of Pharmaceutics
297 (2005) 156-161
[98] RP Aquino G Auriemma M dacuteAmore AM DacuteUrsi T Mencherini P Del
Gaudio Carbohydrate Polymers 89 (2012) 740-748
[99] IE Shohin JI Kulinich GV Ramenskaya B Abrahamsson S Kopp P
Langguth JE Polli VP Shah DW Groot DM Barends JB Dressman
Journal of Pharmaceutical Sciences 103 (2014) 367-377
[100] R Silva H Ferreira AC Carvalho AC Gomes A Cavaco-Paulo Colloids
and Surfaces B Biointerfaces 92 (2012) 277-285
[101] M Meloun D Burkoˇnovaacute T Syrovyacute A Vraacutena Analytica Chimica Acta 486
(2003) 125-141
[102] D Zheng Y Wang D Zhang Z Liu C Duan L Jia F Wang Y Liu G
Liu L Hao Q Zhang Cancer Letters 307 (2011) 158-164
[103] Q Wang R Liu X Shen L Zou D Wu Journal of Nanoscience and
Nanotechnology 14 (2014) 2871-2877
[104] N Caliskan AR Kul S Alkan EG Sogut I Alacabey Journal of
Hazardous Materials 193 (2011) 27-36
[105] TA Cigu S Vasiliu S Racovita C Lionte V Sunel M Popa C Cheptea
European Polymer Journal 82 (2016) 132-152
[106] M Oumlzacar İA Şengil Process Biochemistry 40 (2005) 565-572
[107] YS Ho G McKay Process Biochemistry 34 (1999) 451-465
[108] AB Peacuterez-Mariacuten VM Zapata JF Ortuntildeo M Aguilar J Saacuteez M Lloreacutens
Journal of Hazardous Materials 139 (2007) 122-131
[109] BF Urbano I Villenas BL Rivas CH Campos Chemical Engineering
63
Journal 268 (2015) 362-370
[110] J Peacuterez L Toledo CH Campos BL Rivas J Yantildeez BF Urbano
Chemical Engineering Journal 287 (2016) 744-754
[111] JW Steed DR Turner K Wallace Core Concepts in Supramolecular
Chemistry and Nanochemistry Wiley 2007
[112] A Buczkowski D Waliszewski P Urbaniak B Palecz International
Journal of Pharmaceutics 505 (2016) 1-13
[113] M Kosmulski Advances in Colloid and Interface Science
xiii
IacuteNDICE DE TABLAS
Paacutegina
Tabla 1 Impacto en la masa molecular y en el tamantildeo de los
dendriacutemeros PAMAM seguacuten crece la generacioacuten [48]
11
Tabla 2 Porcentaje de peacuterdida de masa y material acoplado
GPTMS y PAMAM (G3) al NT-Fe3O4
31
Tabla 3 Superficie especiacutefica tamantildeo promedio de poro y volumen
de poro determinadas por las de BET y BJH [73 86] para
los materiales en base a NT-Fe3O4 sintetizados
33
Tabla 4 Resumen de paraacutemetros magneacuteticos para los materiales
preparados a 17degC
37
Tabla 5 Modelos cineacuteticos para la adsorcioacuten de PRX en los
adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM
46
Tabla 6 Modelo de difusioacuten intra-partiacutecula para la adsorcioacuten de
PRX en los adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM
considerando dos etapas determinantes en la adsorcioacuten
del faacutermaco y una tercera de equilibrio
49
Tabla 7 Modelos cineacuteticos para la adsorcioacuten de SIL en los
adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM
51
Tabla 8 Modelo de difusioacuten intra-partiacutecula para la adsorcioacuten de SIL
en los adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM
considerando dos etapas determinantes en la adsorcioacuten
del faacutermaco y una tercera de equilibrio
53
1
1 INTRODUCCIOacuteN
En la actualidad existe una amplia gama de faacutermacos disponibles para el
tratamiento de diferentes tipos de enfermedades En el tratamiento de un proceso
fisiopatoloacutegico se espera que la administracioacuten de los medicamentos se realice de
forma tal que alcance su lugar de accioacuten con una determinada concentracioacuten No
obstante algunos medicamentos muestran una escasa solubilidad en el plasma
sanguiacuteneo asiacute como tambieacuten en el medio inter-intracelular Por lo general solo el
1 de la dosis administrada llega al sitio diana mientras que el resto del faacutermaco
se distribuye a traveacutes del resto de ceacutelulas y tejidos Esta desventaja impone la
administracioacuten de altas dosis de faacutermacos para lograr un aumento de su
concentracioacuten local lo que provoca numerosos efectos toxicoloacutegicos e
inmunoloacutegicos indeseables [1-3]
Esta limitante estaacute siendo superada gracias al desarrollo de una variedad de
transportadores de faacutermacos los que actuacutean por asociacioacuten fiacutesica yo quiacutemica
entre la sustancia activa y el transportador Entre las muacuteltiples ventajas que
pueden aportar los transportadores de faacutermacos se destaca el control de las
concentraciones plasmaacuteticas y de la distribucioacuten tisular gracias a que protege la
sustancia activa contra la inactivacioacuten (quiacutemica enzimaacutetica o inmunoloacutegica) desde
el lugar de administracioacuten hasta el sitio de accioacuten [2 4-7] Los sistemas
transportadores han sido clasificados de acuerdo a su naturaleza quiacutemica o a su
tamantildeo pero en las uacuteltimas deacutecadas son aquellos denominados
nanotransportadores los que han mostrado los resultados maacutes promisorios en el
desarrollo de sistemas vectorizados de transporte y liberacioacuten de faacutermacos para el
tratamiento especiacutefico de enfermedades
Los nanotransportadores son sistemas que se caracterizan por ser de tamantildeo
nanomeacutetrico donde sus medidas pueden fluctuar entre 1 y 100 nm en una o maacutes
de sus dimensiones [8 9] (ver Figura 1) La adsorcioacuten del faacutermaco ocurre
generalmente al interior de cavidades del nanotransportador las cuaacuteles permiten
2
alojar las moleacuteculas de faacutermaco en un fenoacutemeno que se describe como
encapsulacioacuten [10 11] Dentro de los nanotransportadores de faacutermacos que
cumplen con estos requisitos se encuentran aqueacutellos que se basan en sistemas
inorgaacutenicos orgaacutenicos y aqueacutellos denominados hiacutebridos que son una mezcla de
ambos
De la familia de transportadores basados en nanomateriales (NM) inorgaacutenicos se
pueden mencionar algunos como nanotubos de carbono (CNTs) [12] nanotubos
de oacutexidos inorgaacutenicos como TiO2 [13] y Al2O3 [14] nanopartiacuteculas de oacutexidos
inorgaacutenicos como SiO2 [15] y Fe3O4 [16] entre otros La principal caracteriacutestica de
estos sistemas es su nula solubilidad en el plasma sanguiacuteneo La habilidad de
adsorber faacutermacos de estos materiales viene dada principalmente porque
disponen de un aacuterea superficial y porosidad que permiten el alojamiento del
faacutermaco al interior de los poros lo que ralentiza su liberacioacuten una vez internalizado
en el hueacutesped
Figura 1 Algunos tipos de nanomateriales utilizados en el transporte de faacutermacos
y para diagnoacutestico e imagen [17]
Los NM orgaacutenicos tambieacuten se han considerado una buena alternativa para su uso
como sistemas nanotransportadores de faacutermacos de los que se pueden mencionar
a los dendriacutemeros [18] micelas [19] poliacutemeros [20] y liposomas [21] entre otros A
diferencia de los materiales inorgaacutenicos los nanomateriales orgaacutenicos pueden
Poliacutemero lineal Quantum Dots Nanopartiacutecula
Micela polimeacuterica Liposoma Dendriacutemero
3
actuar de forma soluble o insoluble en el plasma sanguiacuteneo El principio de
adsorcioacuten se basa en la diferencia de afinidad del faacutermaco frente al medio
dispersante De forma general faacutermacos que son poco solubles en agua se
adsorben de forma efectiva en sistemas que posean cavidades hidroacutefobas
Los sistemas nanotransportadores hiacutebridos nacen de la necesidad de combinar
propiedades de los sistemas inorgaacutenicos yo orgaacutenicos con el fin de producir un
NM que muestre una alta sinergia entre ambos componentes en el proceso de
adsorcioacuten y liberacioacuten de faacutermacos [1314 22] Dependiendo de la naturaleza del
sistema hiacutebrido se pueden clasificar en hiacutebridos inorgaacutenicoinorgaacutenico [23]
hiacutebridos inorgaacutenicoorgaacutenico [24] e hiacutebridos orgaacutenicoorgaacutenico [25]
11 Nanomateriales magneacuteticos
Dentro de los NM inorgaacutenicos maacutes interesantes se encuentran las
nanoestructuras de oacutexidos hierro El oacutexido de hierro existe en la naturaleza en tres
fases magnetita (Fe3O4) maghemita (γ-Fe2O3) y hematita (α-Fe2O3) [26] La
magnetita presenta las propiedades maacutes interesantes entre todos los demaacutes
oacutexidos de hierro debido a la presencia de cationes de hierro en dos estados de
valencia (Fe2+ y Fe3+) en su estructura cubica centrada en la cara de tipo espinela
(AB2O4) inversa En ella el oxiacutegeno forma un empaquetado cuacutebico compacto
donde la mitad de los cationes Fe3+ ocupan sitios tetraeacutedricos (A) mientras que la
otra mitad de Fe3+ y los cationes Fe2+ ocupan los sitios octaeacutedricos (B) [27] lo cual
le confiere susceptibilidad magneacutetica
El nuacutemero de cationes Fe3+ en cada sitio de la red cristalina (tetraeacutedrico y
octaeacutedrico) es el mismo pero con direcciones opuestas del espiacuten magneacutetico por
lo tanto los momentos magneacuteticos de los cationes Fe3+ se anulan entre siacute como
resultado los cationes Fe2+ son los responsables del momento magneacutetico neto en
la magnetita Por lo cual la magnetita posee un comportamiento ferrimagneacutetico es
decir los espines magneacuteticos son antiparalelos y sus magnitudes son desiguales
4
El comportamiento de este material magneacutetico puede cambiar draacutesticamente
dependiendo del tamantildeo A medida que el tamantildeo de la estructura disminuye los
multidominios magneacuteticos cambian hasta obtener una estructura conformada por
un solo dominio magneacutetico [27-29] dando como resultado una nueva propiedad
magneacutetica denominada superpara-magnetismo Esta propiedad se define como la
capacidad de ciertos NM magneacuteticos que poseen alta susceptibilidad y saturacioacuten
de magnetizacioacuten bajo la influencia de un campo magneacutetico las que pierden
completamente una vez que se elimina el campo magneacutetico lo que resulta una
remanencia magneacutetica y coercitividad de cero [30] Debido a su baja toxicidad y
alta biocompatibilidad ademaacutes de la alta estabilidad mecaacutenica teacutermica y quiacutemica
la magnetita ha atraiacutedo mucho la atencioacuten para aplicaciones biomeacutedicas tales
como resonancia magneacutetica hipertermia magneacutetica terapia del caacutencer liberacioacuten
controlada de faacutermacos ingenieriacutea de tejidos entre otras [29-32]
Muchos esfuerzos tambieacuten se han llevado a cabo en la siacutentesis y propiedades de
las nanoestructuras de oacutexido de hierro con morfologiacuteas bien definidas como
nanocristales poliedros cubos varillas tubos entre otros [26] Varios meacutetodos
sinteacuteticos han sido reportados para la preparacioacuten de nanopartiacuteculas de oacutexido de
hierro que incluyen co-precipitacioacuten irradiacioacuten de ultrasonido siacutentesis
solvotermal siacutentesis hidrotermal microemulsioacuten siacutentesis viacutea microondas y la
descomposicioacuten teacutermica [33] La siacutentesis hidrotermal es una ruta de precipitacioacuten
en fase acuosa que se lleva a cabo en reactores que soportan altas presiones y
temperaturas la que se emplea ampliamente para sintetizar nanoestructuras
funcionales con formas especiacuteficas [26 27] ya que es un proceso simple y de alto
rendimiento con el cual se obtienen nano-arquitecturas de tamantildeo y morfologiacutea
reproducible [31]
Jia y colaboradores han reportado un proceso sencillo para producir nanoanillos
de Fe3O4 en el cual se utiliza la ruta hidrotermal con la participacioacuten de los
aniones dobles SO42- y H2PO4
- como controladores de la morfologiacutea para producir
Fe2O3 como base estructural el cual es sometido a un tratamiento de reduccioacuten en
5
atmoacutesfera de H2 para producir el material en base a magnetita [34] Este meacutetodo
abre la posibilidad de crear una gama de estructuras tridimensionales variando las
relaciones de iones SO42-H2PO4
- durante el tratamiento de siacutentesis hidrotermal
[34] Se ha demostrado que los iones SO42- tienen el efecto de aumentar el
tamantildeo de partiacutecula debido a que aumenta la superficie de las nanoestruturas
Fe2O3 formadas [35] La presencia de iones H2PO4- es el factor crucial que induce
la formacioacuten de una estructura tubular producto de la adsorcioacuten selectiva de iones
fosfato en la superficie de las partiacuteculas de Fe2O3 y su capacidad de coordinar con
los iones feacuterricos [36] Estas estructuras tubulares o nanotubos magneacuteticos (NT-
Fe3O4) no soacutelo conservan el fondo y la forma de una nanovarilla tambieacuten
proporcionan cavidad interna que lo proyectan como un material que permite la
encapsulacioacuten y liberacioacuten controlada de faacutermacos oligoacutemeros supramoleacuteculas
yo macromoleacuteculas entre otras especies [37] las cuales se pueden transportar
de forma segura en el sistema in vivo evitando la degradacioacuten hidroliacutetica o la
precipitacioacuten de faacutermacos hidroacutefobos durante la entrega en el sitio especiacutefico
La principal ventaja de los NT-Fe3O4 como transportadores de faacutermacos es que
pueden poseer la propiedad del para- o superpara-magnetismo para realizar un
seguimiento de la administracioacuten de faacutermacos El traslado de los NTs puede ser
controlado por un campo magneacutetico externo dirigieacutendolo de forma especiacutefica a los
sitios fisioloacutegicos de accioacuten [38] La combinacioacuten de las propiedades magneacuteticas
con una estructura tubular hace de los NT-Fe3O4 un candidato ideal como
nanotransportador empleado en aplicaciones biomeacutedicas La principal limitante
para el empleo de este tipo de sistemas es el tipo de moleacuteculas que pueden ser
adsorbidas ya que en general se ha observado que moleacuteculas de pequentildeo
tamantildeo no son adsorbidas en forma eficiente [34 39]
Una forma de poder superar la baja capacidad de adsorcioacuten de faacutermacos por parte
de los NT-Fe3O4 es generando sistemas hiacutebridos que sean capaces de incorporar
una segunda unidad que incrementen su capacidad de adsorcioacuten Esto se puede
conseguir recubriendo al NT-Fe3O4 con un segundo componente generalmente de
6
naturaleza orgaacutenica obtenido de una fuente natural o sinteacutetica proveyendo
nanoestructuras hibridas con propiedades mejoradas frente a sus componentes
puros La asociacioacuten del componente orgaacutenico con el NM inorgaacutenico puede
realizarse empleando 3 rutas tal como se muestra en la Figura 2
(a) (b) (c)
Figura 2 Esquemas de asociacioacuten componente orgaacutenico en soportes soacutelidos (a)
Adsorcioacuten (b) Adsorcioacuten por formacioacuten de pares ioacutenicos y (c) Anclaje por enlace
covalente
La asociacioacuten por formacioacuten de enlaces covalentes ha sido la teacutecnica maacutes
prometedora y puede llevarse a cabo gracias al uso de moleacuteculas intermediarias
denominadas agentes de acople los cuales son capaces de modificar la superficie
de un soacutelido inorgaacutenico y a su vez unirse covalentemente al estabilizante a traveacutes
de una funcioacuten orgaacutenica reactiva Algunos agentes de acople (AAC) se pueden
clasificar en cuatro grupos aacutecidos carboxiacutelicos poliacutemeros silanos y moleacuteculas
organofosforadas Los AAC del tipo silano son los maacutes utilizadas en los NM
inorgaacutenicos la formula general de este tipo AAC muestra dos clases de
funcionalidades (R1-(CH2)n-Si-(R2)3) Los grupos R1 representan al grupo orgaacutenico
funcional como NH2 SH epoxi metacrilato etc y los grupos R2 representan a un
grupo funcional hidrolizable tal como OCH3 OCH2CH3 o Cl [40 41]
7
Debido a que la superficie de NM inorgaacutenicos de tipo oacutexido poseen grupos
hidroxilos (-OH) eacutestos se utilizan como sitios de reaccioacuten para el proceso de
anclaje El proceso de acoplamiento se logra a traveacutes de la reaccioacuten quiacutemica
entre los grupos trialcoacutexido del AAC y los grupos hidroxilos superficiales del NM
inorgaacutenico [41] tal como se muestra en el esquema de la Figura 3
Figura 3 Esquema de anclaje del AAC en el soporte [42]
Dependiendo de la naturaleza de la moleacutecula orgaacutenica a anclar hay dos formas de
incorporarla en la superficie del soporte anclaje de AAC en la superficie del NM y
posterior reaccioacuten con la moleacutecula de intereacutes o reaccioacuten previa entre moleacutecula y
AAC para realizar el posterior anclaje en la superficie del NM
En este contexto se ha propuesto que la utilizacioacuten de sistemas
nanotransportadores hiacutebridos podriacutean mejoran las variadas limitaciones que
presentan la mayoriacutea de los sistemas nanotransportadores basados en materiales
inorgaacutenicos con baja capacidad de adsorcioacuten Algunos sistemas hiacutebridos
8
propuestos para la adsorcioacuten de faacutermacos han sido nanopartiacuteculas de siacutelice
funcionalizadas con poliacutemeros que contienen guanidina donde se ha estudiado el
comportamiento de carga y liberacioacuten de doxorrubicina y sulfasalazina [22]
nanopartiacuteculas de ZnO-poli(N-isopropilacrilamida) en las cuales se ha estudiado la
liberacioacuten del faacutermaco doxorrubicina en ceacutelulas tumorales [43] nanotubos de
carbono-dendriacutemero los cuales han permitido el aumento significativo de la
solubilidad del faacutermaco carvedilol [44] nanotubos de TiO2 y Al2O3 acoplados a
dendriacutemeros PAMAM cuyo objetivo es combinar las propiedades de adsorcioacuten y
liberacioacuten de metotrexato silibinina y curcumina [13 14]
12 Dendriacutemeros
En el uacuteltimo tiempo ha habido un creciente intereacutes en el uso de macromoleacuteculas
sinteacuteticas en base a poliacutemeros de masa molar controlada y estructura quiacutemica
definida como vectores en la administracioacuten controlada de faacutermacos y otras
aplicaciones terapeacuteuticas o de diagnoacutestico donde se destacan los dendriacutemeros
[45] Los dendriacutemeros son una clase de macromoleacuteculas polimeacutericas de forma
globular altamente ramificadas y monodispersas que constan de un nuacutecleo
central a partir del cual se originan una serie de ramificaciones La palabra
dendriacutemero deriva del teacutermino griego dendron que significa aacuterbol y meros es
decir parte La estructura de un dendriacutemero incluye tres partes un nuacutecleo central
unidades ramificadas y grupos superficiales Las unidades ramificadas estaacuten
dispuestas en capas denominadas generaciones (G) y la zona de la cual emergen
estas ramificaciones se conoce como nodo [23] tal como se muestra en la Figura
4 El tamantildeo de los dendriacutemeros variacutea entre 10-130 Aring de diaacutemetro dependiendo
de la generacioacuten del dendriacutemero [45-47] A pesar de su gran tamantildeo molecular
muestran una muy baja polidispersidad en comparacioacuten con los poliacutemeros
sinteacuteticos tradicionales [48]
La principal ventaja de los dendriacutemeros es que de acuerdo a su estructura
quiacutemica poseen cavidades hidrofoacutebicas caraacutecter que se acentuacutea a medida que
9
crece la generacioacuten del dendriacutemero Esta propiedad favorece la adsorcioacuten de
faacutermacos poco solubles en su interior destacaacutendolos como agentes de transporte
para faacutermacos poco solubles [49-52]
Figura 4 Esquema general de la estructura de un dendriacutemero
Fuente Elaboracioacuten propia
Por otra parte estos nanotransportadores poseen en su superficie un nuacutemero
definido de grupos funcionales (amino carboxilo hidroxilo etc) los que le
confieren una gran versatilidad ya que no soacutelo poseen capacidad para la
adsorcioacuten de faacutermacos en la cavidad interna de la macromoleacutecula sino que al
mismo tiempo los grupos funcionales superficiales permiten realizar
modificaciones brindaacutendoles una alta capacidad de vectorizacioacuten [17 53]
Los dendriacutemeros poliamidoaminas (PAMAM) fueron la primera familia de
dendriacutemeros sintetizados y caracterizados [54] siendo uno materiales de mayor
intereacutes en estudios de nanotransportadores en relacioacuten a su biocompatibilidad Los
dendriacutemeros PAMAM estaacuten constituidos por un nuacutecleo de 12-etilendiamina y
ramificaciones de poliamidoamina [48] En solucioacuten acuosa estos poliacutemeros se
comportan como polielectrolitos ya que las aminas terciarias presente en la
cavidad interna (pKa 30 ndash 60) y las aminas primarias superficiales del dendriacutemero
Nuacutecleo
Ramas
Punto divergente
Grupos funcionales
superficiales
10
(pKa 94 ndash 97) pueden ser protonadas a diferentes pH [13 51] lo cual conlleva a
un cambio en la conformacioacuten tamantildeo y carga del dendriacutemero Los dendriacutemeros
PAMAM estaacuten disponibles comercialmente hasta la deacutecima generacioacuten (G10) Los
de baja generacioacuten (G1-G3) son poco sensibles a los cambios frente a variaciones
de pH poseen conformaciones abiertas [55] y cavidades internas que permiten la
encapsulacioacuten de faacutermacos hidroacutefobos mientras que los grupos superficiales
estaacuten disponibles para interacciones electrostaacuteticas o conjugacioacuten covalente En la
Figura 5 se observa un dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten (G3)
Figura 5 Dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten (G3) Fuente Elaboracioacuten
propia
En la Tabla 1 se puede observar algunas propiedades de los PAMAM A medida
que aumenta la generacioacuten del dendriacutemero hay un aumento progresivo de su
11
tamantildeo (aprox 10 nm en cada generacioacuten) y como consecuencia se observa un
incremento exponencial en el nuacutemero de grupos aminos superficiales
Los dendriacutemeros PAMAM han demostrado ser efectivos como
nanotransportadores de faacutermacos pues poseen baja citotoxicidad son
biodegradables y no inmunogeacutenicos por lo menos hasta la generacioacuten 5 [56 57]
Tabla 1 Impacto en la masa molecular y en el tamantildeo de los dendriacutemeros
PAMAM seguacuten crece la generacioacuten [48]
Dendriacutemeros
PAMAM
generacioacuten
Masa molecular
(kDa)
Diaacutemetro en
nanoacutemetros (nm)
Nuacutemero de
grupos en
superficie
0 0517 15 4
1 1430 22 8
2 3256 29 16
3 6909 36 32
4 14215 45 64
5 28826 54 128
6 58048 67 256
7 116493 81 512
8 233383 97 1024
9 467162 114 2048
10 934720 135 4096
Algunos ejemplos reportados en bibliografiacutea han demostrado el aumento de la
solubilidad de algunos faacutermacos poco solubles en medio acuoso como nifedipina
adsorbida en PAMAM-G3 y PAMAM-G4 [58] aacutecido mefenaacutemico adsorbida en
PAMAM-G2 y PAMAM-G3 [51] piroxicam en PAMAM-G3 [59] metotrexato y
adriamicina en complejos PAMAM-G3-pegilado y PAMAM-G4-pegilado [60] entre
otros
12
La principal aplicacioacuten de los PAMAM como nanotransportadores ha sido en la
adsorcioacuten y liberacioacuten de faacutermacos antineoplaacutesicos [61] Lamentablemente los
sistemas PAMAM no muestran especificidad como para considerarlos potenciales
candidatos para terapias dirigidas en el tratamiento de enfermedades sin ser
previamente vectorizados Es por esto que la investigacioacuten que se ha desarrollado
en los uacuteltimos 10 antildeos ha estado focalizada en la siacutentesis de nanotransportadores
PAMAM modificados con algunas moleacuteculas capaces de conferirle especificidad
en orden a aumentar la liberacioacuten de los faacutermacos adsorbidos en la zona donde se
encuentran los receptores farmacoloacutegicos para asiacute disminuir al miacutenimo su
concentracioacuten en otras zonas del organismo [62 63] Ademaacutes variados estudios
han mostrado que los dendriacutemeros PAMAM poseen una limitada capacidad de
adsorcioacuten de faacutermacos soacutelo de unos cuantos miligramos de faacutermaco por gramo de
dendriacutemero Esto unido a la raacutepida liberacioacuten de las moleacuteculas de faacutermacos bajo
condiciones fisioloacutegicas impone el desarrollo de nuevas estrategias para el disentildeo
de nanotransportadores de faacutermacos en base a dendriacutemeros PAMAM
13 Nanomateriales hiacutebridos oacutexido inorgaacutenicoPAMAM
Dada la capacidad de adsorber faacutermacos del sistema PAMAM y su habilidad de
poder sufrir modificaciones en sus grupos aminos superficiales es que se ha
considerado como un componente que mejorariacutea la capacidad de adsorcioacuten de
faacutermacos poco solubles en sistemas inorgaacutenicos De acuerdo a la experiencia del
grupo de investigacioacuten se sabe que la preparacioacuten de nanotransportadores
hiacutebridos en base a nanotubos de TiO2 y Al2O3 acoplados con dendriacutemeros
PAMAM G3 han demostrado un incremento en la capacidad de adsorcioacuten de
faacutermacos poco solubles como metotrexato silibinina y curcumina [13 14]
En base a las evidencias previas reportadas en relacioacuten al empleo de materiales
hiacutebridos en base a nanotubos de oacutexidos inorgaacutenicos acoplados a dendriacutemeros
PAMAM y las caracteriacutesticas de NM del tipo NT-Fe3O4 es que se ha propuesto la
siacutentesis caracterizacioacuten y evaluacioacuten de la capacidad de adsorcioacuten de faacutermacos
13
de materiales en base a NT-Fe3O4 acoplados a PAMAM G3 los que podriacutean
constituir sistemas con una capacidad de adsorcioacuten superior respecto del NT-
Fe3O4 ademaacutes de exhibir propiedades para- o superpara-magneacuteticas que le
confeririacutean la capacidad de ser magneto-dirigido a los sitios de accioacuten Se espera
realizar la inmovilizacioacuten por medio de la unioacuten covalente entre el NT-Fe3O4 y
PAMAM mediada por un agente de acople de tipo 3-glicidoxipropil-trimetoxisilano
(GPTMS) Los estudios de adsorcioacuten se hicieron con dos faacutermacos poco solubles
como modelos silibinina (SIL) y piroxicam (PRX) empleando como adsorbentes
NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM G3
14
2 HIPOacuteTESIS
La inmovilizacioacuten covalente del dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten en un
NT magneacutetico en base a Fe3O4 permitiraacute adsorber efectivamente faacutermacos que
poseen baja solubilidad en agua
3 OBJETIVOS
31 OBJETIVO GENERAL
Sintetizar un nanotransportador hiacutebrido Fe3O4-PAMAM (G3) con la capacidad de
adsorber faacutermacos con baja solubilidad en agua
32 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
Sintetizar y caracterizar una nanoestructura magneacutetica basada en nanotubos
de Fe3O4 obtenidos por una reduccioacuten de nanotubos Fe2O3
Funcionalizar la nanoestructura magneacutetica con agente de acople por medio de
enlaces covalentes
Obtener un nanomaterial hiacutebrido basado en la inmovilizacioacuten covalente del
dendriacutemero PAMAM en la nanoestructura magneacutetica funcionalizada
Estudiar la adsorcioacuten de los faacutermacos piroxicam y silibinina en el nanomaterial
hiacutebrido
15
4 PARTE EXPERIMENTAL
41 Siacutentesis de los nanotransportadores
411 Siacutentesis de nanotubos de magnetita (Fe3O4)
Para la obtencioacuten de estos nanotubos magneacuteticos primero se realizoacute la siacutentesis de
nanotubos de hematita (α-Fe2O3) como precursor de forma los que fueron
obtenidos por tratamiento hidrotermal de una mezcla de disoluciones de
FeCl36H2O (JTBakerreg) NH4H2PO4 (Sigma-Aldrichreg) y Na2SO4 (Merckreg) de
acuerdo al trabajo reportado por Jia y colaboradores [34] Las relaciones molares
empleadas de la sal precursora y los agentes directores de estructura fueron
FeCl3NH4H2PO4Na2SO4 36121 las que se prepararon en agua desionizada y se
llevaron a un autoclave de 100 mL de capacidad La mezcla se calentoacute a 220degC
durante 48h El precipitado obtenido se separoacute por centrifugacioacuten y se lavoacute tres
veces con agua desionizada y etanol absoluto (Merckreg) respectivamente Despueacutes
el soacutelido se secoacute en una estufa a vaciacuteo por 12h a 80degC para obtener los nanotubos
de Fe2O3 Finalmente los NT-Fe3O4 fueron obtenidos por reduccioacuten de los NT-
Fe2O3 a 360degC bajo flujo continuo de H2 5vv en Ar durante 5h en una rampa de
calentamiento de 1degCmin El rendimiento de la siacutentesis fue de un 91
412 Funcionalizacioacuten de NT-Fe3O4 con el agente de acople
3-glicidoxipropil-trimetoxisilano
Los NT-Fe3O4 se dispersaron en tolueno (Merckreg) seco el cual fue previamente
desgasificado con N2 por 1h en un reactor de vidrio provisto de agitacioacuten mecaacutenica
y atmoacutesfera controlada (ver Figura 6) Al tolueno se agregoacute 1 g de NT- Fe3O4
formando una dispersioacuten negra la que se calentoacute hasta alcanzar la temperatura de
ebullicioacuten Una vez alcanzada la temperatura deseada se inyectoacute el agente de
acople 3-glicidoxipropil-trimetoxisilano (GPTMS 98 Aldrichreg) en relacioacuten 1 mL
GPTMS por 1 g de soporte [13 14] La reaccioacuten se mantuvo a reflujo por 24h Una
16
vez obtenido NT-Fe3O4-GPTMS se lavoacute con acetona (Merckreg) para eliminar el
exceso de GPTMS y se secoacute en estufa a vaciacuteo por 12h a 40degC El rendimiento de
la reaccioacuten acople se determinoacute por medio de anaacutelisis termogravimeacutetrico el cual se
adjunta en la seccioacuten 512
Figura 6 Sistema de reaccioacuten para realizar las modificaciones superficiales de NT-
Fe3O4 Fuente Elaboracioacuten propia
413 Acoplamiento de NT-Fe3O4-GPTMS con dendriacutemero PAMAM
En un reactor de vidrio provisto de agitacioacuten mecaacutenica (Figura 6) se agregaron
050 g de NT-Fe3O4-GPTMS con 25 mL de dimetilsulfoacutexido (DMSO Merckreg) seco
generaacutendose una dispersioacuten negra que se agitoacute durante 1h en N2 a 40degC
Posteriormente se disolvioacute 863 mg de dendriacutemero PAMAM G3 (20 mm en
metanol Sigma-Aldrichreg) seco en 5 mL de DMSO seco y se agregoacute al sistema de
reaccioacuten el cual se mantuvo en agitacioacuten mecaacutenica y a 40degC por un periodo de
48h El material obtenido se lavoacute exhaustivamente con metanol (Merckreg) para
eliminar los restos de DMSO y PAMAM adsorbidos Por uacuteltimo el soacutelido NT-Fe3O4-
PAMAM se secoacute al vaciacuteo a 40degC por un periodo de 24h El rendimiento de la
reaccioacuten conjugacioacuten se determinoacute por medio de anaacutelisis termogravimeacutetrico el cual
se adjunta en la seccioacuten 512
17
42 Caracterizacioacuten de los sistemas
421 Espectroscopia de Infrarrojo con Transformada de Fourier (FT-IR)
Un espectro IR se obtiene al pasar radiacioacuten IR a traveacutes de una muestra y
determinar que fraccioacuten de esta radiacioacuten incidente ha sido absorbida La energiacutea
particular a la que aparece cada banda en el espectro guarda relacioacuten con la
frecuencia de vibracioacuten de una parte de la moleacutecula Los espectros en la regioacuten
infrarroja estaacuten asociados a las transiciones entre niveles de energiacutea vibracional
estos niveles corresponden a vibraciones tensioacuten-contraccioacuten (stretching) y
flexiones (bending) de los enlaces y otros movimientos complejos de las moleacuteculas
[64] La regioacuten IR del espectro electromagneacutetico se encuentra entre 14290-10 cm-1
El intervalo que abarca la espectroscopia infrarroja puede dividirse en tres
regiones IR cercano (NIR) 14290-4000 cm-1 IR medio 4000-400 cm-1 IR lejano
400-10 cm-1 siendo en el IR medio donde se dan la mayoriacutea de las aplicaciones
analiacuteticas tradicionales
En los experimentos comunes de FT-IR un haz de luz infrarroja atraviesa la
muestra y se registra la cantidad de energiacutea absorbida a cada longitud de onda
Esto puede lograrse barriendo el espectro con un haz de luz monocromaacutetico el
cual cambia su longitud de onda a traveacutes del tiempo o usando una transformada de
Fourier para medir todas las longitudes de onda a la vez como se muestra en la
Figura 7 A partir de esto se obtiene un espectro de transmitancia o absorbancia
el cual permite una interpretacioacuten de la naturaleza de los enlaces quiacutemicos
presentes La teacutecnica de FTIR se ha utilizado para estudiar materiales de tamantildeo
nanoescala como moleacuteculas funcionales injertadas covalentemente en nanotubos
de carbono [65] y nanotubos de TiO2 acoplados a dendriacutemero PAMAM [13]
18
Figura 7 Esquema del equipamiento de un FT-IR Fuente Elaboracioacuten propia
Equipamiento
Los materiales puros e hiacutebridos se analizaron en el equipo Nicolet marca Nexus
FT-IR en la zona del IR medio usando como blanco pastilla KBr Para ello se
homogeneizoacute 1 mg de muestra en 100 mg KBr seguido por la obtencioacuten de la
pastilla en prensa hidraacuteulica por uacuteltimo se colocoacute en el portamuestra la pastilla y se
midioacute el espectro a temperatura ambiente barriendo nuacutemeros de onda en el
intervalo medio (4000-400 cm-1) y con un nuacutemero de acumulaciones de 64 scan
422 Difraccioacuten de Rayos X (DRX)
Los rayos X son una forma de radiacioacuten electromagneacutetica que tiene elevada
energiacutea y corta longitud de onda del orden de los espacios interatoacutemicos de los
soacutelidos Cuando un haz de rayos X atraviesa un soacutelido la radiacioacuten se dispersa al
interaccionar con los electrones de los aacutetomos En este caso cada capa de aacutetomos
reflejara parte del haz de rayos X los haces reflejados en las capas sucesivas de
aacutetomos del soacutelido pueden presentar ondas que en una determinada direccioacuten
concuerdan en fase con las ondas reflejadas por otras capas es decir se produce
una interferencia constructiva a este fenoacutemeno se le llama difraccioacuten de rayos X
19
La difraccioacuten de rayos X se puede describir simplemente como la reflexioacuten de un
haz de rayos X incide sobre los planos cristalinos de una muestra soacutelida
empleando la ley de Bragg tal como se muestra en la Figura 8 [64]
Figura 8 Difraccioacuten de Rayos X producida por los diferentes planos de un cristal
Fuente Elaboracioacuten propia
La teacutecnica de difraccioacuten maacutes comuacuten utiliza una muestra pulverizada o policristalina
consistente en muchas partiacuteculas diminutas y orientadas al azar que se exponen a
una radiacioacuten de rayos X monocromaacutetica Como cada partiacutecula de polvo es un
cristal teniendo una gran cantidad de ellos orientados libremente se asegura que
algunas partiacuteculas esteacuten orientadas adecuadamente para que sus planos
cristalograacuteficos cumplan las condiciones para la difraccioacuten y de esta forma obtener
perfiles de difraccioacuten tiacutepicos de cada material
Equipamiento
En este estudio se utilizoacute el difractoacutemetro Rigaku modelo Geigerflex II empleando
el meacutetodo de polvo y usando como estaacutendar interno silicio (cuarzo) La muestra
previamente pulverizada se coloca en un porta objeto para ser irradiado con la
liacutenea κα1 del anticaacutetodo de Fe (λ 19360 Aring) a 35kV y 15mA usando un filtro de
manganeso para eliminar la liacutenea de κβ
20
423 Microscopiacutea Electroacutenica de Transmisioacuten (TEM)
La teacutecnica maacutes utilizada para la caracterizacioacuten de nanomateriales es la
microscopia electroacutenica de transmisioacuten (TEM) la que ofrece imaacutegenes directas de
los nanomateriales con una resolucioacuten espacial hasta el nivel de las dimensiones
atoacutemicas 10-9 m [66] El fundamento del TEM se basa en un haz de electrones que
manejados a traveacutes de lentes electromagneacuteticas se proyecta sobre una muestra
muy delgada situada en una columna de alto vaciacuteo Electrones que atraviesan la
muestran son recogidos y focalizados por la lente objetivo generando una imagen
intermedia ampliada La imagen es ampliada auacuten maacutes gracias a las lentes
proyectoras las cuales controlan la ampliacioacuten de la imagen en la pantalla
fluorescente como se muestra de forma esquemaacutetica en la Figura 9 [67] El TEM
mejora los anaacutelisis morfoloacutegicos y estructurales de nanomateriales ademaacutes
proporciona una mejor resolucioacuten espacial y la capacidad para mediciones
analiacuteticas adicionales [66]
Equipamiento
Las muestras analizadas fueron previamente tratadas tomando una pequentildea
porcioacuten del soacutelido el que se molioacute y disgregoacute en un mortero de aacutegata hasta obtener
un polvo fino Eacuteste se dispersoacute en una mezcla de etanolagua (50 vv) y se
sembroacute en una gradilla de cobre recubierta por una capa de carboacuten y colodioacuten Las
muestras fueron analizadas en un microscopio TEM modelo JEOL JEM -1200EX
II con una resolucioacuten de 5Aring a 120Kv las imaacutegenes obtenidas fueron trabajadas en
el software ImageJ donde se determinaron los diaacutemetros promedio y el largo
promedio de las partiacuteculas empleando la data estadiacutestica entregada directamente
por el software
21
Figura 9 Esquema de un microscopio electroacutenico de transmisioacuten Fuente
Elaboracioacuten propia
424 Microscopia Electroacutenica de Barrido (SEM)
La microscopia electroacutenica de barrido (SEM) es una teacutecnica que permite la
observacioacuten y caracterizacioacuten superficial de materiales inorgaacutenicos y orgaacutenicos
entregando informacioacuten morfoloacutegica del material analizado ademaacutes del
procesamiento y anaacutelisis de imaacutegenes obtenidas Las principales utilidades del
SEM son su alta resolucioacuten la gran profundidad de campo que resuelve una
imagen tridimensional de la muestra y la relativa sencillez de preparacioacuten de las
muestras [66 68] La imagen entregada por el SEM se genera por la interaccioacuten de
un haz de electrones que barre un aacuterea determinada sobre la superficie de la
muestra tal como se muestra la Figura 10 La teacutecnica consiste en hacer incidir en
la muestra un haz de electrones Este bombardeo de electrones provoca la
aparicioacuten de diferentes sentildeales que captadas con detectores adecuados
proporcionan informacioacuten acerca de la naturaleza de la muestra
22
Figura 10 Esquema de un microscopio electroacutenico de barrido Fuente Elaboracioacuten
propia
Equipamiento
Las materiales se analizaron tomando 10 mg de muestra deposinatnadolos en un
porta objeto de aluminio y posteriormente fue analizado en microscopio SEM
modelo JEOL JSM-6380LV
425 Anaacutelisis Termogravimeacutetrico (TGA)
El anaacutelisis termogravimeacutetrico (TGA) es una teacutecnica que consiste en la medida
continua en funcioacuten de la temperatura de la ganancia o peacuterdida de la masa de un
compuesto en una atmoacutesfera determinada [69] Este anaacutelisis suministra
informacioacuten acerca de la estabilidad teacutermica y la composicioacuten porcentual de la
muestra original La instrumentacioacuten utilizada en termogravimetriacutea se denomina
termobalanza y consta baacutesicamente de cinco elementos balanza de precisioacuten
horno calefactor controlado por un programador sensor de temperatura (termopar)
sistema de admisioacuten de gases y sistema de adquisicioacuten de datos Las condiciones
requeridas para la balanza son anaacutelogas a cualquier balanza analiacutetica exactitud
sensibilidad y reproducibilidad
23
Equipamiento
Las muestras fueron llevadas a un analizador teacutermico modelo TGASDTA 851e
Los perfiles de descomposicioacuten teacutermica se barrieron entre 25-1000degC a una
velocidad de calentamiento de 5degC min-1 en un flujo de 20 mLmin-1 de N2 u O2
empleando un crisol de Al2O3
426 Isotermas de Adsorcioacuten-Desorcioacuten de N2 a -196degC
La caracterizacioacuten superficial de materiales porosos como oacutexidos metaacutelicos
zeolitas o poliacutemeros orgaacutenicos mediante isotermas de adsorcioacuten-desorcioacuten permite
determinar paraacutemetros tales como el aacuterea superficial el volumen y la distribucioacuten
del tamantildeo de poros [13 70] Cualquier material soacutelido que contiene cavidades
canales o intersticios puede ser considerado como poroso (Figura 11) Los poros
se pueden clasificar en cerrados y abiertos Los cerrados son aquellos que influyen
en propiedades macroscoacutepicas como densidad o resistencia mecaacutenica pero no
son accesibles a procesos de adsorcioacuten Los abiertos a su vez se pueden
clasificar seguacuten su forma o manera de conexioacuten con el exterior La rugosidad de la
superficie externa de la muestra se distingue de la porosidad en que su
profundidad es menor que su anchura
Figura 11 Representacioacuten esquemaacutetica de un soacutelido poroso [71]
24
La estructura porosa se analiza mediante isotermas de adsorcioacuten de gases Esta
consiste en la adsorcioacuten fiacutesica de un gas (adsorbato) sobre un soacutelido (adsorbente)
a una temperatura dada para distintas presiones relativas de gas
Los adsorbatos maacutes utilizados son el N2 CO2 CO NO benceno y algunos
hidrocarburos alifaacuteticos de cadena corta La adsorcioacuten de N2 a -196degC (77 K) es la
maacutes utilizada debido a que cubre todo el rango de porosidad e interacciona
deacutebilmente con la mayoriacutea de los soacutelidos Ademaacutes la misma isoterma puede ser
utilizada para el anaacutelisis del tamantildeo de poro y para superficie especifica empleando
una variedad de modelos El modelo maacutes usado es el de Brunauer-Emett-Teller
(BET) el cual se basa en dos hipoacutetesis principales a) la superficie del adsorbente
se supone uniforme y no porosa b) las moleacuteculas del gas se adsorben sobre la
superficie en capas sucesivas completas o no en equilibrio dinaacutemico entre siacute y
con las moleacuteculas del gas [72 73]
Equipamiento
Los valores de superficie especiacutefica se obtuvieron a partir de las isotermas de
adsorcioacuten de nitroacutegeno a -196degC realizados en un equipo automaacutetico Micromeritics
modelo ASAP 2010 en el rango de presioacuten relativa de 005-03 Se utilizoacute el meacutetodo
BET para calcular las superficies especiacuteficas utilizando la parte lineal del graacutefico de
acuerdo con las recomendaciones de la IUPAC El volumen de poro y las
distribuciones de tamantildeo de poro fueron calculados a partir de las ramas de
desorcioacuten de las isotermas utilizando el meacutetodo de Barret-Joyner-Halenda (BHJ)
427 Magnetizacioacuten del material
Cuando un material se expone a un campo magneacutetico el giro de sus electrones
producen un momento magneacutetico paralelo al campo al que estaacute expuesto esto es
en el material se ha inducido una magnetizacioacuten (M) que es proporcional al campo
magneacutetico externo (H)
25
En la Figura 12 se observa la curva de magnetizacioacuten de un material
ferromagneacutetico que corresponde a un graacutefico de la magnetizacioacuten (M) frente a un
campo aplicado (H) Inicialmente a medida que aumenta la intensidad del campo
aplicado H M tambieacuten aumenta hasta alcanzar el punto de saturacioacuten Ms
Entonces cuando la intensidad del campo H comienza a disminuir por debajo del
punto de saturacioacuten M no lo hace en la misma proporcioacuten que antes sino que a
valores correspondientes a la curva superior Esto comportamiento se conoce
como histeacuteresis y se produce porque los dominios magneacuteticos que se alinean con
un incremento del campo no vuelven a su orientacioacuten original si el campo es
menor Cuando el campo aplicado H regresa al valor cero el material aun
presenta magnetizacioacuten denominada magnetizacioacuten remanente Mr Para eliminar
la magnetizacioacuten remanente se debe aplicar un campo Hc en sentido contrario al
campo inicialmente aplicado conocido como campo coercitivo Si se continuacutea
aumentando el campo se produce otra saturacioacuten en direccioacuten contraria Si desde
esa posicioacuten se disminuye el campo aplicado se vuelve a repetir el mismo
comportamiento dando lugar auacuten ciclo de histeacuteresis [74]
Figura 12 Representacioacuten de curva de magnetizacioacuten para un material
ferromagneacutetico [74]
26
Los paraacutemetros Ms Mr y Hc obtenidos a partir de la curva de magnetizacioacuten
corresponden a propiedades intriacutensecas de un material aunque los uacuteltimos dos
paraacutemetros mencionados no solo depende del tipo del material sino ademaacutes del
tamantildeo y forma del material temperatura y defecto del material [75]
Con la finalidad de comparar el comportamiento magneacutetico de diferentes materiales
frente a un campo aplicado eacutestos se pueden clasificar en diamagneacutetico
paramagneacutetico ferromagneacutetico (Figura 12) ferrimagneacutetico superparamagneacutetico
antiferromagneacutetico El instrumento maacutes utilizado en los anaacutelisis de materiales
magneacuteticos es el magnetoacutemetro de muestra vibrante (VSM) disentildeado para la
medicioacuten de la magnetizacioacuten y del cual se obtiene el ciclo de histeacuteresis [76 77]
Equipamiento
Para las curvas de magnetizacioacuten se pesaron 10 mg de las muestras las que se
depositaron en caacutepsula de policarbonato Dicha caacutepsula fue llevada al portamuestra
del magnetoacutemetro de muestra vibrante (VSM) modelo MLVSM9 MagLab 9T Oxford
Instrument Todas las mediciones se realizaron a 17degC
428 Adsorcioacuten de Faacutermacos en Nanotubo Fe3O4 y en nanotransportador
hiacutebrido Fe3O4-PAMAM
Los ensayos se disentildearon para seguir la adsorcioacuten del faacutermaco en funcioacuten del
tiempo Para ello en un vaso de precipitado colocado sobre una placa agitadora
con control de temperatura se contactan 200 mL de una disolucioacuten acuosa de SIL
(005 mgmL) con 10 mg del nanotransportador dispersos en 2 mL de agua
desionizada y colocados en el interior de bolsa de diaacutelisis (Thermo Scientific
SnakeSkin Dialysis Tubing 10K MWCO 22mm) tal como se muestra
esquemaacuteticamente en la Figura 13 La cineacutetica de la adsorcioacuten se siguioacute por medio
de espectroscopia de UV-visible tomando aliacutecuotas de 10 mL y monitoreadas a
una longitud de onda de maacutexima absorcioacuten (λmaacutex) del faacutermaco (288 nm) cada una
hora empleando un espectrofotoacutemetro UV-VIS (UV2310IISpectrophotometer) hasta
27
que no se detecta variacioacuten en las lecturas absorbancia en funcioacuten
Figura 13 Esquema del sistema de adsorcioacuten de faacutermacos en los
nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
El mismo procedimiento fue empleado para evaluar la capacidad de encapsulacioacuten
de piroxicam (PRX) donde se empleoacute una concentracioacuten inicial de 001 mgmL y
las medidas de absorbancia se siguieron a λmaacutex = 350 nm Todas las medidas de
absorbancia se realizaron por triplicado y la cuantificacioacuten se realizoacute empleando las
respectivas curvas de calibracioacuten de cada faacutermaco Para ambos sistemas NT-
Fe3O4 y Fe3O4-PAMAM las medidas de encapsulacioacuten se realizaron por duplicado
28
5 DISCUSIOacuteN Y ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
51 Caracterizacioacuten de los nanomateriales
511 Espectroscopia de infrarrojo con transformada de Fourier
La caracterizacioacuten espectroscoacutepica por FT-IR entrega informacioacuten sobre los
grupos superficiales existente en una muestra En la Figura 14 se observa el
espectro de NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM En el caso de NT-Fe3O4 se observa
una banda a 574 cm-1 que corresponde al stretching del enlace de Fe-O de la
magnetita seguido por la banda ubicada entre 945-980 cm-1 asociada al bending
del enlace FendashOndashH atribuido a los grupos hidroxilos adsorbidos en la superficie de
NT-Fe3O4 El bending a 1628 cm-1 se asigna a la vibracioacuten de las moleacuteculas de
H2O fisisorbidas sobre la superficie de la magnetita [78] por uacuteltimo entre 3090-
3430 cm-1 se observa una banda ancha correspondiente al stretching de los
grupos FendashOH superficiales [79 80]
Figura 14 Espectro FT-IR de (a) NT-Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-PAMAM Fuente
Elaboracioacuten propia
29
El NT-Fe3O4-PAMAM tiene un espectro similar al NT-Fe3O4 pero se pueden
identificar la banda asociada al bending N-H de las aminas primarias del PAMAM
a 1541 cm-1 mientras que a 1638 cm-1 se observa una banda atribuida al grupo
carbonilo (C=O) de las amidas que componen ramas de crecimiento internas del
dendriacutemero Las bandas entre 2849-2912 cm-1 corresponden a los stretching de
los grupos metileno (-CH2-) presentes en el agente de acople GPTMS y en la
cadena alifaacutetica del dendriacutemero PAMAM [13 81] Por uacuteltimo la banda de vibracioacuten
atribuida de los grupos ndashNH2 terminales se solapa con la sentildeal de los grupos ndashOH
de la superficie del NT-Fe3O4 Con lo anterior se verifica la presencia del
dendriacutemero PAMAM y la superficie del NT-Fe3O4 utilizando como agente de
acople GPTMS
512 Anaacutelisis Termogravimeacutetrico
Por medio del estudio de TGA se ha podido determinar la cantidad de PAMAM
conjugada en el soacutelido NT-Fe3O4 En la Figura 15 se muestran las curvas de
peacuterdida de masa porcentual en funcioacuten de la temperatura para los tres sistemas
preparados En el caso de NT-Fe3O4 se observa una curva continua hasta
alrededor de los 200degC donde comienza la peacuterdida de materia que corresponde a
desorcioacuten de agua fuertemente fisisorbida en el material En una segunda etapa a
500degC se detecta la peacuterdida en masa atribuida a la oxidacioacuten de las especies Fe2+
a Fe3+ con la consecuente peacuterdida de agua [82 83]
2Fe3O4 (s) + 12O2 (g) rarr 3Fe2O3 (s)
Posterior a 650degC se detecta una continua peacuterdida de masa la que se asume
corresponde a la deshidroxilacioacuten de las especies Fe-OH remanentes de la
formacioacuten de Fe2O3 Cuando al material se le inmoviliza el agente de acople
GPTMS se observa un perfil de peacuterdida en masa diferente al material de partida
La temperatura de inicio es de alrededor de 250degC en la cual comienza la
combustioacuten de la materia orgaacutenica atribuida al anclaje del agente de acople en la
30
superficie de NT-Fe3O4 finalizando alrededor de los 430degC En la zona del
termograma que denota la oxidacioacuten de las especies Fe2+ a Fe3+ se observa un
desplazamiento a 550degC atribuido a la estabilizacioacuten superficial que le confieren
los enlaces Fe-O-Si que se han formado durante el proceso de anclaje [84 85]
Figura 15 Termogramas de los materiales realizados en atmoacutesfera de O2 (a) NT-
Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-GPTMS y (c) NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten
propia
La diferencia en las masas remanentes entre ambas curvas ha permitido estimar
la cantidad de GPTMS que se ha inmovilizado en NT-Fe3O4 el cual se resume en
la Tabla 2 Soacutelo se puede determinar un estimado por esta teacutecnica pues se sabe
que las especies Fe-O-Si presente en la muestra se pueden sustituir en la matriz
del NT-Fe3O4 durante el proceso produciendo la mineralizacioacuten del GPTMS
4(Fe-O)3Si(CH2)3-(CH2OCH2)(s) + 25O2(g) rarr 2(Fe-O)3Si-O-Si(O-Fe)3(s) +
20CO2(g) + 16H2O(g)
31
Lo que al mismo tiempo podriacutea provocar el desplazamiento de la oxidacioacuten de las
especies Fe2+ a temperaturas superiores
Tabla 2 Porcentaje de peacuterdida de masa y material acoplado GPTMS y PAMAM
(G3) al NT-Fe3O4 Fuente Elaboracioacuten propia
Por uacuteltimo para el material hiacutebrido NT-Fe3O4-PAMAM muestra un perfil de
peacuterdida de masa continua desde los 75degC en adelante atribuido a la desorcioacuten de
H2O fisisorbida la que se incrementa respecto de los materiales precursores
atribuidos a la alta capacidad de adsorber agua por parte del dendriacutemero
inmovilizado en superficie Por sobre los 250degC comienza una segunda etapa de
peacuterdida en masa la que corresponde a la calcinacioacuten de la materia orgaacutenica
conferida por GPTMS-PAMAM la que ocurre en dos etapas 1) combustioacuten de la
materia orgaacutenica alifaacutetica (250degC) y 2) a la combustioacuten asociada a los enlaces
amidas de la ramas de crecimiento de PAMAM (450degC) la que al mismo tiempo se
acopla con la oxidacioacuten de la especies Fe2+ del material inorgaacutenico Comparando
los resultados obtenidos para NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-GPTMS se puede estimar el
contenido de PAMAM conjugado a la nanoestructura lo cual se resume en la
Tabla 2 Con estos resultados se puede inferir que la reaccioacuten de inmovilizacioacuten ha
afectado el contenido en masa del material el que se puede atribuir a la
conjugacioacuten de PAMAM en los NT-Fe3O4
513 Isotermas de Adsorcioacuten-Desorcioacuten de N2 a -196degC
Las isotermas de adsorcioacutendesorcioacuten de N2 a -196degC de los materiales NT-Fe3O4
y NT-Fe3O4-PAMAM se presentan en la Figura 16 Ambas isotermas son del tipo
IV de acuerdo a la calificacioacuten BDDT tiacutepica de soacutelidos mesoporosos y con ciclo
de histeacuteresis tipo H1 [72 73] caracteriacutesticas de capilares de forma tubular con
Material () (μmolg) (μmolm2)
NT-Fe3O4-GPTMS 39 165 66
NT-Fe3O4-PAMAM 168 243 097
32
abertura en sus extremos En la Tabla 3 se resumen los valores de superficies
especiacuteficas (SBET) distribuciones de tamantildeo promedio de poro de los materiales
(dPoro) y volumen total (VPoro) mostrando que la funcionalizacioacuten con GPTMS
seguido por la inmovilizacioacuten con dendriacutemero PAMAM en la superficie del NT-
Fe3O4 provoca una disminucioacuten de los valores
Figura 16 Isoterma de adsorcioacutendesorcioacuten de N2 a -196degC para (a) NT-Fe3O4 y (b)
NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Lo anterior se debe a que el GPTMS y PAMAM producen el cubrimiento parcial
de la superficie del material tubular NT-Fe3O4 lo que lleva a que los poros se
cierren o tapen estrechando sus cavidades y haciendo que el proceso de
desorcioacuten ocurra a menores presiones relativas Lo descrito con anterioridad
concuerda con el cambio en el ciclo de histeacuteresis gracias a una disminucioacuten del
diaacutemetro promedio de poro o bien un aumento en el grosor de la pared del
material tubular Esto es una evidencia experimental de la modificacioacuten superficial
del nanotubo la que presumiblemente ocurre de forma preferente en la superficie
interna del material
33
Tabla 3 Superficie especiacutefica tamantildeo promedio de poro y volumen de poro
determinadas por las de BET y BJH [73 86] para los materiales en base a NT-
Fe3O4 sintetizados Fuente Elaboracioacuten propia
condiciones normales Presioacuten y temperatura
514 Difraccioacuten de Rayos X
En la Figura 17 se muestran los perfiles de DRX para de NT α-Fe2O3 NT-Fe3O4 y
NT-Fe3O4-PAMAM El primer material corresponde a NT α-Fe2O3 debido a la
siacutentesis previa de nanotubos de hematita precursor de los nanotubos de
magnetita Se observan las difracciones propias de la hematita la cual coincide
con su estructura hexagonal (JCDS 33-0664) [87-89] Ademaacutes en la figura 17 se
observa la desaparicioacuten y aparicioacuten de picos desde el primer al segundo material
en este uacuteltimo aparecen los picos de la magnetita esto indica la reaccioacuten de
reduccioacuten de la hematita a magnetita con el consecuente cambio estructural
Los materiales NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM se detectan las difracciones tiacutepicas
para Fe3O4 con estructura cristalina del tipo magnetita la cual corresponde a una
estructura cuacutebica centrada en la cara de tipo espinela (AB2O4) inversa (JCPDS 19-
0629) [29 79 80] La modificacioacuten superficial con agente de acople seguido por el
acoplamiento con dendriacutemero PAMAM no provoca cambios en la estructura
cristalina del material NT-Fe3O4
Material SBET
(m2g-1)
dPoro
(nm)
VPoro
(cm3g-1)
NT-Fe3O4 59 33 01
NT-Fe3O4-PAMAM 25 19 005
34
Figura 17 Difractograma de rayos X para (a) NT α-Fe2O3 (b) NT-Fe3O4 y (c) NT-
Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
515 Microscopiacutea Electroacutenica de Barrido y Transmisioacuten
La estructura tubular de estos materiales se siguioacute por medio de microscopiacutea
electroacutenica de barrido y transmisioacuten En relacioacuten a la morfologiacutea superficial se
puede observar en la Figura 18 que en ambos materiales muestran la forma tiacutepica
de materiales nanotubulares huecos lo cual ratifica los resultados en la forma de
los ciclos de histeacuteresis observados en la caracterizacioacuten por isotermas de
adsorcioacuten de N2 a -196degC (Figura 16) En relacioacuten a la modificacioacuten superficial del
material NT-Fe3O4 con GPTMS y PAMAM se mantiene la morfologiacutea del material
inorgaacutenico en acuerdo con la caracterizacioacuten por DRX
35
Figura 18 Imaacutegenes de SEM de los materiales (a) NT-Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-
PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Para poder determinar de forma directa los tamantildeos partiacutecula longitud y diaacutemetro
de NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM se ha realizado la caracterizacioacuten por TEM y
sus respectivas micrografiacuteas se muestran en la Figura 19 Al igual que en el caso
de SEM se observan nanoestructuras que muestran una morfologiacutea definida de
tipo tubular con una cavidad regular abierta en sus extremos
A traveacutes del conteo de los nanotubos y la medicioacuten directa de sus tamantildeos se han
determinado las curvas de distribucioacuten para el largo y diaacutemetro externo de los
nanotubos tal como se muestra en la Figura 19 Los valores promedio del largo
fueron del orden de 280 y 286 nm y los diaacutemetros externos fueron 151 y 159 nm
para NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM respectivamente Al comparar las imaacutegenes y
sus correspondientes dimensiones obtenidas se puede observar que la
morfologiacutea del material no se ve afectada al modificar la superficie del NT-Fe3O4
durante el proceso de conjugacioacuten con el dendriacutemero PAMAM
(b) (a)
36
Figura 19 Micrografiacuteas de TEM de NT-Fe3O4 (a b) NT-Fe3O4-PAMAM (e f) y las
curvas de distribucioacuten del largo (c g) y diaacutemetro externo (d h) para ambos NT-
Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM respectivamente Fuente Elaboracioacuten propia
(a) (b)
(h) (g)
(f) (e)
(d) (c)
37
516 Propiedades magneacuteticas
Las propiedades magneacuteticas de NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM fueron estudiadas
por medio de un anaacutelisis VSM y las curvas de magnetizacioacuten se muestran en la
Figura 20 dando como resultado para ambos materiales la propiedad
ferrimagneacutetica Aquello se debe a que la foacutermula de la magnetita Fe3O4 puede
escribirse en la forma Fe3+[Fe2+Fe3+]O4 seguacuten la foacutermula general AB2O4 de tipo
espinela inversa Donde la mitad de los cationes Fe3+ ocupan sitios tetraeacutedricos
mientras que la otra mitad de Fe3+ y los cationes Fe2+ ocupan los sitios
octaeacutedricos Los cationes de Fe3+ se distribuyen por tanto en dos posiciones
diferentes en la estructura pero con direcciones opuestas de espiacuten magneacutetico por
lo tanto los momentos magneacuteticos de los cationes Fe3+ se anulan entre siacute
mientras que los momentos magneacuteticos de los cationes Fe2+ que posee espiacuten de
menor magnitud comparado con Fe3+ son los responsables del momento
magneacutetico neto en la magnetita [27 77 90] De la graacutefica de la Figura 20 se
observa que el ciclo de magnetizacioacuten muestra un ciclo de histeacuteresis de similares
caracteriacutesticas Este resultado permite suponer que la modificacioacuten con el agente
de acople GPTMS y posterior anclaje de PAMAM no perturboacute las propiedades
magneacuteticas del soporte durante la siacutentesis De la Figura 20 se pueden extraer el
valor de la magnetizacioacuten remanente (Mr) y coercitividad (Hc) en ausencia del
campo aplicado y el valor de magnetizacioacuten de saturacioacuten (Ms) los cuales se
resumen en la Tabla 4
Tabla 4 Resumen de paraacutemetros magneacuteticos para los materiales preparados a
17degC Fuente Elaboracioacuten propia
Material Ms
(emug)
Mr
(emug)
Hc
(Oe)
Fe3O4 bulk 92 - lt 100
NT-Fe3O4 67 16 249
NT-Fe3O4-PAMAM 58 10 240
38
Los valores de Ms que se encuentran en los materiales nanoestructurados son
generalmente maacutes pequentildeos que la magnetita bulk lo cual puede ser atribuido al
aumento de efectos superficiales y a la presencia de dendriacutemero PAMAM A su
vez se han reportado valores experimentales para Ms en nanopartiacuteculas de
magnetita que abarcan entre 30-50 emug inferior al valor del mineral magnetita
90 emug [39 91-93] Por el contrario los valores de Hc encontrados para ambas
nanoestructuras son mayores al ser comparado con la magnetita bulk debido a la
disminucioacuten del tamantildeo de partiacutecula
39
Figura 20 Curva de magnetizacioacuten obtenida para NT-Fe3O4 (a b) y NT-Fe3O4-
PAMAM (c d) utilizando un magnetoacutemetro de muestra vibrante (VSM) a 17degC
Fuente Elaboracioacuten propia
(a) (b)
(c) (d)
40
52 Estudios de la adsorcioacuten de Faacutermacos en Nanotubo Fe3O4 y en
nanotransportador hiacutebrido Fe3O4-PAMAM
521 Faacutermacos de intereacutes
Luego de la caracterizacioacuten de los materiales puro e hiacutebrido se procedioacute a realizar
en cada uno de ellos la adsorcioacuten de faacutermacos Esto con la finalidad de determinar
el tiempo y capacidad maacutexima de adsorcioacuten mediante estudios de cineacutetica de
adsorcioacuten
En esta investigacioacuten se ha decidioacute emplear dos clases de faacutermacos poco solubles
para estudiar la capacidad de adsorcioacuten de los nanotransportadores sintetizados
El piroxicam (PRX M 331348 gmol) es una clase de faacutermaco antiinflamatorio no
esteroidal perteneciente al grupo oxicam [94 95] como se observa en la Figura
21 (a) posee un grupo enoacutelico (pKa 18) y un grupo piridiacutenico (pKa 63) [96 97]
presenta propiedades analgeacutesicas antipireacuteticas a su vez alivia dolores para la
artritis reumatoide la artrosis y los siacutentomas de la dismenorrea [59]
(a) (b)
Figura 21 Estructuras de los faacutermacos de intereacutes (a) Piroxicam y (b) Silibinina
Fuente Elaboracioacuten propia
41
No obstante PRX provoca efectos secundarios principalmente uacutelceras gaacutestricas
ademaacutes es praacutecticamente insoluble en agua [98 99] Para reducir estos efectos
existen investigaciones que tienen relacioacuten con el transporte y liberacioacuten de
faacutermacos que pueden cargar eficazmente el faacutermaco para apuntar hacia el sitio de
accioacuten aumentando la eficacia terapeacuteutica y reducir al miacutenimo los efectos
secundarios donde sistemas de microesferas de albuacutemina de suero bovino han
sido utilizadas para la liberacioacuten piroxicam [100]
El otro faacutermaco de intereacutes estudiado es la silibinina (SIL M 48244 gmol) que es
un flavonoide polifenoacutelico natural que se aiacutesla de la planta de cardo de leche
Silybum marianum Posee cinco grupos hidroxilos un grupo carbonilo y tres
grupos fenilos tal como se muestra en la Figura 21 (b) Esta moleacutecula tiene varios
grupos ionizables con sus respectivos pKa1 70 pKa2 877 pKa3 957 pKa4
1166 [101] y ha sido ampliamente utilizada por sus efectos hepatoprotectores
Sin embargo la eficacia de silibinina como faacutermaco estaacute muy limitada debido a su
escasa solubilidad en agua y una baja biodisponibilidad despueacutes de su
administracioacuten oral A fin de superar los defectos de la silibinina libre muchos
enfoques se han adoptado como son los sistemas de entrega liposomal de
transporte lipiacutedicos nanoestructurados de complejo silibinina-fosfoliacutepido y
nanosuspensiones [102]
Es importante notar que los estudios de la cineacutetica de adsorcioacuten son
determinantes en teacuterminos de conocer coacutemo variacutea la concentracioacuten de faacutermaco
adsorbida en funcioacuten del tiempo para una proporcioacuten faacutermacoadsorbente dada La
cineacutetica de adsorcioacuten permite conocer el tiempo en que se realiza el proceso de
adsorcioacuten y ha de practicarse antes de la determinacioacuten de una isoterma de
adsorcioacuten Puesto que se trabaja con disolucioacuten se debe en cuenta los factores
que influyen en el proceso ya que el tiempo necesario para alcanzar el equilibrio
estaacute en funcioacuten de las caracteriacutesticas del adsorbente y del adsorbato de la
quiacutemica de la disolucioacuten de la temperatura y del pH La data de la cineacutetica de
adsorcioacuten de los faacutermacos en los nanotransportadores se ajustoacute a los modelos
42
cineacuteticos de pseudo-primer orden pseudo-segundo orden y cineacuteticas que
involucran quimisorcioacuten [103-106] para ambos nanotransportadores en presencia
de los faacutermacos PRX y SIL
De forma general se puede decir que el modelo de pseudo-primer orden o modelo
de Lagergren se basa en la suposicioacuten de que cada moleacutecula de adsorbato se
adsorbe en un sitio del adsorbente lo cual en teacuterminos de cineacutetica de reaccioacuten se
expresa como
(1)
y la forma integrada de esta ecuacioacuten queda definida como
(2)
donde la qe y qt (mgfarmgads) son la cantidad maacutexima de faacutermaco adsorbida una
vez alcanzado el equilibrio (trarr) y la cantidad de faacutermaco adsorbida al tiempo t
respectivamente y k1 (h-1) es la constante cineacutetica de pseudo-primer orden
Para el caso del modelo de pseudo-segundo orden o modelo de Ho desarrollado
por Ho y McKay [107] supone que el adsorbato se adsorbe en dos sitios activos
del adsorbente En este caso la ecuacioacuten de la cineacutetica de adsorcioacuten se expresa
como
(3)
y la forma integrada de esta ecuacioacuten queda definida como
(4)
43
donde k2 (gadsmgfarmmiddoth) es la constante cineacutetica de adsorcioacuten de pseudo-segundo
orden Es importante mencionar que ambos modelos cineacuteticos se basan en la
homogeneidad de la superficie del adsorbente y donde soacutelo se considera la
cantidad de sitios involucrados en el proceso Esto se puede interpretar en
teacuterminos cineacuteticos en que la energiacutea de activacioacuten asociada a la adsorcioacuten del
faacutermaco en la superficie es constante y uacutenica en todos los sitios del adsorbente
No obstante cuando la superficie es heterogeacutenea en los sitios de adsorcioacuten se
observa que los modelos propuestos pueden perder validez En estos casos se
prefiere emplear el modelo de Elovich de aplicacioacuten general en procesos de
quimisorcioacuten el cual supone que los sitios activos del adsorbente son
heterogeacuteneos y por ello exhiben diferentes energiacuteas de activacioacuten basaacutendose en
un mecanismo de reaccioacuten de segundo orden para un proceso de reaccioacuten
heterogeacutenea Este modelo ha mostrado resultados satisfactorios en la
identificacioacuten del mecanismo controlante en procesos de adsorcioacuten de un soluto
en fase liacutequida a partir de un soacutelido adsorbente [106 108] y queda descrito
matemaacuteticamente como
(5)
y la forma integrada de esta ecuacioacuten queda definida como
(5)
donde α (mgfarmgadsmiddoth) es la constante de velocidad inicial de adsorcioacuten y β estaacute
relacionado con la superficie cubierta y la energiacutea de activacioacuten por
quimiadsorcioacuten (mgfarmgads) denominada constante de velocidad de desorcioacuten
Finalmente debe considerarse tambieacuten alguna hipoacutetesis sobre el mecanismo de
difusioacuten de los faacutermacos al interior de la estructura de los nanotransportadores Un
modelo aceptado en la literatura es el de difusioacuten intraparticular en el interior de
44
los poros de la partiacutecula de adsorbente el que se basa en el transporte de soluto a
traveacutes de la estructura interna de los poros de adsorbente y la difusioacuten
propiamente dicha en el soacutelido lo que conlleva a asumir que el adsorbente posee
una estructura porosa homogeacutenea Weber y Morris (1963) concluyeron que en un
proceso controlado por la adsorcioacuten en los poros la velocidad inicial es
directamente proporcional a la concentracioacuten del soluto La difusioacuten intraparticular
se caracteriza por la dependencia entre la adsorcioacuten especiacutefica y la raiacutez cuadrada
del tiempo siendo la pendiente la velocidad de difusioacuten intraparticular
Con base en lo anterior la ecuacioacuten que define la difusioacuten intraparticular viene
dada por
(5)
Donde ki (mgfarmgadsmiddoth 12) es la constante de velocidad de difusioacuten intraparticular y
Ci entrega informacioacuten sobre el grosor de la capa de adsorbato [105] Esta
ecuacioacuten ha sido utilizada por diferentes investigadores para determinar si la
difusioacuten intraparticular es la etapa controlante de la dinaacutemica de adsorcioacuten de
especies ioacutenicas [109 110]
522 Adsorcioacuten de PRX
Las cineacuteticas de adsorcioacuten de ambos nanotransportadores para PRX se muestran
en la Figura 22 Para ellos se realizaron ajustes no lineales de la data
experimental y los valores obtenidos los cuales se reportan en la Tabla 5 Los
faacutermacos son moleacuteculas capaces de establecer interacciones supramoleculares
con nanomateriales las que dependeraacuten de los grupos funcionales que posean
del solvente en el cual se encuentran disueltos y el pH del medio Las
interacciones supramoleculares maacutes frecuentes son las electrostaacuteticas enlaces de
hidroacutegeno van der Waals e hidrofoacutebicas [111 112]
45
En el caso de lo nanotransportadores empleados en este estudio se observa que
ambos materiales adsorben PRX y los datos experimentales se ajustan a una
cineacutetica de pseudo-primer orden Se ha elegido este modelo pues las funciones
estadiacutesticas de coeficiente de correlacioacuten (R2) y el test de chi-cuadrado (χ2) el cual
es una prueba de hipoacutetesis que compara la distribucioacuten observada de los datos
con una distribucioacuten esperada de los datos Ambos caacutelculos se realizaron
mediante empleando el software Origin Pro 80 mediante la funcioacuten de anaacutelisis no
lineal donde se ajustaron los tres modelos estudiados
Figura 22 Cineacutetica y ajustes de modelos cineacuteticos de adsorcioacuten para PRX en los
nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Figura 23 Esquema propuesto para la adsorcioacuten de PRX en los sistemas
sintetizados (A) Fe3O4-NT y (B) Fe3O4-NT-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Sistema aislado Sistema en disolucioacuten
Sistema aislado Sistema en disolucioacuten
46
Tabla 5 Modelos cineacuteticos para la adsorcioacuten de PRX en los adsorbentes NT-
Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
qe exp (mgPRXgads) 391 487
Pseudo primer-orden (Modelo de Lagergren)
qe (mgPRXgads) 413 488
k1 (h-1) 0038 0079
R2 09964 09911
χ2 0817 287
Pseudo segundo-orden (Modelo de Ho)
qe (mgPRXgads) 539 566
k2 (gAdsmgPRXmiddoth) 649x10-4 168x10-3
R2 09921 09935
χ2 179 210
Quimisoricioacuten (Modelo de Elovich)
α (mgPRXgadsmiddoth) 595 1629
β (mgPRXg) 0100 0097
R2 09501 09613
χ2 1030 1085
Cabe mencionar que de acuerdo a los reportes Rozou y col [96] el faacutermaco PRX
al pH de adsorcioacuten se encuentra en su forma zwitterioacutenica El Fe3O4 es un material
inorgaacutenico que muestra un pI de 68 [113] A las condiciones de adsorcioacuten
estudiadas el pH del agua fue de 60 luego la superficie del NT-Fe3O4 se
encuentra cargada de forma positiva esperaacutendose que la interaccioacuten del faacutermaco
con el adsorbente sea mediada por interacciones electroestaacuteticas tal como se
muestra en el esquema de la Figura 23
Con la incorporacioacuten del PAMAM a la fase inorgaacutenica se observa un incremento
de un 25 en la capacidad de adsorcioacuten de PRX Esto se puede interpretar en
47
teacuterminos moleculares haciendo la aproximacioacuten de los moles disponibles de
PAMAM en funcioacuten de la cantidad adsorbida en comparacioacuten a NT-Fe3O4 sin
modificar Desde la Tabla 2 se sabe que hay una cantidad de 243 micromol de
PAMAM por gramo de adsorbente debido a que el incremento en la adsorcioacuten
fueron 96 mg de PRX (o 290 micromol de PRX) se puede asumir una estequiometriacutea
PRXPAMAM = 119 De acuerdo a reportes previos publicados por nuestro grupo
de investigacioacuten se sabe que PRX a pH 70 se adsorbe efectivamente en la
estructura PAMAM alcanzando una estequiometriacutea PRXPAMAM = 23 [59] En
este caso pH 60 no hay cambios significativos en la estructura del faacutermaco ni
en la del dendriacutemero por lo que deberiacutea haberse esperado un incremento
significativo de la adsorcioacuten de PRX en relacioacuten al nanotransportador NT-Fe3O4
Sin embargo este efecto no fue observado en el nanotubo hiacutebrido funcionalizado
con PAMAM Con estos resultados se puede asumir que la afinidad del PRX
mucho mayor por la adsorcioacuten en el material inorgaacutenico que por la adsorcioacuten en
los bolsillos de la cavidades internas del PAMAM
En relacioacuten a los resultados cineacuteticos se observa un aumento en la pseudo-
constante cineacutetica de adsorcioacuten siendo k1(NT-Fe3O4) lt k1(NT-Fe3O4-PAMAM) Para poder
interpretar el fenoacutemeno en forma mecaniacutestica la data experimental se ha ajustado
al modelo de difusioacuten intrapartiacutecula de Weber-Morris el que se muestra en la
Figura 24 En esta figura se puede observar tres segmentos lineales lo cual indica
que el proceso de adsorcioacuten de PRX en los nanotubos procede en tres etapas
para ambos sistemas Una situacioacuten similar ha sido observada en el caso de la
cineacutetica de adsorcioacuten de cefalosporina en micropartiacuteculas polimeacutericas por Cigu y
colaboradores quienes han descritos las diferentes etapas de la siguiente
forma[105]
a) Adsorcioacuten del adsorbato en la superficie del adsorbente
b) Difusioacuten intrapartiacutecula desde la zona externa a la superficie del adsorbente
c) Equilibrio de adsorcioacuten donde quedan muy pocos sitios disponibles para la
adsorcioacuten
48
Figura 24 Graacutefico de adsorcioacuten de PRX en los nanotransportadores sintetizados
considerando un modelo de difusioacuten intrapartiacutecula en tres etapas Fuente
Elaboracioacuten propia
Ambos sistemas muestran el mismo perfil de difusioacuten intrapartiacutecula y los valores
de las constantes de velocidad para las etapas (a) y (b) presentan valores
relativamente bajos aunque difieren levemente tal como se resume en la Tabla 6
En el caso de NT-Fe3O4 se observa que la etapa limitante corresponde a la
adsorcioacuten de PRX en la superficie del nanomaterial a diferencia de NT-Fe3O4-
PAMAM donde se observa que la etapa limitante es la difusioacuten intrapartiacutecula Esta
diferencia se puede explicar debido a que PAMAM posee grupos ndashNH2
superficiales que al pH de adsorcioacuten estaacuten protonados (ver Figura 23) lo que
incrementa la carga eleacutectrica superficial del nanotransportador este hecho podriacutea
provocar un aumento en la velocidad inicial de adsorcioacuten de PRX si los efectos
electroestaacuteticos gobiernan la velocidad de reaccioacuten en esta etapa considerando
que el PRX presenta una estructura dipolar a pH 60 Sin embargo en la etapa
subsiguiente caracterizada por la adsorcioacuten gradual de PRX las moleacuteculas de
PAMAM unidas covalentes a la superficie de NT-Fe3O4 dificultan el proceso de
difusioacuten intrapartiacutecula provocando una caiacuteda en la constante k(b)
49
Tabla 6 Modelo de difusioacuten intra-partiacutecula para la adsorcioacuten de PRX en los
adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM considerando dos etapas
determinantes en la adsorcioacuten del faacutermaco y una tercera de equilibrio Fuente
Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
Modelo de difusioacuten intrapartiacutecula (Modelo de Weber-Morris)
k(a) (mgPRXgadsh12) 311 766
R(a)2 09879 09903
k(b) (mgPRXgadsh12) 683 409
R(b)2 09872 09944
523 Adsorcioacuten de SIL
En la Figura 25 se muestran las graacuteficas cineacuteticas para la adsorcioacuten de SIL en los
dos nanotransportadores sintetizados Las consideraciones de ajuste de los
modelos cineacuteticos se hicieron de la misma forma que para los estudios realizados
con PRX y los valores obtenidos se resumen en la Tabla 7
Figura 25 Cineacutetica y ajustes de modelos cineacuteticos de adsorcioacuten para SIL en los
nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
50
El comportamiento de los sistemas frente a la adsorcioacuten de SIL muestra la misma
tendencia que la observada en el caso de PRX Ambos nanomateriales adsorben
SIL y la capacidad maacutexima se ve incrementada por la presencia de PAMAM Sin
embargo en este caso ambos sistemas nanotransportadores presentan una gran
afinidad por el faacutermaco obtenieacutendose cargas maacuteximas superiores a 650 mg de
SIL por gramo de nanomaterial valores muy superiores a los obtenidos en el caso
de PRX
El faacutermaco SIL se encuentra como moleacutecula neutra al pH de adsorcioacuten (pKa1 70
pKa2 877 pKa3 957 pKa4 1166) Para la adsorcioacuten en NT-Fe3O4 se espera
que las fuerzas que estaacuten predominando en la adsorcioacuten del faacutermaco sean del tipo
Van der Waals y enlace de hidroacutegeno entre los grupos funcionales de SIL y los
grupos hidroxilos de la NT-Fe3O4 Por otro lado las contribuciones hidrofoacutebicas
tambieacuten deberiacutean jugar un rol importante en la adsorcioacuten del faacutermaco en estos
nanomateriales especialmente en el sistema hiacutebrido NT-Fe3O4-PAMAM En el
caso del PAMAM estudios recientes realizados en nuestro grupo de investigacioacuten
han mostrado la gran afinidad que presenta el dendriacutemero por SIL y
experimentos NOESY han demostrado la adsorcioacuten de las moleacuteculas de SIL en las
cavidades internas del PAMAM
Asiacute para el material NT-Fe3O4-PAMAM se observa un incremento significativo de
la adsorcioacuten en relacioacuten al material inorgaacutenico En este caso el faacutermaco SIL
interacciona no solo con NT-Fe3O4 sino que tambieacuten con el dendriacutemero presente
Si se hace el caacutelculo entre la cantidad adsorbida de SIL en presencia de PAMAM
(1504 mg o 3117 micromol por gramo de adsorbente respectivamente) se obtiene
una relacioacuten molar de SILPAMAM = 128 Considerando esta evidencia puede
suponerse que el faacutermaco en el adsorbente NT-Fe3O4-PAMAM no soacutelo se adsorbe
en la superficie del oacutexido inorgaacutenico sino que tambieacuten se estaacute adsorbiendo en las
cavidades del PAMAM con estequiometriacuteas similares a las observadas para otros
faacutermacos insolubles previamente estudiados por nuestro grupo [51 59]
51
Tabla 7 Modelos cineacuteticos para la adsorcioacuten de SIL en los adsorbentes NT-Fe3O4
y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
qe exp (mgSILgads) 6750 8254
Pseudo primer-orden (Modelo de Lagergren)
qe (mgSILgads) 6853 8837
k1 (h-1) 0052 0062
R2 09975 09956
χ2 1656 4415
Pseudo segundo-orden (Modelo de Ho)
qe (mgSILgads) 8706 10233
k2 (gAdsmgSILmiddoth) 673x10-5 535x10-5
R2 09936 09954
χ2 4209 4576
Quimisorcioacuten (Modelo de Elovich)
α (mgSILgadsmiddoth) 1319 1956
β (mgSILg) 569x10-3 548x10-3
R2 09695 09510
χ2 18184 45945
En relacioacuten a los modelos de adsorcioacuten se observa que ambos sistemas se
ajustan mejor a cineacuteticas de pseudo-primer orden con respecto a la adsorcioacuten de
SIL con coeficientes de correlacioacuten y test de chi-cuadrado confiables para el
modelo Las constantes pseudo primer-orden son similares para ambos sistemas
k1(NT-Fe3O4) ~ k1(NT-Fe3O4-PAMAM) y del mismo orden de magnitud que las
determinadas en el caso de la adsorcioacuten de PRX En la Figura 25 se observa que
el maacuteximo de adsorcioacuten de SIL se alcanza a tiempos superiores a 50 horas para
ambos adsorbentes
52
Para entender de manera maacutes acabada la forma en que operan los fenoacutemenos
cineacuteticos de adsorcioacuten se ha realizado el ajuste de Weber-Morris para el modelo
de difusioacuten de intrapartiacutecula el que se muestra en la Figura 26 el cual nuevamente
revela un proceso de adsorcioacuten en tres etapas y los valores de las constantes de
velocidad para las etapas (a) y (b) presentan valores relativamente altos como se
resume en la Tabla 8
Figura 26 Graacutefico de adsorcioacuten de SIL en los nanotransportadores sintetizados
considerando un modelo de difusioacuten intrapartiacutecula en tres etapas Fuente
Elaboracioacuten propia
Considerando que a pH 60 el NT- Fe3O4 se encuentra en su forma protonada SIL
para adsorberse en la superficie del material deberaacute desplazar ese equilibrio para
ocupar un sitio de la superficie tal como se muestra en el siguiente esquema
Fe-OH + H2O [Fe-O-H-OH2]+
[Fe-O-H-OH2]+ + SIL [Fe-O-H-O-SIL] + H2O
Este equilibrio es el que determina la cineacutetica del proceso de adsorcioacuten en el caso
del adsorbente NT-Fe3O4 En el caso del nanotransportador hiacutebrido tambieacuten se
53
observa que la etapa de adsorcioacuten es la limitante de la velocidad del proceso
Comparando ambos sistemas se detecta que k(a)(NT-Fe3O4) ~ k(a)(NT-Fe3O4-PAMAM)
Esta diferencia se puede atribuir a la presencia del dendriacutemero PAMAM en el caso
del nanotransportador hiacutebrido En teacuterminos de naturaleza superficial se espera
que la asociacioacuten SIL-PAMAM incremente la velocidad del proceso con respecto al
nanotransportador inorgaacutenico
Tabla 8 Modelo de difusioacuten intra-partiacutecula para la adsorcioacuten de SIL en los
adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM considerando dos etapas
determinantes en la adsorcioacuten del faacutermaco y una tercera de equilibrio Fuente
Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
Modelo de difusioacuten intrapartiacutecula (Modelo de Weber-Morris)
k(a) (mgSILgadsh12) 577 885
R(a)2 09881 09935
k(b) (mgSILgadsh12) 1059 1135
R(b)2 09803 09828
54
6 CONCLUSIONES Y PERSPECTIVAS
Se logroacute sintetizar los nanotubos de magnetita NT-Fe3O4 obtenidos por la
reduccioacuten de los nanotubos de hematita α-Fe2O3 sintetizados a partir de
tratamiento hidrotermal Se verificoacute la estructura de la magnetita su forma tubular
y propiedades magneacuteticas a traveacutes de las teacutecnicas de caracterizacioacuten difraccioacuten de
rayos X microscopiacutea electroacutenica de transmisioacuten y medidas de susceptibilidad
magneacutetica respectivamente
El nanotubo inorgaacutenico obtenido sirvioacute de soporte para la conjugacioacuten de
dendriacutemero de poli-(amidoamina) de tercera generacioacuten el cual se logroacute inmovilizar
en la superficie de NT-Fe3O4 con un contenido del 16 en masa respecto del
material hiacutebrido El proceso de inmovilizacioacuten no perturboacute las propiedades del
soporte inorgaacutenico en relacioacuten a las propiedades magneacuteticas cristalinas o de
tamantildeo y forma
Los materiales obtenidos fueron capaces de actuar como adsorbentes de los
faacutermacos piroxicam y silibinina siendo eacuteste uacuteltimo quien mostroacute incrementar la
capacidad de adsorcioacuten en presencia de PAMAM Para ambos sistemas y
faacutermacos se determinaron las curvas cineacuteticas de adsorcioacuten donde se logroacute
determinar que independiente del faacutermaco ambos nanotransportadores muestran
ajustarse a cineacuteticas de pseudo-primer orden Finalmente la presencia de PAMAM
no soacutelo potencia la capacidad de adsorcioacuten en los faacutermacos testeados sino que
tambieacuten acelera la etapa de adsorcioacuten superficial con respecto a la determinada
para el adsorbente NT-Fe3O4 por medio del modelo de difusioacuten de Weber-Morris
Para el faacutermaco piroxicam se observoacute que la adsorcioacuten fue mediada
principalmente por interacciones del tipo electroestaacuteticas entre la forma
zwitterioacutenica de piroxicam y la superficie de los nanotransportadores La etapa
limitante de la cineacutetica adsorcioacuten para el caso de NT-Fe3O4 fue la adsorcioacuten
55
superficial y en el caso de NT-Fe3O4-PAMAM fue la etapa de difusioacuten
intrapartiacutecula
Finalmente para el faacutermaco silibinina se observoacute que la adsorcioacuten fue mediada
por las fuerzas de tipo Van der Waals y enlace de hidroacutegeno entre los grupos
funcionales de SIL y los grupos hidroxilos de NT-Fe3O4 Por otro lado las
contribuciones hidrofoacutebicas tambieacuten juegan un rol importante en la adsorcioacuten del
faacutermaco en estos nanomateriales especialmente en el sistema hiacutebrido NT-Fe3O4-
PAMAM Por uacuteltimo se determinoacute que la capacidad de adsorcioacuten se vio
directamente mejorada por la asociacioacuten PAMAM-SIL la que alcanzoacute una relacioacuten
molar SILPAMAM = 12 En ambos casos se observoacute que la etapa limitante de la
cineacutetica de adsorcioacuten fue la adsorcioacuten superficial de SIL en los adsorbentes
56
REFERENCIAS
[1] AZ Wilczewska K Niemirowicz KH Markiewicz H Car Pharmacological
Reports 64 (2012) 1020-1037
[2] S Parveen R Misra SK Sahoo Nanomedicine Nanotechnology Biology
and Medicine 8 (2012) 147-166
[3] V Grazu M Moros C Saacutenchez-Espinel MdlF Jesus V Grazu Frontiers
of Nanoscience Elsevier 2012 pp 337-440
[4] F Danhier O Feron V Preacuteat Journal of Controlled Release 148 (2010)
135-146
[5] A Wicki D Witzigmann V Balasubramanian J Huwyler Journal of
Controlled Release 200 (2015) 138-157
[6] JH Lee Y Yeo Chemical Engineering Science 125 (2015) 75-84
[7] S Manchun CR Dass P Sriamornsak Life Sciences 90 (2012
) 381-387
[8] JHE Arts M Hadi AM Keene R Kreiling D Lyon M Maier K Michel
T Petry UG Sauer D Warheit K Wiench R Landsiedel Regulatory Toxicology
and Pharmacology 70 (2014) 492-506
[9] KA Pramod CP Sunny Nanobiomaterials Handbook CRC Press 2011
pp 1-24
[10] A Khorsand S Jamehbozorgi R Ghiasi M Rezvani Physica E Low-
dimensional Systems and Nanostructures 72 (2015) 120-127
[11] V Loacutepez-Daacutevila AM Seifalian M Loizidou Current Opinion in
Pharmacology 12 (2012 ) 414-419
[12] P-C Lee C-L Peng M-J Shieh Journal of Controlled Release 225
(2016) 140-151
[13] CC Torres CH Campos C Diaacutez VA Jimeacutenez F Vidal L Guzmaacuten JB
Alderete Materials Science and Engineering C 65 (2016) 164-171
[14] CH Campos CF Diacuteaz JL Guzmaacuten JB Alderete CC Torres VA
Jimeacutenez Macromolecular Chemistry and Physics 217 (2016) 1712-1722
[15] D Chang Y Gao L Wang G Liu Y Chen T Wang W Tao L Mei L
57
Huang X Zeng Journal of Colloid and Interface Science 463 (2016) 279-287
[16] J Zaloga M Poumlttler G Leitinger RP Friedrich G Almer S Lyer E
Baum R Tietze R Heimke-Brinck H Mangge F Dorje G Lee C Alexiou
European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics 101 (2016) 152-162
[17] RS Dhanikula P Hildgen Bioconjugate Chemistry 17 (2006) 29-41
[18] A Kesavan P Ilaiyaraja W Sofi Beaula V Veena Kumari J Sugin Lal C
Arunkumar G Anjana S Srinivas A Ramesh SK Rayala D Ponraju G
Venkatraman European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics 96
(2015) 255-263
[19] S Biswas P Kumari PM Lakhani B Ghosh European Journal of
Pharmaceutical Sciences 83 (2016) 184-202
[20] ML Tebaldi RM Belardi SR Montoro Design and Applications of
Nanostructured Polymer Blends and Nanocomposite Systems William Andrew
Publishing Boston 2016 pp 171-186
[21] D Bansal A Gulbake J Tiwari SK Jain International Journal of
Biological Macromolecules 82 (2016) 687-695
[22] AS Timin EV Balantseva SY Khashirova EV Rumyantsev TY
Osadchaya Colloids and Surfaces A Physicochemical and Engineering Aspects
477 (2015) 26-34
[23] J Gautier E Allard-Vannier E Munnier M Souceacute I Chourpa Journal of
Controlled Release 169 (2013) 48-61
[24] SL Leung Z Zha C Cohn Z Dai X Wu Colloids and Surfaces B
Biointerfaces 121 (2014) 141-149
[25] Y Liu Y Ng MR Toh GNC Chiu Journal of Controlled Release 220
Part A (2015) 438-446
[26] G Xu L Li Z Shen Z Tao Y Zhang H Tian X Wei G Shen G Han
Journal of Alloys and Compounds 629 (2015) 36-42
[27] MF Horst V Lassalle ML Ferreira Frontiers of Environmental Science amp
Engineering 9 (2015) 746-769
[28] TJ Bastow A Trinchi MR Hill R Harris TH Muster Journal of
Magnetism and Magnetic Materials 321 (2009) 2677-2681
58
[29] S Bagheri D Ramimoghadam A TermehYousefi SB Abd Hamid
International Journal of Hydrogen Energy 40 (2015) 16178-16183
[30] G Kandasamy D Maity International Journal of Pharmaceutics 496 (2015)
191-218
[31] DS Keerthana K Namratha K Byrappa HS Yathirajan Journal of
Magnetism and Magnetic Materials 378 (2015) 551-557
[32] M Darroudi M Hakimi E Goodarzi R Kazemi Oskuee Ceramics
International 40 (2014) 14641-14645
[33] G Sharma P Jeevanandam RSC Advances 3 (2013) 189-200
[34] C-J Jia L-D Sun F Luo X-D Han LJ Heyderman Z-G Yan C-H
Yan K Zheng Z Zhang M Takano N Hayashi M Eltschka M Klaumlui U
Ruumldiger T Kasama L Cervera-Gontard RE Dunin-Borkowski G Tzvetkov J
Raabe Journal of the American Chemical Society 130 (2008) 16968-16977
[35] N Mizutani T Iwasaki S Watano T Yanagida T Kawai Current Applied
Physics 10 (2010) 801-806
[36] C-J Jia L-D Sun Z-G Yan L-P You F Luo X-D Han Y-C Pang Z
Zhang C-H Yan Angewandte Chemie 117 (2005) 4402-4407
[37] Z-G Yue W Wei Z-X You Q-Z Yang H Yue Z-G Su G-H Ma
Advanced Functional Materials 21 (2011) 3446-3453
[38] SJ Son X Bai SB Lee Drug Discovery Today 12 (2007) 650-656
[39] SJ Son J Reichel B He M Schuchman SB Lee Journal of the
American Chemical Society 127 (2005) 7316-7317
[40] GT Hermanson Bioconjugate Techniques (Third edition) Academic Press
Boston 2013 pp 535-548
[41] S Mallakpour M Madani Progress in Organic Coatings 86 (2015) 194-207
[42] P Yu J He L Yang M Pu X Guo Journal of Catalysis 260 (2008) 81-85
[43] X Zheng T Wang H Jiang Y Li T Jiang J Zhang S Wang Asian
Journal of Pharmaceutical Sciences 8 (2013) 278-286
[44] L Tan J Liu W Zhou J Wei Z Peng Materials Science and Engineering
C 45 (2014) 524-529
[45] ER Gillies JMJ Freacutechet Journal of the American Chemical Society 124
59
(2002) 14137-14146
[46] S Khoee K Hemati Polymer 54 (2013) 5574-5585
[47] U Gupta O Perumal SGKTL Deng Natural and Synthetic Biomedical
Polymers Elsevier Oxford 2014 pp 243-257
[48] U Boas PMH Heegaard Chemical Society Reviews 33 (2004) 43-63
[49] U Gupta HB Agashe A Asthana NK Jain Biomacromolecules 7 (2006)
649-658
[50] A Shakhbazau I Isayenka N Kartel N Goncharova I Seviaryn S
Kosmacheva M Potapnev D Shcharbin M Bryszewska International Journal of
Pharmaceutics 383 (2010) 228-235
[51] PA Barra L Barraza VA Jimeacutenez JA Gaviacuten JB Alderete
Macromolecular Chemistry and Physics 215 (2014) 372-383
[52] PM Patel R Patel D Wadia RM Patel Asian Journal of Pharmaceutical
Sciences 10 (2015) 306-313
[53] L Mei Z Zhang L Zhao L Huang X-L Yang J Tang S-S Feng
Advanced Drug Delivery Reviews 65 (2013) 880-890
[54] Sn Svenson DA Tomalia Advanced Drug Delivery Reviews 57 (2005)
2106-2129
[55] L Porcar Y Liu R Verduzco K Hong PD Butler LJ Magid GS Smith
W-R Chen The Journal of Physical Chemistry B 112 (2008) 14772-14778
[56] E Markatou V Gionis GD Chryssikos S Hatziantoniou A
Georgopoulos C Demetzos International Journal of Pharmaceutics 339 (2007)
231-236
[57] K Borowska S Wołowieca A Rubaj K Głowniakc E Sieniawska S
Radej International Journal of Pharmaceutics 426 (2012) 280-283
[58] S Kavyani S Amjad-Iranagh H Modarress The Journal of Physical
Chemistry B 118 (2014) 3257-3266
[59] PA Barra L Barraza VA Jimeacutenez JA Gaviacuten JB Alderete Structural
Chemistry 25 (2014) 1443-1455
[60] C Kojima K Kono K Maruyama T Takagishi Bioconjugate Chemistry 11
(2000) 910-917
60
[61] AK Patri JF Kukowska-Latallo JR Baker Jr Advanced Drug Delivery
Reviews 57 (2005) 2203-2214
[62] D Luong P Kesharwani R Deshmukh MCI Mohd Amin U Gupta K
Greish AK Iyer Acta Biomaterialia 43 (2016) 14-29
[63] X Xu J Li S Han C Tao L Fang Y Sun J Zhu Z Liang F Li
European Journal of Pharmaceutical Sciences 88 (2016) 178-190
[64] P-C Lin S Lin PC Wang R Sridhar Biotechnology Advances 32 (2014)
711-726
[65] C Baudot CM Tan JC Kong Infrared Physics amp Technology 53 (2010)
434-438
[66] JB Hall MA Dobrovolskaia AK Patri SE McNeil Nanomedicine 2
(2007) 709-803
[67] DB Williams CB Carter Transmission Electron Microscopy A Textbook
for Materials Science Springer US Boston MA 2009 pp 3-22
[68] H Wang PK Chu S Bose Characterization of Biomaterials Academic
Press Oxford 2013 pp 105-174
[69] M Rudolph J Erler UA Peuker Colloids and Surfaces A
Physicochemical and Engineering Aspects 397 (2012) 16-23
[70] T Zhao W Luo Y Deng Y Luo P Xu Y Liu L Wang Y Ren W Jiang
Nano Energy 26 (2016) 16-25
[71] F Rouquerol J Rouqueron K Sing Adsorption by Powders and Porous
Solids Academic Press 1999
[72] M Naderi Progress in Filtration and Separation Academic Press Oxford
2015 pp 585-608
[73] J Rouquerol F Rouquerol P Llewellyn G Maurin KSW Sing
Adsorption by powders and porous solids principles methodology and
applications Academic press 2014
[74] CP Poole FJ Owens Introduccioacuten a la nanotecnologiacutea Editorial Reverte
2007
[75] JL Kirschvink DS Jones BJ MacFadden Magnetite Biomineralization
and Magnetoreception in Organisms A New Biomagnetism Springer US 2013
61
[76] TM El-Alaily MK El-Nimr SA Saafan MM Kamel TM Meaz ST
Assar Journal of Magnetism and Magnetic Materials 386 (2015) 25-30
[77] DJ Dunlop Ouml Oumlzdemir Treatise on Geophysics (Second Edition)
Elsevier Oxford 2015 pp 255-308
[78] A Savić D Čokeša S Lazarević B Jokić D Janaćković R Petrović LS
Živković Powder Technology 301 (2016) 511-519
[79] S Rajput CU Pittman Jr D Mohan Journal of Colloid and Interface
Science 468 (2016) 334-346
[80] M Kumari CU Pittman Jr D Mohan Journal of Colloid and Interface
Science 442 (2015) 120-132
[81] Y Mansourpanah Z Jafari Reactive and Functional Polymers 93 (2015)
178-189
[82] S Sundar R Mariappan S Piraman Powder Technology 266 (2014) 321-
328
[83] P Roonasi A Holmgren Applied Surface Science 255 (2009) 5891-5895
[84] J Safari Z Zarnegar Journal of Molecular Structure 1072 (2014) 53-60
[85] KL Pickering S Raa Khimi S Ilanko Composites Part A Applied Science
and Manufacturing 68 (2015) 377-386
[86] AK Ladavos AP Katsoulidis A Iosifidis KS Triantafyllidis TJ
Pinnavaia PJ Pomonis Microporous and Mesoporous Materials 151 (2012) 126-
133
[87] VMdS Rocha MdG Pereira LR Teles MOdG Souza Materials
Science and Engineering B 185 (2014) 13-20
[88] JZ Marinho RHO Montes AP de Moura E Longo JA Varela RAA
Munoz RC Lima Materials Research Bulletin 49 (2014) 572-576
[89] PM Huang Y Li ME Sumner Handbook of Soil Sciences Properties and
Processes Second Edition Taylor amp Francis 2011
[90] C Klein CS Hurlbut Manual de mineralogiacutea Reverte 1996
[91] Y-F Lin J-L Chen C-Y Xu T-W Chung Chemical Engineering Journal
250 (2014) 409-415
[92] AK Gupta M Gupta Biomaterials 26 (2005) 3995-4021
62
[93] C Sun JSH Lee M Zhang Advanced Drug Delivery Reviews 60 (2008)
1252-1265
[94] N Rai M Sarkar S Raha Pharmacological Reports 67 (2015) 1215-1223
[95] Z Lavrič J Pirnat J Lužnik U Puc Z Trontelj S Srčič Journal of
Pharmaceutical Sciences 104 (2015) 1909-1918
[96] S Rozou A Voulgari E Antoniadou-Vyza European Journal of
Pharmaceutical Sciences 21 (2004) 661-669
[97] H-S Gwak J-S Choi H-K Choi International Journal of Pharmaceutics
297 (2005) 156-161
[98] RP Aquino G Auriemma M dacuteAmore AM DacuteUrsi T Mencherini P Del
Gaudio Carbohydrate Polymers 89 (2012) 740-748
[99] IE Shohin JI Kulinich GV Ramenskaya B Abrahamsson S Kopp P
Langguth JE Polli VP Shah DW Groot DM Barends JB Dressman
Journal of Pharmaceutical Sciences 103 (2014) 367-377
[100] R Silva H Ferreira AC Carvalho AC Gomes A Cavaco-Paulo Colloids
and Surfaces B Biointerfaces 92 (2012) 277-285
[101] M Meloun D Burkoˇnovaacute T Syrovyacute A Vraacutena Analytica Chimica Acta 486
(2003) 125-141
[102] D Zheng Y Wang D Zhang Z Liu C Duan L Jia F Wang Y Liu G
Liu L Hao Q Zhang Cancer Letters 307 (2011) 158-164
[103] Q Wang R Liu X Shen L Zou D Wu Journal of Nanoscience and
Nanotechnology 14 (2014) 2871-2877
[104] N Caliskan AR Kul S Alkan EG Sogut I Alacabey Journal of
Hazardous Materials 193 (2011) 27-36
[105] TA Cigu S Vasiliu S Racovita C Lionte V Sunel M Popa C Cheptea
European Polymer Journal 82 (2016) 132-152
[106] M Oumlzacar İA Şengil Process Biochemistry 40 (2005) 565-572
[107] YS Ho G McKay Process Biochemistry 34 (1999) 451-465
[108] AB Peacuterez-Mariacuten VM Zapata JF Ortuntildeo M Aguilar J Saacuteez M Lloreacutens
Journal of Hazardous Materials 139 (2007) 122-131
[109] BF Urbano I Villenas BL Rivas CH Campos Chemical Engineering
63
Journal 268 (2015) 362-370
[110] J Peacuterez L Toledo CH Campos BL Rivas J Yantildeez BF Urbano
Chemical Engineering Journal 287 (2016) 744-754
[111] JW Steed DR Turner K Wallace Core Concepts in Supramolecular
Chemistry and Nanochemistry Wiley 2007
[112] A Buczkowski D Waliszewski P Urbaniak B Palecz International
Journal of Pharmaceutics 505 (2016) 1-13
[113] M Kosmulski Advances in Colloid and Interface Science
1
1 INTRODUCCIOacuteN
En la actualidad existe una amplia gama de faacutermacos disponibles para el
tratamiento de diferentes tipos de enfermedades En el tratamiento de un proceso
fisiopatoloacutegico se espera que la administracioacuten de los medicamentos se realice de
forma tal que alcance su lugar de accioacuten con una determinada concentracioacuten No
obstante algunos medicamentos muestran una escasa solubilidad en el plasma
sanguiacuteneo asiacute como tambieacuten en el medio inter-intracelular Por lo general solo el
1 de la dosis administrada llega al sitio diana mientras que el resto del faacutermaco
se distribuye a traveacutes del resto de ceacutelulas y tejidos Esta desventaja impone la
administracioacuten de altas dosis de faacutermacos para lograr un aumento de su
concentracioacuten local lo que provoca numerosos efectos toxicoloacutegicos e
inmunoloacutegicos indeseables [1-3]
Esta limitante estaacute siendo superada gracias al desarrollo de una variedad de
transportadores de faacutermacos los que actuacutean por asociacioacuten fiacutesica yo quiacutemica
entre la sustancia activa y el transportador Entre las muacuteltiples ventajas que
pueden aportar los transportadores de faacutermacos se destaca el control de las
concentraciones plasmaacuteticas y de la distribucioacuten tisular gracias a que protege la
sustancia activa contra la inactivacioacuten (quiacutemica enzimaacutetica o inmunoloacutegica) desde
el lugar de administracioacuten hasta el sitio de accioacuten [2 4-7] Los sistemas
transportadores han sido clasificados de acuerdo a su naturaleza quiacutemica o a su
tamantildeo pero en las uacuteltimas deacutecadas son aquellos denominados
nanotransportadores los que han mostrado los resultados maacutes promisorios en el
desarrollo de sistemas vectorizados de transporte y liberacioacuten de faacutermacos para el
tratamiento especiacutefico de enfermedades
Los nanotransportadores son sistemas que se caracterizan por ser de tamantildeo
nanomeacutetrico donde sus medidas pueden fluctuar entre 1 y 100 nm en una o maacutes
de sus dimensiones [8 9] (ver Figura 1) La adsorcioacuten del faacutermaco ocurre
generalmente al interior de cavidades del nanotransportador las cuaacuteles permiten
2
alojar las moleacuteculas de faacutermaco en un fenoacutemeno que se describe como
encapsulacioacuten [10 11] Dentro de los nanotransportadores de faacutermacos que
cumplen con estos requisitos se encuentran aqueacutellos que se basan en sistemas
inorgaacutenicos orgaacutenicos y aqueacutellos denominados hiacutebridos que son una mezcla de
ambos
De la familia de transportadores basados en nanomateriales (NM) inorgaacutenicos se
pueden mencionar algunos como nanotubos de carbono (CNTs) [12] nanotubos
de oacutexidos inorgaacutenicos como TiO2 [13] y Al2O3 [14] nanopartiacuteculas de oacutexidos
inorgaacutenicos como SiO2 [15] y Fe3O4 [16] entre otros La principal caracteriacutestica de
estos sistemas es su nula solubilidad en el plasma sanguiacuteneo La habilidad de
adsorber faacutermacos de estos materiales viene dada principalmente porque
disponen de un aacuterea superficial y porosidad que permiten el alojamiento del
faacutermaco al interior de los poros lo que ralentiza su liberacioacuten una vez internalizado
en el hueacutesped
Figura 1 Algunos tipos de nanomateriales utilizados en el transporte de faacutermacos
y para diagnoacutestico e imagen [17]
Los NM orgaacutenicos tambieacuten se han considerado una buena alternativa para su uso
como sistemas nanotransportadores de faacutermacos de los que se pueden mencionar
a los dendriacutemeros [18] micelas [19] poliacutemeros [20] y liposomas [21] entre otros A
diferencia de los materiales inorgaacutenicos los nanomateriales orgaacutenicos pueden
Poliacutemero lineal Quantum Dots Nanopartiacutecula
Micela polimeacuterica Liposoma Dendriacutemero
3
actuar de forma soluble o insoluble en el plasma sanguiacuteneo El principio de
adsorcioacuten se basa en la diferencia de afinidad del faacutermaco frente al medio
dispersante De forma general faacutermacos que son poco solubles en agua se
adsorben de forma efectiva en sistemas que posean cavidades hidroacutefobas
Los sistemas nanotransportadores hiacutebridos nacen de la necesidad de combinar
propiedades de los sistemas inorgaacutenicos yo orgaacutenicos con el fin de producir un
NM que muestre una alta sinergia entre ambos componentes en el proceso de
adsorcioacuten y liberacioacuten de faacutermacos [1314 22] Dependiendo de la naturaleza del
sistema hiacutebrido se pueden clasificar en hiacutebridos inorgaacutenicoinorgaacutenico [23]
hiacutebridos inorgaacutenicoorgaacutenico [24] e hiacutebridos orgaacutenicoorgaacutenico [25]
11 Nanomateriales magneacuteticos
Dentro de los NM inorgaacutenicos maacutes interesantes se encuentran las
nanoestructuras de oacutexidos hierro El oacutexido de hierro existe en la naturaleza en tres
fases magnetita (Fe3O4) maghemita (γ-Fe2O3) y hematita (α-Fe2O3) [26] La
magnetita presenta las propiedades maacutes interesantes entre todos los demaacutes
oacutexidos de hierro debido a la presencia de cationes de hierro en dos estados de
valencia (Fe2+ y Fe3+) en su estructura cubica centrada en la cara de tipo espinela
(AB2O4) inversa En ella el oxiacutegeno forma un empaquetado cuacutebico compacto
donde la mitad de los cationes Fe3+ ocupan sitios tetraeacutedricos (A) mientras que la
otra mitad de Fe3+ y los cationes Fe2+ ocupan los sitios octaeacutedricos (B) [27] lo cual
le confiere susceptibilidad magneacutetica
El nuacutemero de cationes Fe3+ en cada sitio de la red cristalina (tetraeacutedrico y
octaeacutedrico) es el mismo pero con direcciones opuestas del espiacuten magneacutetico por
lo tanto los momentos magneacuteticos de los cationes Fe3+ se anulan entre siacute como
resultado los cationes Fe2+ son los responsables del momento magneacutetico neto en
la magnetita Por lo cual la magnetita posee un comportamiento ferrimagneacutetico es
decir los espines magneacuteticos son antiparalelos y sus magnitudes son desiguales
4
El comportamiento de este material magneacutetico puede cambiar draacutesticamente
dependiendo del tamantildeo A medida que el tamantildeo de la estructura disminuye los
multidominios magneacuteticos cambian hasta obtener una estructura conformada por
un solo dominio magneacutetico [27-29] dando como resultado una nueva propiedad
magneacutetica denominada superpara-magnetismo Esta propiedad se define como la
capacidad de ciertos NM magneacuteticos que poseen alta susceptibilidad y saturacioacuten
de magnetizacioacuten bajo la influencia de un campo magneacutetico las que pierden
completamente una vez que se elimina el campo magneacutetico lo que resulta una
remanencia magneacutetica y coercitividad de cero [30] Debido a su baja toxicidad y
alta biocompatibilidad ademaacutes de la alta estabilidad mecaacutenica teacutermica y quiacutemica
la magnetita ha atraiacutedo mucho la atencioacuten para aplicaciones biomeacutedicas tales
como resonancia magneacutetica hipertermia magneacutetica terapia del caacutencer liberacioacuten
controlada de faacutermacos ingenieriacutea de tejidos entre otras [29-32]
Muchos esfuerzos tambieacuten se han llevado a cabo en la siacutentesis y propiedades de
las nanoestructuras de oacutexido de hierro con morfologiacuteas bien definidas como
nanocristales poliedros cubos varillas tubos entre otros [26] Varios meacutetodos
sinteacuteticos han sido reportados para la preparacioacuten de nanopartiacuteculas de oacutexido de
hierro que incluyen co-precipitacioacuten irradiacioacuten de ultrasonido siacutentesis
solvotermal siacutentesis hidrotermal microemulsioacuten siacutentesis viacutea microondas y la
descomposicioacuten teacutermica [33] La siacutentesis hidrotermal es una ruta de precipitacioacuten
en fase acuosa que se lleva a cabo en reactores que soportan altas presiones y
temperaturas la que se emplea ampliamente para sintetizar nanoestructuras
funcionales con formas especiacuteficas [26 27] ya que es un proceso simple y de alto
rendimiento con el cual se obtienen nano-arquitecturas de tamantildeo y morfologiacutea
reproducible [31]
Jia y colaboradores han reportado un proceso sencillo para producir nanoanillos
de Fe3O4 en el cual se utiliza la ruta hidrotermal con la participacioacuten de los
aniones dobles SO42- y H2PO4
- como controladores de la morfologiacutea para producir
Fe2O3 como base estructural el cual es sometido a un tratamiento de reduccioacuten en
5
atmoacutesfera de H2 para producir el material en base a magnetita [34] Este meacutetodo
abre la posibilidad de crear una gama de estructuras tridimensionales variando las
relaciones de iones SO42-H2PO4
- durante el tratamiento de siacutentesis hidrotermal
[34] Se ha demostrado que los iones SO42- tienen el efecto de aumentar el
tamantildeo de partiacutecula debido a que aumenta la superficie de las nanoestruturas
Fe2O3 formadas [35] La presencia de iones H2PO4- es el factor crucial que induce
la formacioacuten de una estructura tubular producto de la adsorcioacuten selectiva de iones
fosfato en la superficie de las partiacuteculas de Fe2O3 y su capacidad de coordinar con
los iones feacuterricos [36] Estas estructuras tubulares o nanotubos magneacuteticos (NT-
Fe3O4) no soacutelo conservan el fondo y la forma de una nanovarilla tambieacuten
proporcionan cavidad interna que lo proyectan como un material que permite la
encapsulacioacuten y liberacioacuten controlada de faacutermacos oligoacutemeros supramoleacuteculas
yo macromoleacuteculas entre otras especies [37] las cuales se pueden transportar
de forma segura en el sistema in vivo evitando la degradacioacuten hidroliacutetica o la
precipitacioacuten de faacutermacos hidroacutefobos durante la entrega en el sitio especiacutefico
La principal ventaja de los NT-Fe3O4 como transportadores de faacutermacos es que
pueden poseer la propiedad del para- o superpara-magnetismo para realizar un
seguimiento de la administracioacuten de faacutermacos El traslado de los NTs puede ser
controlado por un campo magneacutetico externo dirigieacutendolo de forma especiacutefica a los
sitios fisioloacutegicos de accioacuten [38] La combinacioacuten de las propiedades magneacuteticas
con una estructura tubular hace de los NT-Fe3O4 un candidato ideal como
nanotransportador empleado en aplicaciones biomeacutedicas La principal limitante
para el empleo de este tipo de sistemas es el tipo de moleacuteculas que pueden ser
adsorbidas ya que en general se ha observado que moleacuteculas de pequentildeo
tamantildeo no son adsorbidas en forma eficiente [34 39]
Una forma de poder superar la baja capacidad de adsorcioacuten de faacutermacos por parte
de los NT-Fe3O4 es generando sistemas hiacutebridos que sean capaces de incorporar
una segunda unidad que incrementen su capacidad de adsorcioacuten Esto se puede
conseguir recubriendo al NT-Fe3O4 con un segundo componente generalmente de
6
naturaleza orgaacutenica obtenido de una fuente natural o sinteacutetica proveyendo
nanoestructuras hibridas con propiedades mejoradas frente a sus componentes
puros La asociacioacuten del componente orgaacutenico con el NM inorgaacutenico puede
realizarse empleando 3 rutas tal como se muestra en la Figura 2
(a) (b) (c)
Figura 2 Esquemas de asociacioacuten componente orgaacutenico en soportes soacutelidos (a)
Adsorcioacuten (b) Adsorcioacuten por formacioacuten de pares ioacutenicos y (c) Anclaje por enlace
covalente
La asociacioacuten por formacioacuten de enlaces covalentes ha sido la teacutecnica maacutes
prometedora y puede llevarse a cabo gracias al uso de moleacuteculas intermediarias
denominadas agentes de acople los cuales son capaces de modificar la superficie
de un soacutelido inorgaacutenico y a su vez unirse covalentemente al estabilizante a traveacutes
de una funcioacuten orgaacutenica reactiva Algunos agentes de acople (AAC) se pueden
clasificar en cuatro grupos aacutecidos carboxiacutelicos poliacutemeros silanos y moleacuteculas
organofosforadas Los AAC del tipo silano son los maacutes utilizadas en los NM
inorgaacutenicos la formula general de este tipo AAC muestra dos clases de
funcionalidades (R1-(CH2)n-Si-(R2)3) Los grupos R1 representan al grupo orgaacutenico
funcional como NH2 SH epoxi metacrilato etc y los grupos R2 representan a un
grupo funcional hidrolizable tal como OCH3 OCH2CH3 o Cl [40 41]
7
Debido a que la superficie de NM inorgaacutenicos de tipo oacutexido poseen grupos
hidroxilos (-OH) eacutestos se utilizan como sitios de reaccioacuten para el proceso de
anclaje El proceso de acoplamiento se logra a traveacutes de la reaccioacuten quiacutemica
entre los grupos trialcoacutexido del AAC y los grupos hidroxilos superficiales del NM
inorgaacutenico [41] tal como se muestra en el esquema de la Figura 3
Figura 3 Esquema de anclaje del AAC en el soporte [42]
Dependiendo de la naturaleza de la moleacutecula orgaacutenica a anclar hay dos formas de
incorporarla en la superficie del soporte anclaje de AAC en la superficie del NM y
posterior reaccioacuten con la moleacutecula de intereacutes o reaccioacuten previa entre moleacutecula y
AAC para realizar el posterior anclaje en la superficie del NM
En este contexto se ha propuesto que la utilizacioacuten de sistemas
nanotransportadores hiacutebridos podriacutean mejoran las variadas limitaciones que
presentan la mayoriacutea de los sistemas nanotransportadores basados en materiales
inorgaacutenicos con baja capacidad de adsorcioacuten Algunos sistemas hiacutebridos
8
propuestos para la adsorcioacuten de faacutermacos han sido nanopartiacuteculas de siacutelice
funcionalizadas con poliacutemeros que contienen guanidina donde se ha estudiado el
comportamiento de carga y liberacioacuten de doxorrubicina y sulfasalazina [22]
nanopartiacuteculas de ZnO-poli(N-isopropilacrilamida) en las cuales se ha estudiado la
liberacioacuten del faacutermaco doxorrubicina en ceacutelulas tumorales [43] nanotubos de
carbono-dendriacutemero los cuales han permitido el aumento significativo de la
solubilidad del faacutermaco carvedilol [44] nanotubos de TiO2 y Al2O3 acoplados a
dendriacutemeros PAMAM cuyo objetivo es combinar las propiedades de adsorcioacuten y
liberacioacuten de metotrexato silibinina y curcumina [13 14]
12 Dendriacutemeros
En el uacuteltimo tiempo ha habido un creciente intereacutes en el uso de macromoleacuteculas
sinteacuteticas en base a poliacutemeros de masa molar controlada y estructura quiacutemica
definida como vectores en la administracioacuten controlada de faacutermacos y otras
aplicaciones terapeacuteuticas o de diagnoacutestico donde se destacan los dendriacutemeros
[45] Los dendriacutemeros son una clase de macromoleacuteculas polimeacutericas de forma
globular altamente ramificadas y monodispersas que constan de un nuacutecleo
central a partir del cual se originan una serie de ramificaciones La palabra
dendriacutemero deriva del teacutermino griego dendron que significa aacuterbol y meros es
decir parte La estructura de un dendriacutemero incluye tres partes un nuacutecleo central
unidades ramificadas y grupos superficiales Las unidades ramificadas estaacuten
dispuestas en capas denominadas generaciones (G) y la zona de la cual emergen
estas ramificaciones se conoce como nodo [23] tal como se muestra en la Figura
4 El tamantildeo de los dendriacutemeros variacutea entre 10-130 Aring de diaacutemetro dependiendo
de la generacioacuten del dendriacutemero [45-47] A pesar de su gran tamantildeo molecular
muestran una muy baja polidispersidad en comparacioacuten con los poliacutemeros
sinteacuteticos tradicionales [48]
La principal ventaja de los dendriacutemeros es que de acuerdo a su estructura
quiacutemica poseen cavidades hidrofoacutebicas caraacutecter que se acentuacutea a medida que
9
crece la generacioacuten del dendriacutemero Esta propiedad favorece la adsorcioacuten de
faacutermacos poco solubles en su interior destacaacutendolos como agentes de transporte
para faacutermacos poco solubles [49-52]
Figura 4 Esquema general de la estructura de un dendriacutemero
Fuente Elaboracioacuten propia
Por otra parte estos nanotransportadores poseen en su superficie un nuacutemero
definido de grupos funcionales (amino carboxilo hidroxilo etc) los que le
confieren una gran versatilidad ya que no soacutelo poseen capacidad para la
adsorcioacuten de faacutermacos en la cavidad interna de la macromoleacutecula sino que al
mismo tiempo los grupos funcionales superficiales permiten realizar
modificaciones brindaacutendoles una alta capacidad de vectorizacioacuten [17 53]
Los dendriacutemeros poliamidoaminas (PAMAM) fueron la primera familia de
dendriacutemeros sintetizados y caracterizados [54] siendo uno materiales de mayor
intereacutes en estudios de nanotransportadores en relacioacuten a su biocompatibilidad Los
dendriacutemeros PAMAM estaacuten constituidos por un nuacutecleo de 12-etilendiamina y
ramificaciones de poliamidoamina [48] En solucioacuten acuosa estos poliacutemeros se
comportan como polielectrolitos ya que las aminas terciarias presente en la
cavidad interna (pKa 30 ndash 60) y las aminas primarias superficiales del dendriacutemero
Nuacutecleo
Ramas
Punto divergente
Grupos funcionales
superficiales
10
(pKa 94 ndash 97) pueden ser protonadas a diferentes pH [13 51] lo cual conlleva a
un cambio en la conformacioacuten tamantildeo y carga del dendriacutemero Los dendriacutemeros
PAMAM estaacuten disponibles comercialmente hasta la deacutecima generacioacuten (G10) Los
de baja generacioacuten (G1-G3) son poco sensibles a los cambios frente a variaciones
de pH poseen conformaciones abiertas [55] y cavidades internas que permiten la
encapsulacioacuten de faacutermacos hidroacutefobos mientras que los grupos superficiales
estaacuten disponibles para interacciones electrostaacuteticas o conjugacioacuten covalente En la
Figura 5 se observa un dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten (G3)
Figura 5 Dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten (G3) Fuente Elaboracioacuten
propia
En la Tabla 1 se puede observar algunas propiedades de los PAMAM A medida
que aumenta la generacioacuten del dendriacutemero hay un aumento progresivo de su
11
tamantildeo (aprox 10 nm en cada generacioacuten) y como consecuencia se observa un
incremento exponencial en el nuacutemero de grupos aminos superficiales
Los dendriacutemeros PAMAM han demostrado ser efectivos como
nanotransportadores de faacutermacos pues poseen baja citotoxicidad son
biodegradables y no inmunogeacutenicos por lo menos hasta la generacioacuten 5 [56 57]
Tabla 1 Impacto en la masa molecular y en el tamantildeo de los dendriacutemeros
PAMAM seguacuten crece la generacioacuten [48]
Dendriacutemeros
PAMAM
generacioacuten
Masa molecular
(kDa)
Diaacutemetro en
nanoacutemetros (nm)
Nuacutemero de
grupos en
superficie
0 0517 15 4
1 1430 22 8
2 3256 29 16
3 6909 36 32
4 14215 45 64
5 28826 54 128
6 58048 67 256
7 116493 81 512
8 233383 97 1024
9 467162 114 2048
10 934720 135 4096
Algunos ejemplos reportados en bibliografiacutea han demostrado el aumento de la
solubilidad de algunos faacutermacos poco solubles en medio acuoso como nifedipina
adsorbida en PAMAM-G3 y PAMAM-G4 [58] aacutecido mefenaacutemico adsorbida en
PAMAM-G2 y PAMAM-G3 [51] piroxicam en PAMAM-G3 [59] metotrexato y
adriamicina en complejos PAMAM-G3-pegilado y PAMAM-G4-pegilado [60] entre
otros
12
La principal aplicacioacuten de los PAMAM como nanotransportadores ha sido en la
adsorcioacuten y liberacioacuten de faacutermacos antineoplaacutesicos [61] Lamentablemente los
sistemas PAMAM no muestran especificidad como para considerarlos potenciales
candidatos para terapias dirigidas en el tratamiento de enfermedades sin ser
previamente vectorizados Es por esto que la investigacioacuten que se ha desarrollado
en los uacuteltimos 10 antildeos ha estado focalizada en la siacutentesis de nanotransportadores
PAMAM modificados con algunas moleacuteculas capaces de conferirle especificidad
en orden a aumentar la liberacioacuten de los faacutermacos adsorbidos en la zona donde se
encuentran los receptores farmacoloacutegicos para asiacute disminuir al miacutenimo su
concentracioacuten en otras zonas del organismo [62 63] Ademaacutes variados estudios
han mostrado que los dendriacutemeros PAMAM poseen una limitada capacidad de
adsorcioacuten de faacutermacos soacutelo de unos cuantos miligramos de faacutermaco por gramo de
dendriacutemero Esto unido a la raacutepida liberacioacuten de las moleacuteculas de faacutermacos bajo
condiciones fisioloacutegicas impone el desarrollo de nuevas estrategias para el disentildeo
de nanotransportadores de faacutermacos en base a dendriacutemeros PAMAM
13 Nanomateriales hiacutebridos oacutexido inorgaacutenicoPAMAM
Dada la capacidad de adsorber faacutermacos del sistema PAMAM y su habilidad de
poder sufrir modificaciones en sus grupos aminos superficiales es que se ha
considerado como un componente que mejorariacutea la capacidad de adsorcioacuten de
faacutermacos poco solubles en sistemas inorgaacutenicos De acuerdo a la experiencia del
grupo de investigacioacuten se sabe que la preparacioacuten de nanotransportadores
hiacutebridos en base a nanotubos de TiO2 y Al2O3 acoplados con dendriacutemeros
PAMAM G3 han demostrado un incremento en la capacidad de adsorcioacuten de
faacutermacos poco solubles como metotrexato silibinina y curcumina [13 14]
En base a las evidencias previas reportadas en relacioacuten al empleo de materiales
hiacutebridos en base a nanotubos de oacutexidos inorgaacutenicos acoplados a dendriacutemeros
PAMAM y las caracteriacutesticas de NM del tipo NT-Fe3O4 es que se ha propuesto la
siacutentesis caracterizacioacuten y evaluacioacuten de la capacidad de adsorcioacuten de faacutermacos
13
de materiales en base a NT-Fe3O4 acoplados a PAMAM G3 los que podriacutean
constituir sistemas con una capacidad de adsorcioacuten superior respecto del NT-
Fe3O4 ademaacutes de exhibir propiedades para- o superpara-magneacuteticas que le
confeririacutean la capacidad de ser magneto-dirigido a los sitios de accioacuten Se espera
realizar la inmovilizacioacuten por medio de la unioacuten covalente entre el NT-Fe3O4 y
PAMAM mediada por un agente de acople de tipo 3-glicidoxipropil-trimetoxisilano
(GPTMS) Los estudios de adsorcioacuten se hicieron con dos faacutermacos poco solubles
como modelos silibinina (SIL) y piroxicam (PRX) empleando como adsorbentes
NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM G3
14
2 HIPOacuteTESIS
La inmovilizacioacuten covalente del dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten en un
NT magneacutetico en base a Fe3O4 permitiraacute adsorber efectivamente faacutermacos que
poseen baja solubilidad en agua
3 OBJETIVOS
31 OBJETIVO GENERAL
Sintetizar un nanotransportador hiacutebrido Fe3O4-PAMAM (G3) con la capacidad de
adsorber faacutermacos con baja solubilidad en agua
32 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
Sintetizar y caracterizar una nanoestructura magneacutetica basada en nanotubos
de Fe3O4 obtenidos por una reduccioacuten de nanotubos Fe2O3
Funcionalizar la nanoestructura magneacutetica con agente de acople por medio de
enlaces covalentes
Obtener un nanomaterial hiacutebrido basado en la inmovilizacioacuten covalente del
dendriacutemero PAMAM en la nanoestructura magneacutetica funcionalizada
Estudiar la adsorcioacuten de los faacutermacos piroxicam y silibinina en el nanomaterial
hiacutebrido
15
4 PARTE EXPERIMENTAL
41 Siacutentesis de los nanotransportadores
411 Siacutentesis de nanotubos de magnetita (Fe3O4)
Para la obtencioacuten de estos nanotubos magneacuteticos primero se realizoacute la siacutentesis de
nanotubos de hematita (α-Fe2O3) como precursor de forma los que fueron
obtenidos por tratamiento hidrotermal de una mezcla de disoluciones de
FeCl36H2O (JTBakerreg) NH4H2PO4 (Sigma-Aldrichreg) y Na2SO4 (Merckreg) de
acuerdo al trabajo reportado por Jia y colaboradores [34] Las relaciones molares
empleadas de la sal precursora y los agentes directores de estructura fueron
FeCl3NH4H2PO4Na2SO4 36121 las que se prepararon en agua desionizada y se
llevaron a un autoclave de 100 mL de capacidad La mezcla se calentoacute a 220degC
durante 48h El precipitado obtenido se separoacute por centrifugacioacuten y se lavoacute tres
veces con agua desionizada y etanol absoluto (Merckreg) respectivamente Despueacutes
el soacutelido se secoacute en una estufa a vaciacuteo por 12h a 80degC para obtener los nanotubos
de Fe2O3 Finalmente los NT-Fe3O4 fueron obtenidos por reduccioacuten de los NT-
Fe2O3 a 360degC bajo flujo continuo de H2 5vv en Ar durante 5h en una rampa de
calentamiento de 1degCmin El rendimiento de la siacutentesis fue de un 91
412 Funcionalizacioacuten de NT-Fe3O4 con el agente de acople
3-glicidoxipropil-trimetoxisilano
Los NT-Fe3O4 se dispersaron en tolueno (Merckreg) seco el cual fue previamente
desgasificado con N2 por 1h en un reactor de vidrio provisto de agitacioacuten mecaacutenica
y atmoacutesfera controlada (ver Figura 6) Al tolueno se agregoacute 1 g de NT- Fe3O4
formando una dispersioacuten negra la que se calentoacute hasta alcanzar la temperatura de
ebullicioacuten Una vez alcanzada la temperatura deseada se inyectoacute el agente de
acople 3-glicidoxipropil-trimetoxisilano (GPTMS 98 Aldrichreg) en relacioacuten 1 mL
GPTMS por 1 g de soporte [13 14] La reaccioacuten se mantuvo a reflujo por 24h Una
16
vez obtenido NT-Fe3O4-GPTMS se lavoacute con acetona (Merckreg) para eliminar el
exceso de GPTMS y se secoacute en estufa a vaciacuteo por 12h a 40degC El rendimiento de
la reaccioacuten acople se determinoacute por medio de anaacutelisis termogravimeacutetrico el cual se
adjunta en la seccioacuten 512
Figura 6 Sistema de reaccioacuten para realizar las modificaciones superficiales de NT-
Fe3O4 Fuente Elaboracioacuten propia
413 Acoplamiento de NT-Fe3O4-GPTMS con dendriacutemero PAMAM
En un reactor de vidrio provisto de agitacioacuten mecaacutenica (Figura 6) se agregaron
050 g de NT-Fe3O4-GPTMS con 25 mL de dimetilsulfoacutexido (DMSO Merckreg) seco
generaacutendose una dispersioacuten negra que se agitoacute durante 1h en N2 a 40degC
Posteriormente se disolvioacute 863 mg de dendriacutemero PAMAM G3 (20 mm en
metanol Sigma-Aldrichreg) seco en 5 mL de DMSO seco y se agregoacute al sistema de
reaccioacuten el cual se mantuvo en agitacioacuten mecaacutenica y a 40degC por un periodo de
48h El material obtenido se lavoacute exhaustivamente con metanol (Merckreg) para
eliminar los restos de DMSO y PAMAM adsorbidos Por uacuteltimo el soacutelido NT-Fe3O4-
PAMAM se secoacute al vaciacuteo a 40degC por un periodo de 24h El rendimiento de la
reaccioacuten conjugacioacuten se determinoacute por medio de anaacutelisis termogravimeacutetrico el cual
se adjunta en la seccioacuten 512
17
42 Caracterizacioacuten de los sistemas
421 Espectroscopia de Infrarrojo con Transformada de Fourier (FT-IR)
Un espectro IR se obtiene al pasar radiacioacuten IR a traveacutes de una muestra y
determinar que fraccioacuten de esta radiacioacuten incidente ha sido absorbida La energiacutea
particular a la que aparece cada banda en el espectro guarda relacioacuten con la
frecuencia de vibracioacuten de una parte de la moleacutecula Los espectros en la regioacuten
infrarroja estaacuten asociados a las transiciones entre niveles de energiacutea vibracional
estos niveles corresponden a vibraciones tensioacuten-contraccioacuten (stretching) y
flexiones (bending) de los enlaces y otros movimientos complejos de las moleacuteculas
[64] La regioacuten IR del espectro electromagneacutetico se encuentra entre 14290-10 cm-1
El intervalo que abarca la espectroscopia infrarroja puede dividirse en tres
regiones IR cercano (NIR) 14290-4000 cm-1 IR medio 4000-400 cm-1 IR lejano
400-10 cm-1 siendo en el IR medio donde se dan la mayoriacutea de las aplicaciones
analiacuteticas tradicionales
En los experimentos comunes de FT-IR un haz de luz infrarroja atraviesa la
muestra y se registra la cantidad de energiacutea absorbida a cada longitud de onda
Esto puede lograrse barriendo el espectro con un haz de luz monocromaacutetico el
cual cambia su longitud de onda a traveacutes del tiempo o usando una transformada de
Fourier para medir todas las longitudes de onda a la vez como se muestra en la
Figura 7 A partir de esto se obtiene un espectro de transmitancia o absorbancia
el cual permite una interpretacioacuten de la naturaleza de los enlaces quiacutemicos
presentes La teacutecnica de FTIR se ha utilizado para estudiar materiales de tamantildeo
nanoescala como moleacuteculas funcionales injertadas covalentemente en nanotubos
de carbono [65] y nanotubos de TiO2 acoplados a dendriacutemero PAMAM [13]
18
Figura 7 Esquema del equipamiento de un FT-IR Fuente Elaboracioacuten propia
Equipamiento
Los materiales puros e hiacutebridos se analizaron en el equipo Nicolet marca Nexus
FT-IR en la zona del IR medio usando como blanco pastilla KBr Para ello se
homogeneizoacute 1 mg de muestra en 100 mg KBr seguido por la obtencioacuten de la
pastilla en prensa hidraacuteulica por uacuteltimo se colocoacute en el portamuestra la pastilla y se
midioacute el espectro a temperatura ambiente barriendo nuacutemeros de onda en el
intervalo medio (4000-400 cm-1) y con un nuacutemero de acumulaciones de 64 scan
422 Difraccioacuten de Rayos X (DRX)
Los rayos X son una forma de radiacioacuten electromagneacutetica que tiene elevada
energiacutea y corta longitud de onda del orden de los espacios interatoacutemicos de los
soacutelidos Cuando un haz de rayos X atraviesa un soacutelido la radiacioacuten se dispersa al
interaccionar con los electrones de los aacutetomos En este caso cada capa de aacutetomos
reflejara parte del haz de rayos X los haces reflejados en las capas sucesivas de
aacutetomos del soacutelido pueden presentar ondas que en una determinada direccioacuten
concuerdan en fase con las ondas reflejadas por otras capas es decir se produce
una interferencia constructiva a este fenoacutemeno se le llama difraccioacuten de rayos X
19
La difraccioacuten de rayos X se puede describir simplemente como la reflexioacuten de un
haz de rayos X incide sobre los planos cristalinos de una muestra soacutelida
empleando la ley de Bragg tal como se muestra en la Figura 8 [64]
Figura 8 Difraccioacuten de Rayos X producida por los diferentes planos de un cristal
Fuente Elaboracioacuten propia
La teacutecnica de difraccioacuten maacutes comuacuten utiliza una muestra pulverizada o policristalina
consistente en muchas partiacuteculas diminutas y orientadas al azar que se exponen a
una radiacioacuten de rayos X monocromaacutetica Como cada partiacutecula de polvo es un
cristal teniendo una gran cantidad de ellos orientados libremente se asegura que
algunas partiacuteculas esteacuten orientadas adecuadamente para que sus planos
cristalograacuteficos cumplan las condiciones para la difraccioacuten y de esta forma obtener
perfiles de difraccioacuten tiacutepicos de cada material
Equipamiento
En este estudio se utilizoacute el difractoacutemetro Rigaku modelo Geigerflex II empleando
el meacutetodo de polvo y usando como estaacutendar interno silicio (cuarzo) La muestra
previamente pulverizada se coloca en un porta objeto para ser irradiado con la
liacutenea κα1 del anticaacutetodo de Fe (λ 19360 Aring) a 35kV y 15mA usando un filtro de
manganeso para eliminar la liacutenea de κβ
20
423 Microscopiacutea Electroacutenica de Transmisioacuten (TEM)
La teacutecnica maacutes utilizada para la caracterizacioacuten de nanomateriales es la
microscopia electroacutenica de transmisioacuten (TEM) la que ofrece imaacutegenes directas de
los nanomateriales con una resolucioacuten espacial hasta el nivel de las dimensiones
atoacutemicas 10-9 m [66] El fundamento del TEM se basa en un haz de electrones que
manejados a traveacutes de lentes electromagneacuteticas se proyecta sobre una muestra
muy delgada situada en una columna de alto vaciacuteo Electrones que atraviesan la
muestran son recogidos y focalizados por la lente objetivo generando una imagen
intermedia ampliada La imagen es ampliada auacuten maacutes gracias a las lentes
proyectoras las cuales controlan la ampliacioacuten de la imagen en la pantalla
fluorescente como se muestra de forma esquemaacutetica en la Figura 9 [67] El TEM
mejora los anaacutelisis morfoloacutegicos y estructurales de nanomateriales ademaacutes
proporciona una mejor resolucioacuten espacial y la capacidad para mediciones
analiacuteticas adicionales [66]
Equipamiento
Las muestras analizadas fueron previamente tratadas tomando una pequentildea
porcioacuten del soacutelido el que se molioacute y disgregoacute en un mortero de aacutegata hasta obtener
un polvo fino Eacuteste se dispersoacute en una mezcla de etanolagua (50 vv) y se
sembroacute en una gradilla de cobre recubierta por una capa de carboacuten y colodioacuten Las
muestras fueron analizadas en un microscopio TEM modelo JEOL JEM -1200EX
II con una resolucioacuten de 5Aring a 120Kv las imaacutegenes obtenidas fueron trabajadas en
el software ImageJ donde se determinaron los diaacutemetros promedio y el largo
promedio de las partiacuteculas empleando la data estadiacutestica entregada directamente
por el software
21
Figura 9 Esquema de un microscopio electroacutenico de transmisioacuten Fuente
Elaboracioacuten propia
424 Microscopia Electroacutenica de Barrido (SEM)
La microscopia electroacutenica de barrido (SEM) es una teacutecnica que permite la
observacioacuten y caracterizacioacuten superficial de materiales inorgaacutenicos y orgaacutenicos
entregando informacioacuten morfoloacutegica del material analizado ademaacutes del
procesamiento y anaacutelisis de imaacutegenes obtenidas Las principales utilidades del
SEM son su alta resolucioacuten la gran profundidad de campo que resuelve una
imagen tridimensional de la muestra y la relativa sencillez de preparacioacuten de las
muestras [66 68] La imagen entregada por el SEM se genera por la interaccioacuten de
un haz de electrones que barre un aacuterea determinada sobre la superficie de la
muestra tal como se muestra la Figura 10 La teacutecnica consiste en hacer incidir en
la muestra un haz de electrones Este bombardeo de electrones provoca la
aparicioacuten de diferentes sentildeales que captadas con detectores adecuados
proporcionan informacioacuten acerca de la naturaleza de la muestra
22
Figura 10 Esquema de un microscopio electroacutenico de barrido Fuente Elaboracioacuten
propia
Equipamiento
Las materiales se analizaron tomando 10 mg de muestra deposinatnadolos en un
porta objeto de aluminio y posteriormente fue analizado en microscopio SEM
modelo JEOL JSM-6380LV
425 Anaacutelisis Termogravimeacutetrico (TGA)
El anaacutelisis termogravimeacutetrico (TGA) es una teacutecnica que consiste en la medida
continua en funcioacuten de la temperatura de la ganancia o peacuterdida de la masa de un
compuesto en una atmoacutesfera determinada [69] Este anaacutelisis suministra
informacioacuten acerca de la estabilidad teacutermica y la composicioacuten porcentual de la
muestra original La instrumentacioacuten utilizada en termogravimetriacutea se denomina
termobalanza y consta baacutesicamente de cinco elementos balanza de precisioacuten
horno calefactor controlado por un programador sensor de temperatura (termopar)
sistema de admisioacuten de gases y sistema de adquisicioacuten de datos Las condiciones
requeridas para la balanza son anaacutelogas a cualquier balanza analiacutetica exactitud
sensibilidad y reproducibilidad
23
Equipamiento
Las muestras fueron llevadas a un analizador teacutermico modelo TGASDTA 851e
Los perfiles de descomposicioacuten teacutermica se barrieron entre 25-1000degC a una
velocidad de calentamiento de 5degC min-1 en un flujo de 20 mLmin-1 de N2 u O2
empleando un crisol de Al2O3
426 Isotermas de Adsorcioacuten-Desorcioacuten de N2 a -196degC
La caracterizacioacuten superficial de materiales porosos como oacutexidos metaacutelicos
zeolitas o poliacutemeros orgaacutenicos mediante isotermas de adsorcioacuten-desorcioacuten permite
determinar paraacutemetros tales como el aacuterea superficial el volumen y la distribucioacuten
del tamantildeo de poros [13 70] Cualquier material soacutelido que contiene cavidades
canales o intersticios puede ser considerado como poroso (Figura 11) Los poros
se pueden clasificar en cerrados y abiertos Los cerrados son aquellos que influyen
en propiedades macroscoacutepicas como densidad o resistencia mecaacutenica pero no
son accesibles a procesos de adsorcioacuten Los abiertos a su vez se pueden
clasificar seguacuten su forma o manera de conexioacuten con el exterior La rugosidad de la
superficie externa de la muestra se distingue de la porosidad en que su
profundidad es menor que su anchura
Figura 11 Representacioacuten esquemaacutetica de un soacutelido poroso [71]
24
La estructura porosa se analiza mediante isotermas de adsorcioacuten de gases Esta
consiste en la adsorcioacuten fiacutesica de un gas (adsorbato) sobre un soacutelido (adsorbente)
a una temperatura dada para distintas presiones relativas de gas
Los adsorbatos maacutes utilizados son el N2 CO2 CO NO benceno y algunos
hidrocarburos alifaacuteticos de cadena corta La adsorcioacuten de N2 a -196degC (77 K) es la
maacutes utilizada debido a que cubre todo el rango de porosidad e interacciona
deacutebilmente con la mayoriacutea de los soacutelidos Ademaacutes la misma isoterma puede ser
utilizada para el anaacutelisis del tamantildeo de poro y para superficie especifica empleando
una variedad de modelos El modelo maacutes usado es el de Brunauer-Emett-Teller
(BET) el cual se basa en dos hipoacutetesis principales a) la superficie del adsorbente
se supone uniforme y no porosa b) las moleacuteculas del gas se adsorben sobre la
superficie en capas sucesivas completas o no en equilibrio dinaacutemico entre siacute y
con las moleacuteculas del gas [72 73]
Equipamiento
Los valores de superficie especiacutefica se obtuvieron a partir de las isotermas de
adsorcioacuten de nitroacutegeno a -196degC realizados en un equipo automaacutetico Micromeritics
modelo ASAP 2010 en el rango de presioacuten relativa de 005-03 Se utilizoacute el meacutetodo
BET para calcular las superficies especiacuteficas utilizando la parte lineal del graacutefico de
acuerdo con las recomendaciones de la IUPAC El volumen de poro y las
distribuciones de tamantildeo de poro fueron calculados a partir de las ramas de
desorcioacuten de las isotermas utilizando el meacutetodo de Barret-Joyner-Halenda (BHJ)
427 Magnetizacioacuten del material
Cuando un material se expone a un campo magneacutetico el giro de sus electrones
producen un momento magneacutetico paralelo al campo al que estaacute expuesto esto es
en el material se ha inducido una magnetizacioacuten (M) que es proporcional al campo
magneacutetico externo (H)
25
En la Figura 12 se observa la curva de magnetizacioacuten de un material
ferromagneacutetico que corresponde a un graacutefico de la magnetizacioacuten (M) frente a un
campo aplicado (H) Inicialmente a medida que aumenta la intensidad del campo
aplicado H M tambieacuten aumenta hasta alcanzar el punto de saturacioacuten Ms
Entonces cuando la intensidad del campo H comienza a disminuir por debajo del
punto de saturacioacuten M no lo hace en la misma proporcioacuten que antes sino que a
valores correspondientes a la curva superior Esto comportamiento se conoce
como histeacuteresis y se produce porque los dominios magneacuteticos que se alinean con
un incremento del campo no vuelven a su orientacioacuten original si el campo es
menor Cuando el campo aplicado H regresa al valor cero el material aun
presenta magnetizacioacuten denominada magnetizacioacuten remanente Mr Para eliminar
la magnetizacioacuten remanente se debe aplicar un campo Hc en sentido contrario al
campo inicialmente aplicado conocido como campo coercitivo Si se continuacutea
aumentando el campo se produce otra saturacioacuten en direccioacuten contraria Si desde
esa posicioacuten se disminuye el campo aplicado se vuelve a repetir el mismo
comportamiento dando lugar auacuten ciclo de histeacuteresis [74]
Figura 12 Representacioacuten de curva de magnetizacioacuten para un material
ferromagneacutetico [74]
26
Los paraacutemetros Ms Mr y Hc obtenidos a partir de la curva de magnetizacioacuten
corresponden a propiedades intriacutensecas de un material aunque los uacuteltimos dos
paraacutemetros mencionados no solo depende del tipo del material sino ademaacutes del
tamantildeo y forma del material temperatura y defecto del material [75]
Con la finalidad de comparar el comportamiento magneacutetico de diferentes materiales
frente a un campo aplicado eacutestos se pueden clasificar en diamagneacutetico
paramagneacutetico ferromagneacutetico (Figura 12) ferrimagneacutetico superparamagneacutetico
antiferromagneacutetico El instrumento maacutes utilizado en los anaacutelisis de materiales
magneacuteticos es el magnetoacutemetro de muestra vibrante (VSM) disentildeado para la
medicioacuten de la magnetizacioacuten y del cual se obtiene el ciclo de histeacuteresis [76 77]
Equipamiento
Para las curvas de magnetizacioacuten se pesaron 10 mg de las muestras las que se
depositaron en caacutepsula de policarbonato Dicha caacutepsula fue llevada al portamuestra
del magnetoacutemetro de muestra vibrante (VSM) modelo MLVSM9 MagLab 9T Oxford
Instrument Todas las mediciones se realizaron a 17degC
428 Adsorcioacuten de Faacutermacos en Nanotubo Fe3O4 y en nanotransportador
hiacutebrido Fe3O4-PAMAM
Los ensayos se disentildearon para seguir la adsorcioacuten del faacutermaco en funcioacuten del
tiempo Para ello en un vaso de precipitado colocado sobre una placa agitadora
con control de temperatura se contactan 200 mL de una disolucioacuten acuosa de SIL
(005 mgmL) con 10 mg del nanotransportador dispersos en 2 mL de agua
desionizada y colocados en el interior de bolsa de diaacutelisis (Thermo Scientific
SnakeSkin Dialysis Tubing 10K MWCO 22mm) tal como se muestra
esquemaacuteticamente en la Figura 13 La cineacutetica de la adsorcioacuten se siguioacute por medio
de espectroscopia de UV-visible tomando aliacutecuotas de 10 mL y monitoreadas a
una longitud de onda de maacutexima absorcioacuten (λmaacutex) del faacutermaco (288 nm) cada una
hora empleando un espectrofotoacutemetro UV-VIS (UV2310IISpectrophotometer) hasta
27
que no se detecta variacioacuten en las lecturas absorbancia en funcioacuten
Figura 13 Esquema del sistema de adsorcioacuten de faacutermacos en los
nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
El mismo procedimiento fue empleado para evaluar la capacidad de encapsulacioacuten
de piroxicam (PRX) donde se empleoacute una concentracioacuten inicial de 001 mgmL y
las medidas de absorbancia se siguieron a λmaacutex = 350 nm Todas las medidas de
absorbancia se realizaron por triplicado y la cuantificacioacuten se realizoacute empleando las
respectivas curvas de calibracioacuten de cada faacutermaco Para ambos sistemas NT-
Fe3O4 y Fe3O4-PAMAM las medidas de encapsulacioacuten se realizaron por duplicado
28
5 DISCUSIOacuteN Y ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
51 Caracterizacioacuten de los nanomateriales
511 Espectroscopia de infrarrojo con transformada de Fourier
La caracterizacioacuten espectroscoacutepica por FT-IR entrega informacioacuten sobre los
grupos superficiales existente en una muestra En la Figura 14 se observa el
espectro de NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM En el caso de NT-Fe3O4 se observa
una banda a 574 cm-1 que corresponde al stretching del enlace de Fe-O de la
magnetita seguido por la banda ubicada entre 945-980 cm-1 asociada al bending
del enlace FendashOndashH atribuido a los grupos hidroxilos adsorbidos en la superficie de
NT-Fe3O4 El bending a 1628 cm-1 se asigna a la vibracioacuten de las moleacuteculas de
H2O fisisorbidas sobre la superficie de la magnetita [78] por uacuteltimo entre 3090-
3430 cm-1 se observa una banda ancha correspondiente al stretching de los
grupos FendashOH superficiales [79 80]
Figura 14 Espectro FT-IR de (a) NT-Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-PAMAM Fuente
Elaboracioacuten propia
29
El NT-Fe3O4-PAMAM tiene un espectro similar al NT-Fe3O4 pero se pueden
identificar la banda asociada al bending N-H de las aminas primarias del PAMAM
a 1541 cm-1 mientras que a 1638 cm-1 se observa una banda atribuida al grupo
carbonilo (C=O) de las amidas que componen ramas de crecimiento internas del
dendriacutemero Las bandas entre 2849-2912 cm-1 corresponden a los stretching de
los grupos metileno (-CH2-) presentes en el agente de acople GPTMS y en la
cadena alifaacutetica del dendriacutemero PAMAM [13 81] Por uacuteltimo la banda de vibracioacuten
atribuida de los grupos ndashNH2 terminales se solapa con la sentildeal de los grupos ndashOH
de la superficie del NT-Fe3O4 Con lo anterior se verifica la presencia del
dendriacutemero PAMAM y la superficie del NT-Fe3O4 utilizando como agente de
acople GPTMS
512 Anaacutelisis Termogravimeacutetrico
Por medio del estudio de TGA se ha podido determinar la cantidad de PAMAM
conjugada en el soacutelido NT-Fe3O4 En la Figura 15 se muestran las curvas de
peacuterdida de masa porcentual en funcioacuten de la temperatura para los tres sistemas
preparados En el caso de NT-Fe3O4 se observa una curva continua hasta
alrededor de los 200degC donde comienza la peacuterdida de materia que corresponde a
desorcioacuten de agua fuertemente fisisorbida en el material En una segunda etapa a
500degC se detecta la peacuterdida en masa atribuida a la oxidacioacuten de las especies Fe2+
a Fe3+ con la consecuente peacuterdida de agua [82 83]
2Fe3O4 (s) + 12O2 (g) rarr 3Fe2O3 (s)
Posterior a 650degC se detecta una continua peacuterdida de masa la que se asume
corresponde a la deshidroxilacioacuten de las especies Fe-OH remanentes de la
formacioacuten de Fe2O3 Cuando al material se le inmoviliza el agente de acople
GPTMS se observa un perfil de peacuterdida en masa diferente al material de partida
La temperatura de inicio es de alrededor de 250degC en la cual comienza la
combustioacuten de la materia orgaacutenica atribuida al anclaje del agente de acople en la
30
superficie de NT-Fe3O4 finalizando alrededor de los 430degC En la zona del
termograma que denota la oxidacioacuten de las especies Fe2+ a Fe3+ se observa un
desplazamiento a 550degC atribuido a la estabilizacioacuten superficial que le confieren
los enlaces Fe-O-Si que se han formado durante el proceso de anclaje [84 85]
Figura 15 Termogramas de los materiales realizados en atmoacutesfera de O2 (a) NT-
Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-GPTMS y (c) NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten
propia
La diferencia en las masas remanentes entre ambas curvas ha permitido estimar
la cantidad de GPTMS que se ha inmovilizado en NT-Fe3O4 el cual se resume en
la Tabla 2 Soacutelo se puede determinar un estimado por esta teacutecnica pues se sabe
que las especies Fe-O-Si presente en la muestra se pueden sustituir en la matriz
del NT-Fe3O4 durante el proceso produciendo la mineralizacioacuten del GPTMS
4(Fe-O)3Si(CH2)3-(CH2OCH2)(s) + 25O2(g) rarr 2(Fe-O)3Si-O-Si(O-Fe)3(s) +
20CO2(g) + 16H2O(g)
31
Lo que al mismo tiempo podriacutea provocar el desplazamiento de la oxidacioacuten de las
especies Fe2+ a temperaturas superiores
Tabla 2 Porcentaje de peacuterdida de masa y material acoplado GPTMS y PAMAM
(G3) al NT-Fe3O4 Fuente Elaboracioacuten propia
Por uacuteltimo para el material hiacutebrido NT-Fe3O4-PAMAM muestra un perfil de
peacuterdida de masa continua desde los 75degC en adelante atribuido a la desorcioacuten de
H2O fisisorbida la que se incrementa respecto de los materiales precursores
atribuidos a la alta capacidad de adsorber agua por parte del dendriacutemero
inmovilizado en superficie Por sobre los 250degC comienza una segunda etapa de
peacuterdida en masa la que corresponde a la calcinacioacuten de la materia orgaacutenica
conferida por GPTMS-PAMAM la que ocurre en dos etapas 1) combustioacuten de la
materia orgaacutenica alifaacutetica (250degC) y 2) a la combustioacuten asociada a los enlaces
amidas de la ramas de crecimiento de PAMAM (450degC) la que al mismo tiempo se
acopla con la oxidacioacuten de la especies Fe2+ del material inorgaacutenico Comparando
los resultados obtenidos para NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-GPTMS se puede estimar el
contenido de PAMAM conjugado a la nanoestructura lo cual se resume en la
Tabla 2 Con estos resultados se puede inferir que la reaccioacuten de inmovilizacioacuten ha
afectado el contenido en masa del material el que se puede atribuir a la
conjugacioacuten de PAMAM en los NT-Fe3O4
513 Isotermas de Adsorcioacuten-Desorcioacuten de N2 a -196degC
Las isotermas de adsorcioacutendesorcioacuten de N2 a -196degC de los materiales NT-Fe3O4
y NT-Fe3O4-PAMAM se presentan en la Figura 16 Ambas isotermas son del tipo
IV de acuerdo a la calificacioacuten BDDT tiacutepica de soacutelidos mesoporosos y con ciclo
de histeacuteresis tipo H1 [72 73] caracteriacutesticas de capilares de forma tubular con
Material () (μmolg) (μmolm2)
NT-Fe3O4-GPTMS 39 165 66
NT-Fe3O4-PAMAM 168 243 097
32
abertura en sus extremos En la Tabla 3 se resumen los valores de superficies
especiacuteficas (SBET) distribuciones de tamantildeo promedio de poro de los materiales
(dPoro) y volumen total (VPoro) mostrando que la funcionalizacioacuten con GPTMS
seguido por la inmovilizacioacuten con dendriacutemero PAMAM en la superficie del NT-
Fe3O4 provoca una disminucioacuten de los valores
Figura 16 Isoterma de adsorcioacutendesorcioacuten de N2 a -196degC para (a) NT-Fe3O4 y (b)
NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Lo anterior se debe a que el GPTMS y PAMAM producen el cubrimiento parcial
de la superficie del material tubular NT-Fe3O4 lo que lleva a que los poros se
cierren o tapen estrechando sus cavidades y haciendo que el proceso de
desorcioacuten ocurra a menores presiones relativas Lo descrito con anterioridad
concuerda con el cambio en el ciclo de histeacuteresis gracias a una disminucioacuten del
diaacutemetro promedio de poro o bien un aumento en el grosor de la pared del
material tubular Esto es una evidencia experimental de la modificacioacuten superficial
del nanotubo la que presumiblemente ocurre de forma preferente en la superficie
interna del material
33
Tabla 3 Superficie especiacutefica tamantildeo promedio de poro y volumen de poro
determinadas por las de BET y BJH [73 86] para los materiales en base a NT-
Fe3O4 sintetizados Fuente Elaboracioacuten propia
condiciones normales Presioacuten y temperatura
514 Difraccioacuten de Rayos X
En la Figura 17 se muestran los perfiles de DRX para de NT α-Fe2O3 NT-Fe3O4 y
NT-Fe3O4-PAMAM El primer material corresponde a NT α-Fe2O3 debido a la
siacutentesis previa de nanotubos de hematita precursor de los nanotubos de
magnetita Se observan las difracciones propias de la hematita la cual coincide
con su estructura hexagonal (JCDS 33-0664) [87-89] Ademaacutes en la figura 17 se
observa la desaparicioacuten y aparicioacuten de picos desde el primer al segundo material
en este uacuteltimo aparecen los picos de la magnetita esto indica la reaccioacuten de
reduccioacuten de la hematita a magnetita con el consecuente cambio estructural
Los materiales NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM se detectan las difracciones tiacutepicas
para Fe3O4 con estructura cristalina del tipo magnetita la cual corresponde a una
estructura cuacutebica centrada en la cara de tipo espinela (AB2O4) inversa (JCPDS 19-
0629) [29 79 80] La modificacioacuten superficial con agente de acople seguido por el
acoplamiento con dendriacutemero PAMAM no provoca cambios en la estructura
cristalina del material NT-Fe3O4
Material SBET
(m2g-1)
dPoro
(nm)
VPoro
(cm3g-1)
NT-Fe3O4 59 33 01
NT-Fe3O4-PAMAM 25 19 005
34
Figura 17 Difractograma de rayos X para (a) NT α-Fe2O3 (b) NT-Fe3O4 y (c) NT-
Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
515 Microscopiacutea Electroacutenica de Barrido y Transmisioacuten
La estructura tubular de estos materiales se siguioacute por medio de microscopiacutea
electroacutenica de barrido y transmisioacuten En relacioacuten a la morfologiacutea superficial se
puede observar en la Figura 18 que en ambos materiales muestran la forma tiacutepica
de materiales nanotubulares huecos lo cual ratifica los resultados en la forma de
los ciclos de histeacuteresis observados en la caracterizacioacuten por isotermas de
adsorcioacuten de N2 a -196degC (Figura 16) En relacioacuten a la modificacioacuten superficial del
material NT-Fe3O4 con GPTMS y PAMAM se mantiene la morfologiacutea del material
inorgaacutenico en acuerdo con la caracterizacioacuten por DRX
35
Figura 18 Imaacutegenes de SEM de los materiales (a) NT-Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-
PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Para poder determinar de forma directa los tamantildeos partiacutecula longitud y diaacutemetro
de NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM se ha realizado la caracterizacioacuten por TEM y
sus respectivas micrografiacuteas se muestran en la Figura 19 Al igual que en el caso
de SEM se observan nanoestructuras que muestran una morfologiacutea definida de
tipo tubular con una cavidad regular abierta en sus extremos
A traveacutes del conteo de los nanotubos y la medicioacuten directa de sus tamantildeos se han
determinado las curvas de distribucioacuten para el largo y diaacutemetro externo de los
nanotubos tal como se muestra en la Figura 19 Los valores promedio del largo
fueron del orden de 280 y 286 nm y los diaacutemetros externos fueron 151 y 159 nm
para NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM respectivamente Al comparar las imaacutegenes y
sus correspondientes dimensiones obtenidas se puede observar que la
morfologiacutea del material no se ve afectada al modificar la superficie del NT-Fe3O4
durante el proceso de conjugacioacuten con el dendriacutemero PAMAM
(b) (a)
36
Figura 19 Micrografiacuteas de TEM de NT-Fe3O4 (a b) NT-Fe3O4-PAMAM (e f) y las
curvas de distribucioacuten del largo (c g) y diaacutemetro externo (d h) para ambos NT-
Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM respectivamente Fuente Elaboracioacuten propia
(a) (b)
(h) (g)
(f) (e)
(d) (c)
37
516 Propiedades magneacuteticas
Las propiedades magneacuteticas de NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM fueron estudiadas
por medio de un anaacutelisis VSM y las curvas de magnetizacioacuten se muestran en la
Figura 20 dando como resultado para ambos materiales la propiedad
ferrimagneacutetica Aquello se debe a que la foacutermula de la magnetita Fe3O4 puede
escribirse en la forma Fe3+[Fe2+Fe3+]O4 seguacuten la foacutermula general AB2O4 de tipo
espinela inversa Donde la mitad de los cationes Fe3+ ocupan sitios tetraeacutedricos
mientras que la otra mitad de Fe3+ y los cationes Fe2+ ocupan los sitios
octaeacutedricos Los cationes de Fe3+ se distribuyen por tanto en dos posiciones
diferentes en la estructura pero con direcciones opuestas de espiacuten magneacutetico por
lo tanto los momentos magneacuteticos de los cationes Fe3+ se anulan entre siacute
mientras que los momentos magneacuteticos de los cationes Fe2+ que posee espiacuten de
menor magnitud comparado con Fe3+ son los responsables del momento
magneacutetico neto en la magnetita [27 77 90] De la graacutefica de la Figura 20 se
observa que el ciclo de magnetizacioacuten muestra un ciclo de histeacuteresis de similares
caracteriacutesticas Este resultado permite suponer que la modificacioacuten con el agente
de acople GPTMS y posterior anclaje de PAMAM no perturboacute las propiedades
magneacuteticas del soporte durante la siacutentesis De la Figura 20 se pueden extraer el
valor de la magnetizacioacuten remanente (Mr) y coercitividad (Hc) en ausencia del
campo aplicado y el valor de magnetizacioacuten de saturacioacuten (Ms) los cuales se
resumen en la Tabla 4
Tabla 4 Resumen de paraacutemetros magneacuteticos para los materiales preparados a
17degC Fuente Elaboracioacuten propia
Material Ms
(emug)
Mr
(emug)
Hc
(Oe)
Fe3O4 bulk 92 - lt 100
NT-Fe3O4 67 16 249
NT-Fe3O4-PAMAM 58 10 240
38
Los valores de Ms que se encuentran en los materiales nanoestructurados son
generalmente maacutes pequentildeos que la magnetita bulk lo cual puede ser atribuido al
aumento de efectos superficiales y a la presencia de dendriacutemero PAMAM A su
vez se han reportado valores experimentales para Ms en nanopartiacuteculas de
magnetita que abarcan entre 30-50 emug inferior al valor del mineral magnetita
90 emug [39 91-93] Por el contrario los valores de Hc encontrados para ambas
nanoestructuras son mayores al ser comparado con la magnetita bulk debido a la
disminucioacuten del tamantildeo de partiacutecula
39
Figura 20 Curva de magnetizacioacuten obtenida para NT-Fe3O4 (a b) y NT-Fe3O4-
PAMAM (c d) utilizando un magnetoacutemetro de muestra vibrante (VSM) a 17degC
Fuente Elaboracioacuten propia
(a) (b)
(c) (d)
40
52 Estudios de la adsorcioacuten de Faacutermacos en Nanotubo Fe3O4 y en
nanotransportador hiacutebrido Fe3O4-PAMAM
521 Faacutermacos de intereacutes
Luego de la caracterizacioacuten de los materiales puro e hiacutebrido se procedioacute a realizar
en cada uno de ellos la adsorcioacuten de faacutermacos Esto con la finalidad de determinar
el tiempo y capacidad maacutexima de adsorcioacuten mediante estudios de cineacutetica de
adsorcioacuten
En esta investigacioacuten se ha decidioacute emplear dos clases de faacutermacos poco solubles
para estudiar la capacidad de adsorcioacuten de los nanotransportadores sintetizados
El piroxicam (PRX M 331348 gmol) es una clase de faacutermaco antiinflamatorio no
esteroidal perteneciente al grupo oxicam [94 95] como se observa en la Figura
21 (a) posee un grupo enoacutelico (pKa 18) y un grupo piridiacutenico (pKa 63) [96 97]
presenta propiedades analgeacutesicas antipireacuteticas a su vez alivia dolores para la
artritis reumatoide la artrosis y los siacutentomas de la dismenorrea [59]
(a) (b)
Figura 21 Estructuras de los faacutermacos de intereacutes (a) Piroxicam y (b) Silibinina
Fuente Elaboracioacuten propia
41
No obstante PRX provoca efectos secundarios principalmente uacutelceras gaacutestricas
ademaacutes es praacutecticamente insoluble en agua [98 99] Para reducir estos efectos
existen investigaciones que tienen relacioacuten con el transporte y liberacioacuten de
faacutermacos que pueden cargar eficazmente el faacutermaco para apuntar hacia el sitio de
accioacuten aumentando la eficacia terapeacuteutica y reducir al miacutenimo los efectos
secundarios donde sistemas de microesferas de albuacutemina de suero bovino han
sido utilizadas para la liberacioacuten piroxicam [100]
El otro faacutermaco de intereacutes estudiado es la silibinina (SIL M 48244 gmol) que es
un flavonoide polifenoacutelico natural que se aiacutesla de la planta de cardo de leche
Silybum marianum Posee cinco grupos hidroxilos un grupo carbonilo y tres
grupos fenilos tal como se muestra en la Figura 21 (b) Esta moleacutecula tiene varios
grupos ionizables con sus respectivos pKa1 70 pKa2 877 pKa3 957 pKa4
1166 [101] y ha sido ampliamente utilizada por sus efectos hepatoprotectores
Sin embargo la eficacia de silibinina como faacutermaco estaacute muy limitada debido a su
escasa solubilidad en agua y una baja biodisponibilidad despueacutes de su
administracioacuten oral A fin de superar los defectos de la silibinina libre muchos
enfoques se han adoptado como son los sistemas de entrega liposomal de
transporte lipiacutedicos nanoestructurados de complejo silibinina-fosfoliacutepido y
nanosuspensiones [102]
Es importante notar que los estudios de la cineacutetica de adsorcioacuten son
determinantes en teacuterminos de conocer coacutemo variacutea la concentracioacuten de faacutermaco
adsorbida en funcioacuten del tiempo para una proporcioacuten faacutermacoadsorbente dada La
cineacutetica de adsorcioacuten permite conocer el tiempo en que se realiza el proceso de
adsorcioacuten y ha de practicarse antes de la determinacioacuten de una isoterma de
adsorcioacuten Puesto que se trabaja con disolucioacuten se debe en cuenta los factores
que influyen en el proceso ya que el tiempo necesario para alcanzar el equilibrio
estaacute en funcioacuten de las caracteriacutesticas del adsorbente y del adsorbato de la
quiacutemica de la disolucioacuten de la temperatura y del pH La data de la cineacutetica de
adsorcioacuten de los faacutermacos en los nanotransportadores se ajustoacute a los modelos
42
cineacuteticos de pseudo-primer orden pseudo-segundo orden y cineacuteticas que
involucran quimisorcioacuten [103-106] para ambos nanotransportadores en presencia
de los faacutermacos PRX y SIL
De forma general se puede decir que el modelo de pseudo-primer orden o modelo
de Lagergren se basa en la suposicioacuten de que cada moleacutecula de adsorbato se
adsorbe en un sitio del adsorbente lo cual en teacuterminos de cineacutetica de reaccioacuten se
expresa como
(1)
y la forma integrada de esta ecuacioacuten queda definida como
(2)
donde la qe y qt (mgfarmgads) son la cantidad maacutexima de faacutermaco adsorbida una
vez alcanzado el equilibrio (trarr) y la cantidad de faacutermaco adsorbida al tiempo t
respectivamente y k1 (h-1) es la constante cineacutetica de pseudo-primer orden
Para el caso del modelo de pseudo-segundo orden o modelo de Ho desarrollado
por Ho y McKay [107] supone que el adsorbato se adsorbe en dos sitios activos
del adsorbente En este caso la ecuacioacuten de la cineacutetica de adsorcioacuten se expresa
como
(3)
y la forma integrada de esta ecuacioacuten queda definida como
(4)
43
donde k2 (gadsmgfarmmiddoth) es la constante cineacutetica de adsorcioacuten de pseudo-segundo
orden Es importante mencionar que ambos modelos cineacuteticos se basan en la
homogeneidad de la superficie del adsorbente y donde soacutelo se considera la
cantidad de sitios involucrados en el proceso Esto se puede interpretar en
teacuterminos cineacuteticos en que la energiacutea de activacioacuten asociada a la adsorcioacuten del
faacutermaco en la superficie es constante y uacutenica en todos los sitios del adsorbente
No obstante cuando la superficie es heterogeacutenea en los sitios de adsorcioacuten se
observa que los modelos propuestos pueden perder validez En estos casos se
prefiere emplear el modelo de Elovich de aplicacioacuten general en procesos de
quimisorcioacuten el cual supone que los sitios activos del adsorbente son
heterogeacuteneos y por ello exhiben diferentes energiacuteas de activacioacuten basaacutendose en
un mecanismo de reaccioacuten de segundo orden para un proceso de reaccioacuten
heterogeacutenea Este modelo ha mostrado resultados satisfactorios en la
identificacioacuten del mecanismo controlante en procesos de adsorcioacuten de un soluto
en fase liacutequida a partir de un soacutelido adsorbente [106 108] y queda descrito
matemaacuteticamente como
(5)
y la forma integrada de esta ecuacioacuten queda definida como
(5)
donde α (mgfarmgadsmiddoth) es la constante de velocidad inicial de adsorcioacuten y β estaacute
relacionado con la superficie cubierta y la energiacutea de activacioacuten por
quimiadsorcioacuten (mgfarmgads) denominada constante de velocidad de desorcioacuten
Finalmente debe considerarse tambieacuten alguna hipoacutetesis sobre el mecanismo de
difusioacuten de los faacutermacos al interior de la estructura de los nanotransportadores Un
modelo aceptado en la literatura es el de difusioacuten intraparticular en el interior de
44
los poros de la partiacutecula de adsorbente el que se basa en el transporte de soluto a
traveacutes de la estructura interna de los poros de adsorbente y la difusioacuten
propiamente dicha en el soacutelido lo que conlleva a asumir que el adsorbente posee
una estructura porosa homogeacutenea Weber y Morris (1963) concluyeron que en un
proceso controlado por la adsorcioacuten en los poros la velocidad inicial es
directamente proporcional a la concentracioacuten del soluto La difusioacuten intraparticular
se caracteriza por la dependencia entre la adsorcioacuten especiacutefica y la raiacutez cuadrada
del tiempo siendo la pendiente la velocidad de difusioacuten intraparticular
Con base en lo anterior la ecuacioacuten que define la difusioacuten intraparticular viene
dada por
(5)
Donde ki (mgfarmgadsmiddoth 12) es la constante de velocidad de difusioacuten intraparticular y
Ci entrega informacioacuten sobre el grosor de la capa de adsorbato [105] Esta
ecuacioacuten ha sido utilizada por diferentes investigadores para determinar si la
difusioacuten intraparticular es la etapa controlante de la dinaacutemica de adsorcioacuten de
especies ioacutenicas [109 110]
522 Adsorcioacuten de PRX
Las cineacuteticas de adsorcioacuten de ambos nanotransportadores para PRX se muestran
en la Figura 22 Para ellos se realizaron ajustes no lineales de la data
experimental y los valores obtenidos los cuales se reportan en la Tabla 5 Los
faacutermacos son moleacuteculas capaces de establecer interacciones supramoleculares
con nanomateriales las que dependeraacuten de los grupos funcionales que posean
del solvente en el cual se encuentran disueltos y el pH del medio Las
interacciones supramoleculares maacutes frecuentes son las electrostaacuteticas enlaces de
hidroacutegeno van der Waals e hidrofoacutebicas [111 112]
45
En el caso de lo nanotransportadores empleados en este estudio se observa que
ambos materiales adsorben PRX y los datos experimentales se ajustan a una
cineacutetica de pseudo-primer orden Se ha elegido este modelo pues las funciones
estadiacutesticas de coeficiente de correlacioacuten (R2) y el test de chi-cuadrado (χ2) el cual
es una prueba de hipoacutetesis que compara la distribucioacuten observada de los datos
con una distribucioacuten esperada de los datos Ambos caacutelculos se realizaron
mediante empleando el software Origin Pro 80 mediante la funcioacuten de anaacutelisis no
lineal donde se ajustaron los tres modelos estudiados
Figura 22 Cineacutetica y ajustes de modelos cineacuteticos de adsorcioacuten para PRX en los
nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Figura 23 Esquema propuesto para la adsorcioacuten de PRX en los sistemas
sintetizados (A) Fe3O4-NT y (B) Fe3O4-NT-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Sistema aislado Sistema en disolucioacuten
Sistema aislado Sistema en disolucioacuten
46
Tabla 5 Modelos cineacuteticos para la adsorcioacuten de PRX en los adsorbentes NT-
Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
qe exp (mgPRXgads) 391 487
Pseudo primer-orden (Modelo de Lagergren)
qe (mgPRXgads) 413 488
k1 (h-1) 0038 0079
R2 09964 09911
χ2 0817 287
Pseudo segundo-orden (Modelo de Ho)
qe (mgPRXgads) 539 566
k2 (gAdsmgPRXmiddoth) 649x10-4 168x10-3
R2 09921 09935
χ2 179 210
Quimisoricioacuten (Modelo de Elovich)
α (mgPRXgadsmiddoth) 595 1629
β (mgPRXg) 0100 0097
R2 09501 09613
χ2 1030 1085
Cabe mencionar que de acuerdo a los reportes Rozou y col [96] el faacutermaco PRX
al pH de adsorcioacuten se encuentra en su forma zwitterioacutenica El Fe3O4 es un material
inorgaacutenico que muestra un pI de 68 [113] A las condiciones de adsorcioacuten
estudiadas el pH del agua fue de 60 luego la superficie del NT-Fe3O4 se
encuentra cargada de forma positiva esperaacutendose que la interaccioacuten del faacutermaco
con el adsorbente sea mediada por interacciones electroestaacuteticas tal como se
muestra en el esquema de la Figura 23
Con la incorporacioacuten del PAMAM a la fase inorgaacutenica se observa un incremento
de un 25 en la capacidad de adsorcioacuten de PRX Esto se puede interpretar en
47
teacuterminos moleculares haciendo la aproximacioacuten de los moles disponibles de
PAMAM en funcioacuten de la cantidad adsorbida en comparacioacuten a NT-Fe3O4 sin
modificar Desde la Tabla 2 se sabe que hay una cantidad de 243 micromol de
PAMAM por gramo de adsorbente debido a que el incremento en la adsorcioacuten
fueron 96 mg de PRX (o 290 micromol de PRX) se puede asumir una estequiometriacutea
PRXPAMAM = 119 De acuerdo a reportes previos publicados por nuestro grupo
de investigacioacuten se sabe que PRX a pH 70 se adsorbe efectivamente en la
estructura PAMAM alcanzando una estequiometriacutea PRXPAMAM = 23 [59] En
este caso pH 60 no hay cambios significativos en la estructura del faacutermaco ni
en la del dendriacutemero por lo que deberiacutea haberse esperado un incremento
significativo de la adsorcioacuten de PRX en relacioacuten al nanotransportador NT-Fe3O4
Sin embargo este efecto no fue observado en el nanotubo hiacutebrido funcionalizado
con PAMAM Con estos resultados se puede asumir que la afinidad del PRX
mucho mayor por la adsorcioacuten en el material inorgaacutenico que por la adsorcioacuten en
los bolsillos de la cavidades internas del PAMAM
En relacioacuten a los resultados cineacuteticos se observa un aumento en la pseudo-
constante cineacutetica de adsorcioacuten siendo k1(NT-Fe3O4) lt k1(NT-Fe3O4-PAMAM) Para poder
interpretar el fenoacutemeno en forma mecaniacutestica la data experimental se ha ajustado
al modelo de difusioacuten intrapartiacutecula de Weber-Morris el que se muestra en la
Figura 24 En esta figura se puede observar tres segmentos lineales lo cual indica
que el proceso de adsorcioacuten de PRX en los nanotubos procede en tres etapas
para ambos sistemas Una situacioacuten similar ha sido observada en el caso de la
cineacutetica de adsorcioacuten de cefalosporina en micropartiacuteculas polimeacutericas por Cigu y
colaboradores quienes han descritos las diferentes etapas de la siguiente
forma[105]
a) Adsorcioacuten del adsorbato en la superficie del adsorbente
b) Difusioacuten intrapartiacutecula desde la zona externa a la superficie del adsorbente
c) Equilibrio de adsorcioacuten donde quedan muy pocos sitios disponibles para la
adsorcioacuten
48
Figura 24 Graacutefico de adsorcioacuten de PRX en los nanotransportadores sintetizados
considerando un modelo de difusioacuten intrapartiacutecula en tres etapas Fuente
Elaboracioacuten propia
Ambos sistemas muestran el mismo perfil de difusioacuten intrapartiacutecula y los valores
de las constantes de velocidad para las etapas (a) y (b) presentan valores
relativamente bajos aunque difieren levemente tal como se resume en la Tabla 6
En el caso de NT-Fe3O4 se observa que la etapa limitante corresponde a la
adsorcioacuten de PRX en la superficie del nanomaterial a diferencia de NT-Fe3O4-
PAMAM donde se observa que la etapa limitante es la difusioacuten intrapartiacutecula Esta
diferencia se puede explicar debido a que PAMAM posee grupos ndashNH2
superficiales que al pH de adsorcioacuten estaacuten protonados (ver Figura 23) lo que
incrementa la carga eleacutectrica superficial del nanotransportador este hecho podriacutea
provocar un aumento en la velocidad inicial de adsorcioacuten de PRX si los efectos
electroestaacuteticos gobiernan la velocidad de reaccioacuten en esta etapa considerando
que el PRX presenta una estructura dipolar a pH 60 Sin embargo en la etapa
subsiguiente caracterizada por la adsorcioacuten gradual de PRX las moleacuteculas de
PAMAM unidas covalentes a la superficie de NT-Fe3O4 dificultan el proceso de
difusioacuten intrapartiacutecula provocando una caiacuteda en la constante k(b)
49
Tabla 6 Modelo de difusioacuten intra-partiacutecula para la adsorcioacuten de PRX en los
adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM considerando dos etapas
determinantes en la adsorcioacuten del faacutermaco y una tercera de equilibrio Fuente
Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
Modelo de difusioacuten intrapartiacutecula (Modelo de Weber-Morris)
k(a) (mgPRXgadsh12) 311 766
R(a)2 09879 09903
k(b) (mgPRXgadsh12) 683 409
R(b)2 09872 09944
523 Adsorcioacuten de SIL
En la Figura 25 se muestran las graacuteficas cineacuteticas para la adsorcioacuten de SIL en los
dos nanotransportadores sintetizados Las consideraciones de ajuste de los
modelos cineacuteticos se hicieron de la misma forma que para los estudios realizados
con PRX y los valores obtenidos se resumen en la Tabla 7
Figura 25 Cineacutetica y ajustes de modelos cineacuteticos de adsorcioacuten para SIL en los
nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
50
El comportamiento de los sistemas frente a la adsorcioacuten de SIL muestra la misma
tendencia que la observada en el caso de PRX Ambos nanomateriales adsorben
SIL y la capacidad maacutexima se ve incrementada por la presencia de PAMAM Sin
embargo en este caso ambos sistemas nanotransportadores presentan una gran
afinidad por el faacutermaco obtenieacutendose cargas maacuteximas superiores a 650 mg de
SIL por gramo de nanomaterial valores muy superiores a los obtenidos en el caso
de PRX
El faacutermaco SIL se encuentra como moleacutecula neutra al pH de adsorcioacuten (pKa1 70
pKa2 877 pKa3 957 pKa4 1166) Para la adsorcioacuten en NT-Fe3O4 se espera
que las fuerzas que estaacuten predominando en la adsorcioacuten del faacutermaco sean del tipo
Van der Waals y enlace de hidroacutegeno entre los grupos funcionales de SIL y los
grupos hidroxilos de la NT-Fe3O4 Por otro lado las contribuciones hidrofoacutebicas
tambieacuten deberiacutean jugar un rol importante en la adsorcioacuten del faacutermaco en estos
nanomateriales especialmente en el sistema hiacutebrido NT-Fe3O4-PAMAM En el
caso del PAMAM estudios recientes realizados en nuestro grupo de investigacioacuten
han mostrado la gran afinidad que presenta el dendriacutemero por SIL y
experimentos NOESY han demostrado la adsorcioacuten de las moleacuteculas de SIL en las
cavidades internas del PAMAM
Asiacute para el material NT-Fe3O4-PAMAM se observa un incremento significativo de
la adsorcioacuten en relacioacuten al material inorgaacutenico En este caso el faacutermaco SIL
interacciona no solo con NT-Fe3O4 sino que tambieacuten con el dendriacutemero presente
Si se hace el caacutelculo entre la cantidad adsorbida de SIL en presencia de PAMAM
(1504 mg o 3117 micromol por gramo de adsorbente respectivamente) se obtiene
una relacioacuten molar de SILPAMAM = 128 Considerando esta evidencia puede
suponerse que el faacutermaco en el adsorbente NT-Fe3O4-PAMAM no soacutelo se adsorbe
en la superficie del oacutexido inorgaacutenico sino que tambieacuten se estaacute adsorbiendo en las
cavidades del PAMAM con estequiometriacuteas similares a las observadas para otros
faacutermacos insolubles previamente estudiados por nuestro grupo [51 59]
51
Tabla 7 Modelos cineacuteticos para la adsorcioacuten de SIL en los adsorbentes NT-Fe3O4
y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
qe exp (mgSILgads) 6750 8254
Pseudo primer-orden (Modelo de Lagergren)
qe (mgSILgads) 6853 8837
k1 (h-1) 0052 0062
R2 09975 09956
χ2 1656 4415
Pseudo segundo-orden (Modelo de Ho)
qe (mgSILgads) 8706 10233
k2 (gAdsmgSILmiddoth) 673x10-5 535x10-5
R2 09936 09954
χ2 4209 4576
Quimisorcioacuten (Modelo de Elovich)
α (mgSILgadsmiddoth) 1319 1956
β (mgSILg) 569x10-3 548x10-3
R2 09695 09510
χ2 18184 45945
En relacioacuten a los modelos de adsorcioacuten se observa que ambos sistemas se
ajustan mejor a cineacuteticas de pseudo-primer orden con respecto a la adsorcioacuten de
SIL con coeficientes de correlacioacuten y test de chi-cuadrado confiables para el
modelo Las constantes pseudo primer-orden son similares para ambos sistemas
k1(NT-Fe3O4) ~ k1(NT-Fe3O4-PAMAM) y del mismo orden de magnitud que las
determinadas en el caso de la adsorcioacuten de PRX En la Figura 25 se observa que
el maacuteximo de adsorcioacuten de SIL se alcanza a tiempos superiores a 50 horas para
ambos adsorbentes
52
Para entender de manera maacutes acabada la forma en que operan los fenoacutemenos
cineacuteticos de adsorcioacuten se ha realizado el ajuste de Weber-Morris para el modelo
de difusioacuten de intrapartiacutecula el que se muestra en la Figura 26 el cual nuevamente
revela un proceso de adsorcioacuten en tres etapas y los valores de las constantes de
velocidad para las etapas (a) y (b) presentan valores relativamente altos como se
resume en la Tabla 8
Figura 26 Graacutefico de adsorcioacuten de SIL en los nanotransportadores sintetizados
considerando un modelo de difusioacuten intrapartiacutecula en tres etapas Fuente
Elaboracioacuten propia
Considerando que a pH 60 el NT- Fe3O4 se encuentra en su forma protonada SIL
para adsorberse en la superficie del material deberaacute desplazar ese equilibrio para
ocupar un sitio de la superficie tal como se muestra en el siguiente esquema
Fe-OH + H2O [Fe-O-H-OH2]+
[Fe-O-H-OH2]+ + SIL [Fe-O-H-O-SIL] + H2O
Este equilibrio es el que determina la cineacutetica del proceso de adsorcioacuten en el caso
del adsorbente NT-Fe3O4 En el caso del nanotransportador hiacutebrido tambieacuten se
53
observa que la etapa de adsorcioacuten es la limitante de la velocidad del proceso
Comparando ambos sistemas se detecta que k(a)(NT-Fe3O4) ~ k(a)(NT-Fe3O4-PAMAM)
Esta diferencia se puede atribuir a la presencia del dendriacutemero PAMAM en el caso
del nanotransportador hiacutebrido En teacuterminos de naturaleza superficial se espera
que la asociacioacuten SIL-PAMAM incremente la velocidad del proceso con respecto al
nanotransportador inorgaacutenico
Tabla 8 Modelo de difusioacuten intra-partiacutecula para la adsorcioacuten de SIL en los
adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM considerando dos etapas
determinantes en la adsorcioacuten del faacutermaco y una tercera de equilibrio Fuente
Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
Modelo de difusioacuten intrapartiacutecula (Modelo de Weber-Morris)
k(a) (mgSILgadsh12) 577 885
R(a)2 09881 09935
k(b) (mgSILgadsh12) 1059 1135
R(b)2 09803 09828
54
6 CONCLUSIONES Y PERSPECTIVAS
Se logroacute sintetizar los nanotubos de magnetita NT-Fe3O4 obtenidos por la
reduccioacuten de los nanotubos de hematita α-Fe2O3 sintetizados a partir de
tratamiento hidrotermal Se verificoacute la estructura de la magnetita su forma tubular
y propiedades magneacuteticas a traveacutes de las teacutecnicas de caracterizacioacuten difraccioacuten de
rayos X microscopiacutea electroacutenica de transmisioacuten y medidas de susceptibilidad
magneacutetica respectivamente
El nanotubo inorgaacutenico obtenido sirvioacute de soporte para la conjugacioacuten de
dendriacutemero de poli-(amidoamina) de tercera generacioacuten el cual se logroacute inmovilizar
en la superficie de NT-Fe3O4 con un contenido del 16 en masa respecto del
material hiacutebrido El proceso de inmovilizacioacuten no perturboacute las propiedades del
soporte inorgaacutenico en relacioacuten a las propiedades magneacuteticas cristalinas o de
tamantildeo y forma
Los materiales obtenidos fueron capaces de actuar como adsorbentes de los
faacutermacos piroxicam y silibinina siendo eacuteste uacuteltimo quien mostroacute incrementar la
capacidad de adsorcioacuten en presencia de PAMAM Para ambos sistemas y
faacutermacos se determinaron las curvas cineacuteticas de adsorcioacuten donde se logroacute
determinar que independiente del faacutermaco ambos nanotransportadores muestran
ajustarse a cineacuteticas de pseudo-primer orden Finalmente la presencia de PAMAM
no soacutelo potencia la capacidad de adsorcioacuten en los faacutermacos testeados sino que
tambieacuten acelera la etapa de adsorcioacuten superficial con respecto a la determinada
para el adsorbente NT-Fe3O4 por medio del modelo de difusioacuten de Weber-Morris
Para el faacutermaco piroxicam se observoacute que la adsorcioacuten fue mediada
principalmente por interacciones del tipo electroestaacuteticas entre la forma
zwitterioacutenica de piroxicam y la superficie de los nanotransportadores La etapa
limitante de la cineacutetica adsorcioacuten para el caso de NT-Fe3O4 fue la adsorcioacuten
55
superficial y en el caso de NT-Fe3O4-PAMAM fue la etapa de difusioacuten
intrapartiacutecula
Finalmente para el faacutermaco silibinina se observoacute que la adsorcioacuten fue mediada
por las fuerzas de tipo Van der Waals y enlace de hidroacutegeno entre los grupos
funcionales de SIL y los grupos hidroxilos de NT-Fe3O4 Por otro lado las
contribuciones hidrofoacutebicas tambieacuten juegan un rol importante en la adsorcioacuten del
faacutermaco en estos nanomateriales especialmente en el sistema hiacutebrido NT-Fe3O4-
PAMAM Por uacuteltimo se determinoacute que la capacidad de adsorcioacuten se vio
directamente mejorada por la asociacioacuten PAMAM-SIL la que alcanzoacute una relacioacuten
molar SILPAMAM = 12 En ambos casos se observoacute que la etapa limitante de la
cineacutetica de adsorcioacuten fue la adsorcioacuten superficial de SIL en los adsorbentes
56
REFERENCIAS
[1] AZ Wilczewska K Niemirowicz KH Markiewicz H Car Pharmacological
Reports 64 (2012) 1020-1037
[2] S Parveen R Misra SK Sahoo Nanomedicine Nanotechnology Biology
and Medicine 8 (2012) 147-166
[3] V Grazu M Moros C Saacutenchez-Espinel MdlF Jesus V Grazu Frontiers
of Nanoscience Elsevier 2012 pp 337-440
[4] F Danhier O Feron V Preacuteat Journal of Controlled Release 148 (2010)
135-146
[5] A Wicki D Witzigmann V Balasubramanian J Huwyler Journal of
Controlled Release 200 (2015) 138-157
[6] JH Lee Y Yeo Chemical Engineering Science 125 (2015) 75-84
[7] S Manchun CR Dass P Sriamornsak Life Sciences 90 (2012
) 381-387
[8] JHE Arts M Hadi AM Keene R Kreiling D Lyon M Maier K Michel
T Petry UG Sauer D Warheit K Wiench R Landsiedel Regulatory Toxicology
and Pharmacology 70 (2014) 492-506
[9] KA Pramod CP Sunny Nanobiomaterials Handbook CRC Press 2011
pp 1-24
[10] A Khorsand S Jamehbozorgi R Ghiasi M Rezvani Physica E Low-
dimensional Systems and Nanostructures 72 (2015) 120-127
[11] V Loacutepez-Daacutevila AM Seifalian M Loizidou Current Opinion in
Pharmacology 12 (2012 ) 414-419
[12] P-C Lee C-L Peng M-J Shieh Journal of Controlled Release 225
(2016) 140-151
[13] CC Torres CH Campos C Diaacutez VA Jimeacutenez F Vidal L Guzmaacuten JB
Alderete Materials Science and Engineering C 65 (2016) 164-171
[14] CH Campos CF Diacuteaz JL Guzmaacuten JB Alderete CC Torres VA
Jimeacutenez Macromolecular Chemistry and Physics 217 (2016) 1712-1722
[15] D Chang Y Gao L Wang G Liu Y Chen T Wang W Tao L Mei L
57
Huang X Zeng Journal of Colloid and Interface Science 463 (2016) 279-287
[16] J Zaloga M Poumlttler G Leitinger RP Friedrich G Almer S Lyer E
Baum R Tietze R Heimke-Brinck H Mangge F Dorje G Lee C Alexiou
European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics 101 (2016) 152-162
[17] RS Dhanikula P Hildgen Bioconjugate Chemistry 17 (2006) 29-41
[18] A Kesavan P Ilaiyaraja W Sofi Beaula V Veena Kumari J Sugin Lal C
Arunkumar G Anjana S Srinivas A Ramesh SK Rayala D Ponraju G
Venkatraman European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics 96
(2015) 255-263
[19] S Biswas P Kumari PM Lakhani B Ghosh European Journal of
Pharmaceutical Sciences 83 (2016) 184-202
[20] ML Tebaldi RM Belardi SR Montoro Design and Applications of
Nanostructured Polymer Blends and Nanocomposite Systems William Andrew
Publishing Boston 2016 pp 171-186
[21] D Bansal A Gulbake J Tiwari SK Jain International Journal of
Biological Macromolecules 82 (2016) 687-695
[22] AS Timin EV Balantseva SY Khashirova EV Rumyantsev TY
Osadchaya Colloids and Surfaces A Physicochemical and Engineering Aspects
477 (2015) 26-34
[23] J Gautier E Allard-Vannier E Munnier M Souceacute I Chourpa Journal of
Controlled Release 169 (2013) 48-61
[24] SL Leung Z Zha C Cohn Z Dai X Wu Colloids and Surfaces B
Biointerfaces 121 (2014) 141-149
[25] Y Liu Y Ng MR Toh GNC Chiu Journal of Controlled Release 220
Part A (2015) 438-446
[26] G Xu L Li Z Shen Z Tao Y Zhang H Tian X Wei G Shen G Han
Journal of Alloys and Compounds 629 (2015) 36-42
[27] MF Horst V Lassalle ML Ferreira Frontiers of Environmental Science amp
Engineering 9 (2015) 746-769
[28] TJ Bastow A Trinchi MR Hill R Harris TH Muster Journal of
Magnetism and Magnetic Materials 321 (2009) 2677-2681
58
[29] S Bagheri D Ramimoghadam A TermehYousefi SB Abd Hamid
International Journal of Hydrogen Energy 40 (2015) 16178-16183
[30] G Kandasamy D Maity International Journal of Pharmaceutics 496 (2015)
191-218
[31] DS Keerthana K Namratha K Byrappa HS Yathirajan Journal of
Magnetism and Magnetic Materials 378 (2015) 551-557
[32] M Darroudi M Hakimi E Goodarzi R Kazemi Oskuee Ceramics
International 40 (2014) 14641-14645
[33] G Sharma P Jeevanandam RSC Advances 3 (2013) 189-200
[34] C-J Jia L-D Sun F Luo X-D Han LJ Heyderman Z-G Yan C-H
Yan K Zheng Z Zhang M Takano N Hayashi M Eltschka M Klaumlui U
Ruumldiger T Kasama L Cervera-Gontard RE Dunin-Borkowski G Tzvetkov J
Raabe Journal of the American Chemical Society 130 (2008) 16968-16977
[35] N Mizutani T Iwasaki S Watano T Yanagida T Kawai Current Applied
Physics 10 (2010) 801-806
[36] C-J Jia L-D Sun Z-G Yan L-P You F Luo X-D Han Y-C Pang Z
Zhang C-H Yan Angewandte Chemie 117 (2005) 4402-4407
[37] Z-G Yue W Wei Z-X You Q-Z Yang H Yue Z-G Su G-H Ma
Advanced Functional Materials 21 (2011) 3446-3453
[38] SJ Son X Bai SB Lee Drug Discovery Today 12 (2007) 650-656
[39] SJ Son J Reichel B He M Schuchman SB Lee Journal of the
American Chemical Society 127 (2005) 7316-7317
[40] GT Hermanson Bioconjugate Techniques (Third edition) Academic Press
Boston 2013 pp 535-548
[41] S Mallakpour M Madani Progress in Organic Coatings 86 (2015) 194-207
[42] P Yu J He L Yang M Pu X Guo Journal of Catalysis 260 (2008) 81-85
[43] X Zheng T Wang H Jiang Y Li T Jiang J Zhang S Wang Asian
Journal of Pharmaceutical Sciences 8 (2013) 278-286
[44] L Tan J Liu W Zhou J Wei Z Peng Materials Science and Engineering
C 45 (2014) 524-529
[45] ER Gillies JMJ Freacutechet Journal of the American Chemical Society 124
59
(2002) 14137-14146
[46] S Khoee K Hemati Polymer 54 (2013) 5574-5585
[47] U Gupta O Perumal SGKTL Deng Natural and Synthetic Biomedical
Polymers Elsevier Oxford 2014 pp 243-257
[48] U Boas PMH Heegaard Chemical Society Reviews 33 (2004) 43-63
[49] U Gupta HB Agashe A Asthana NK Jain Biomacromolecules 7 (2006)
649-658
[50] A Shakhbazau I Isayenka N Kartel N Goncharova I Seviaryn S
Kosmacheva M Potapnev D Shcharbin M Bryszewska International Journal of
Pharmaceutics 383 (2010) 228-235
[51] PA Barra L Barraza VA Jimeacutenez JA Gaviacuten JB Alderete
Macromolecular Chemistry and Physics 215 (2014) 372-383
[52] PM Patel R Patel D Wadia RM Patel Asian Journal of Pharmaceutical
Sciences 10 (2015) 306-313
[53] L Mei Z Zhang L Zhao L Huang X-L Yang J Tang S-S Feng
Advanced Drug Delivery Reviews 65 (2013) 880-890
[54] Sn Svenson DA Tomalia Advanced Drug Delivery Reviews 57 (2005)
2106-2129
[55] L Porcar Y Liu R Verduzco K Hong PD Butler LJ Magid GS Smith
W-R Chen The Journal of Physical Chemistry B 112 (2008) 14772-14778
[56] E Markatou V Gionis GD Chryssikos S Hatziantoniou A
Georgopoulos C Demetzos International Journal of Pharmaceutics 339 (2007)
231-236
[57] K Borowska S Wołowieca A Rubaj K Głowniakc E Sieniawska S
Radej International Journal of Pharmaceutics 426 (2012) 280-283
[58] S Kavyani S Amjad-Iranagh H Modarress The Journal of Physical
Chemistry B 118 (2014) 3257-3266
[59] PA Barra L Barraza VA Jimeacutenez JA Gaviacuten JB Alderete Structural
Chemistry 25 (2014) 1443-1455
[60] C Kojima K Kono K Maruyama T Takagishi Bioconjugate Chemistry 11
(2000) 910-917
60
[61] AK Patri JF Kukowska-Latallo JR Baker Jr Advanced Drug Delivery
Reviews 57 (2005) 2203-2214
[62] D Luong P Kesharwani R Deshmukh MCI Mohd Amin U Gupta K
Greish AK Iyer Acta Biomaterialia 43 (2016) 14-29
[63] X Xu J Li S Han C Tao L Fang Y Sun J Zhu Z Liang F Li
European Journal of Pharmaceutical Sciences 88 (2016) 178-190
[64] P-C Lin S Lin PC Wang R Sridhar Biotechnology Advances 32 (2014)
711-726
[65] C Baudot CM Tan JC Kong Infrared Physics amp Technology 53 (2010)
434-438
[66] JB Hall MA Dobrovolskaia AK Patri SE McNeil Nanomedicine 2
(2007) 709-803
[67] DB Williams CB Carter Transmission Electron Microscopy A Textbook
for Materials Science Springer US Boston MA 2009 pp 3-22
[68] H Wang PK Chu S Bose Characterization of Biomaterials Academic
Press Oxford 2013 pp 105-174
[69] M Rudolph J Erler UA Peuker Colloids and Surfaces A
Physicochemical and Engineering Aspects 397 (2012) 16-23
[70] T Zhao W Luo Y Deng Y Luo P Xu Y Liu L Wang Y Ren W Jiang
Nano Energy 26 (2016) 16-25
[71] F Rouquerol J Rouqueron K Sing Adsorption by Powders and Porous
Solids Academic Press 1999
[72] M Naderi Progress in Filtration and Separation Academic Press Oxford
2015 pp 585-608
[73] J Rouquerol F Rouquerol P Llewellyn G Maurin KSW Sing
Adsorption by powders and porous solids principles methodology and
applications Academic press 2014
[74] CP Poole FJ Owens Introduccioacuten a la nanotecnologiacutea Editorial Reverte
2007
[75] JL Kirschvink DS Jones BJ MacFadden Magnetite Biomineralization
and Magnetoreception in Organisms A New Biomagnetism Springer US 2013
61
[76] TM El-Alaily MK El-Nimr SA Saafan MM Kamel TM Meaz ST
Assar Journal of Magnetism and Magnetic Materials 386 (2015) 25-30
[77] DJ Dunlop Ouml Oumlzdemir Treatise on Geophysics (Second Edition)
Elsevier Oxford 2015 pp 255-308
[78] A Savić D Čokeša S Lazarević B Jokić D Janaćković R Petrović LS
Živković Powder Technology 301 (2016) 511-519
[79] S Rajput CU Pittman Jr D Mohan Journal of Colloid and Interface
Science 468 (2016) 334-346
[80] M Kumari CU Pittman Jr D Mohan Journal of Colloid and Interface
Science 442 (2015) 120-132
[81] Y Mansourpanah Z Jafari Reactive and Functional Polymers 93 (2015)
178-189
[82] S Sundar R Mariappan S Piraman Powder Technology 266 (2014) 321-
328
[83] P Roonasi A Holmgren Applied Surface Science 255 (2009) 5891-5895
[84] J Safari Z Zarnegar Journal of Molecular Structure 1072 (2014) 53-60
[85] KL Pickering S Raa Khimi S Ilanko Composites Part A Applied Science
and Manufacturing 68 (2015) 377-386
[86] AK Ladavos AP Katsoulidis A Iosifidis KS Triantafyllidis TJ
Pinnavaia PJ Pomonis Microporous and Mesoporous Materials 151 (2012) 126-
133
[87] VMdS Rocha MdG Pereira LR Teles MOdG Souza Materials
Science and Engineering B 185 (2014) 13-20
[88] JZ Marinho RHO Montes AP de Moura E Longo JA Varela RAA
Munoz RC Lima Materials Research Bulletin 49 (2014) 572-576
[89] PM Huang Y Li ME Sumner Handbook of Soil Sciences Properties and
Processes Second Edition Taylor amp Francis 2011
[90] C Klein CS Hurlbut Manual de mineralogiacutea Reverte 1996
[91] Y-F Lin J-L Chen C-Y Xu T-W Chung Chemical Engineering Journal
250 (2014) 409-415
[92] AK Gupta M Gupta Biomaterials 26 (2005) 3995-4021
62
[93] C Sun JSH Lee M Zhang Advanced Drug Delivery Reviews 60 (2008)
1252-1265
[94] N Rai M Sarkar S Raha Pharmacological Reports 67 (2015) 1215-1223
[95] Z Lavrič J Pirnat J Lužnik U Puc Z Trontelj S Srčič Journal of
Pharmaceutical Sciences 104 (2015) 1909-1918
[96] S Rozou A Voulgari E Antoniadou-Vyza European Journal of
Pharmaceutical Sciences 21 (2004) 661-669
[97] H-S Gwak J-S Choi H-K Choi International Journal of Pharmaceutics
297 (2005) 156-161
[98] RP Aquino G Auriemma M dacuteAmore AM DacuteUrsi T Mencherini P Del
Gaudio Carbohydrate Polymers 89 (2012) 740-748
[99] IE Shohin JI Kulinich GV Ramenskaya B Abrahamsson S Kopp P
Langguth JE Polli VP Shah DW Groot DM Barends JB Dressman
Journal of Pharmaceutical Sciences 103 (2014) 367-377
[100] R Silva H Ferreira AC Carvalho AC Gomes A Cavaco-Paulo Colloids
and Surfaces B Biointerfaces 92 (2012) 277-285
[101] M Meloun D Burkoˇnovaacute T Syrovyacute A Vraacutena Analytica Chimica Acta 486
(2003) 125-141
[102] D Zheng Y Wang D Zhang Z Liu C Duan L Jia F Wang Y Liu G
Liu L Hao Q Zhang Cancer Letters 307 (2011) 158-164
[103] Q Wang R Liu X Shen L Zou D Wu Journal of Nanoscience and
Nanotechnology 14 (2014) 2871-2877
[104] N Caliskan AR Kul S Alkan EG Sogut I Alacabey Journal of
Hazardous Materials 193 (2011) 27-36
[105] TA Cigu S Vasiliu S Racovita C Lionte V Sunel M Popa C Cheptea
European Polymer Journal 82 (2016) 132-152
[106] M Oumlzacar İA Şengil Process Biochemistry 40 (2005) 565-572
[107] YS Ho G McKay Process Biochemistry 34 (1999) 451-465
[108] AB Peacuterez-Mariacuten VM Zapata JF Ortuntildeo M Aguilar J Saacuteez M Lloreacutens
Journal of Hazardous Materials 139 (2007) 122-131
[109] BF Urbano I Villenas BL Rivas CH Campos Chemical Engineering
63
Journal 268 (2015) 362-370
[110] J Peacuterez L Toledo CH Campos BL Rivas J Yantildeez BF Urbano
Chemical Engineering Journal 287 (2016) 744-754
[111] JW Steed DR Turner K Wallace Core Concepts in Supramolecular
Chemistry and Nanochemistry Wiley 2007
[112] A Buczkowski D Waliszewski P Urbaniak B Palecz International
Journal of Pharmaceutics 505 (2016) 1-13
[113] M Kosmulski Advances in Colloid and Interface Science
2
alojar las moleacuteculas de faacutermaco en un fenoacutemeno que se describe como
encapsulacioacuten [10 11] Dentro de los nanotransportadores de faacutermacos que
cumplen con estos requisitos se encuentran aqueacutellos que se basan en sistemas
inorgaacutenicos orgaacutenicos y aqueacutellos denominados hiacutebridos que son una mezcla de
ambos
De la familia de transportadores basados en nanomateriales (NM) inorgaacutenicos se
pueden mencionar algunos como nanotubos de carbono (CNTs) [12] nanotubos
de oacutexidos inorgaacutenicos como TiO2 [13] y Al2O3 [14] nanopartiacuteculas de oacutexidos
inorgaacutenicos como SiO2 [15] y Fe3O4 [16] entre otros La principal caracteriacutestica de
estos sistemas es su nula solubilidad en el plasma sanguiacuteneo La habilidad de
adsorber faacutermacos de estos materiales viene dada principalmente porque
disponen de un aacuterea superficial y porosidad que permiten el alojamiento del
faacutermaco al interior de los poros lo que ralentiza su liberacioacuten una vez internalizado
en el hueacutesped
Figura 1 Algunos tipos de nanomateriales utilizados en el transporte de faacutermacos
y para diagnoacutestico e imagen [17]
Los NM orgaacutenicos tambieacuten se han considerado una buena alternativa para su uso
como sistemas nanotransportadores de faacutermacos de los que se pueden mencionar
a los dendriacutemeros [18] micelas [19] poliacutemeros [20] y liposomas [21] entre otros A
diferencia de los materiales inorgaacutenicos los nanomateriales orgaacutenicos pueden
Poliacutemero lineal Quantum Dots Nanopartiacutecula
Micela polimeacuterica Liposoma Dendriacutemero
3
actuar de forma soluble o insoluble en el plasma sanguiacuteneo El principio de
adsorcioacuten se basa en la diferencia de afinidad del faacutermaco frente al medio
dispersante De forma general faacutermacos que son poco solubles en agua se
adsorben de forma efectiva en sistemas que posean cavidades hidroacutefobas
Los sistemas nanotransportadores hiacutebridos nacen de la necesidad de combinar
propiedades de los sistemas inorgaacutenicos yo orgaacutenicos con el fin de producir un
NM que muestre una alta sinergia entre ambos componentes en el proceso de
adsorcioacuten y liberacioacuten de faacutermacos [1314 22] Dependiendo de la naturaleza del
sistema hiacutebrido se pueden clasificar en hiacutebridos inorgaacutenicoinorgaacutenico [23]
hiacutebridos inorgaacutenicoorgaacutenico [24] e hiacutebridos orgaacutenicoorgaacutenico [25]
11 Nanomateriales magneacuteticos
Dentro de los NM inorgaacutenicos maacutes interesantes se encuentran las
nanoestructuras de oacutexidos hierro El oacutexido de hierro existe en la naturaleza en tres
fases magnetita (Fe3O4) maghemita (γ-Fe2O3) y hematita (α-Fe2O3) [26] La
magnetita presenta las propiedades maacutes interesantes entre todos los demaacutes
oacutexidos de hierro debido a la presencia de cationes de hierro en dos estados de
valencia (Fe2+ y Fe3+) en su estructura cubica centrada en la cara de tipo espinela
(AB2O4) inversa En ella el oxiacutegeno forma un empaquetado cuacutebico compacto
donde la mitad de los cationes Fe3+ ocupan sitios tetraeacutedricos (A) mientras que la
otra mitad de Fe3+ y los cationes Fe2+ ocupan los sitios octaeacutedricos (B) [27] lo cual
le confiere susceptibilidad magneacutetica
El nuacutemero de cationes Fe3+ en cada sitio de la red cristalina (tetraeacutedrico y
octaeacutedrico) es el mismo pero con direcciones opuestas del espiacuten magneacutetico por
lo tanto los momentos magneacuteticos de los cationes Fe3+ se anulan entre siacute como
resultado los cationes Fe2+ son los responsables del momento magneacutetico neto en
la magnetita Por lo cual la magnetita posee un comportamiento ferrimagneacutetico es
decir los espines magneacuteticos son antiparalelos y sus magnitudes son desiguales
4
El comportamiento de este material magneacutetico puede cambiar draacutesticamente
dependiendo del tamantildeo A medida que el tamantildeo de la estructura disminuye los
multidominios magneacuteticos cambian hasta obtener una estructura conformada por
un solo dominio magneacutetico [27-29] dando como resultado una nueva propiedad
magneacutetica denominada superpara-magnetismo Esta propiedad se define como la
capacidad de ciertos NM magneacuteticos que poseen alta susceptibilidad y saturacioacuten
de magnetizacioacuten bajo la influencia de un campo magneacutetico las que pierden
completamente una vez que se elimina el campo magneacutetico lo que resulta una
remanencia magneacutetica y coercitividad de cero [30] Debido a su baja toxicidad y
alta biocompatibilidad ademaacutes de la alta estabilidad mecaacutenica teacutermica y quiacutemica
la magnetita ha atraiacutedo mucho la atencioacuten para aplicaciones biomeacutedicas tales
como resonancia magneacutetica hipertermia magneacutetica terapia del caacutencer liberacioacuten
controlada de faacutermacos ingenieriacutea de tejidos entre otras [29-32]
Muchos esfuerzos tambieacuten se han llevado a cabo en la siacutentesis y propiedades de
las nanoestructuras de oacutexido de hierro con morfologiacuteas bien definidas como
nanocristales poliedros cubos varillas tubos entre otros [26] Varios meacutetodos
sinteacuteticos han sido reportados para la preparacioacuten de nanopartiacuteculas de oacutexido de
hierro que incluyen co-precipitacioacuten irradiacioacuten de ultrasonido siacutentesis
solvotermal siacutentesis hidrotermal microemulsioacuten siacutentesis viacutea microondas y la
descomposicioacuten teacutermica [33] La siacutentesis hidrotermal es una ruta de precipitacioacuten
en fase acuosa que se lleva a cabo en reactores que soportan altas presiones y
temperaturas la que se emplea ampliamente para sintetizar nanoestructuras
funcionales con formas especiacuteficas [26 27] ya que es un proceso simple y de alto
rendimiento con el cual se obtienen nano-arquitecturas de tamantildeo y morfologiacutea
reproducible [31]
Jia y colaboradores han reportado un proceso sencillo para producir nanoanillos
de Fe3O4 en el cual se utiliza la ruta hidrotermal con la participacioacuten de los
aniones dobles SO42- y H2PO4
- como controladores de la morfologiacutea para producir
Fe2O3 como base estructural el cual es sometido a un tratamiento de reduccioacuten en
5
atmoacutesfera de H2 para producir el material en base a magnetita [34] Este meacutetodo
abre la posibilidad de crear una gama de estructuras tridimensionales variando las
relaciones de iones SO42-H2PO4
- durante el tratamiento de siacutentesis hidrotermal
[34] Se ha demostrado que los iones SO42- tienen el efecto de aumentar el
tamantildeo de partiacutecula debido a que aumenta la superficie de las nanoestruturas
Fe2O3 formadas [35] La presencia de iones H2PO4- es el factor crucial que induce
la formacioacuten de una estructura tubular producto de la adsorcioacuten selectiva de iones
fosfato en la superficie de las partiacuteculas de Fe2O3 y su capacidad de coordinar con
los iones feacuterricos [36] Estas estructuras tubulares o nanotubos magneacuteticos (NT-
Fe3O4) no soacutelo conservan el fondo y la forma de una nanovarilla tambieacuten
proporcionan cavidad interna que lo proyectan como un material que permite la
encapsulacioacuten y liberacioacuten controlada de faacutermacos oligoacutemeros supramoleacuteculas
yo macromoleacuteculas entre otras especies [37] las cuales se pueden transportar
de forma segura en el sistema in vivo evitando la degradacioacuten hidroliacutetica o la
precipitacioacuten de faacutermacos hidroacutefobos durante la entrega en el sitio especiacutefico
La principal ventaja de los NT-Fe3O4 como transportadores de faacutermacos es que
pueden poseer la propiedad del para- o superpara-magnetismo para realizar un
seguimiento de la administracioacuten de faacutermacos El traslado de los NTs puede ser
controlado por un campo magneacutetico externo dirigieacutendolo de forma especiacutefica a los
sitios fisioloacutegicos de accioacuten [38] La combinacioacuten de las propiedades magneacuteticas
con una estructura tubular hace de los NT-Fe3O4 un candidato ideal como
nanotransportador empleado en aplicaciones biomeacutedicas La principal limitante
para el empleo de este tipo de sistemas es el tipo de moleacuteculas que pueden ser
adsorbidas ya que en general se ha observado que moleacuteculas de pequentildeo
tamantildeo no son adsorbidas en forma eficiente [34 39]
Una forma de poder superar la baja capacidad de adsorcioacuten de faacutermacos por parte
de los NT-Fe3O4 es generando sistemas hiacutebridos que sean capaces de incorporar
una segunda unidad que incrementen su capacidad de adsorcioacuten Esto se puede
conseguir recubriendo al NT-Fe3O4 con un segundo componente generalmente de
6
naturaleza orgaacutenica obtenido de una fuente natural o sinteacutetica proveyendo
nanoestructuras hibridas con propiedades mejoradas frente a sus componentes
puros La asociacioacuten del componente orgaacutenico con el NM inorgaacutenico puede
realizarse empleando 3 rutas tal como se muestra en la Figura 2
(a) (b) (c)
Figura 2 Esquemas de asociacioacuten componente orgaacutenico en soportes soacutelidos (a)
Adsorcioacuten (b) Adsorcioacuten por formacioacuten de pares ioacutenicos y (c) Anclaje por enlace
covalente
La asociacioacuten por formacioacuten de enlaces covalentes ha sido la teacutecnica maacutes
prometedora y puede llevarse a cabo gracias al uso de moleacuteculas intermediarias
denominadas agentes de acople los cuales son capaces de modificar la superficie
de un soacutelido inorgaacutenico y a su vez unirse covalentemente al estabilizante a traveacutes
de una funcioacuten orgaacutenica reactiva Algunos agentes de acople (AAC) se pueden
clasificar en cuatro grupos aacutecidos carboxiacutelicos poliacutemeros silanos y moleacuteculas
organofosforadas Los AAC del tipo silano son los maacutes utilizadas en los NM
inorgaacutenicos la formula general de este tipo AAC muestra dos clases de
funcionalidades (R1-(CH2)n-Si-(R2)3) Los grupos R1 representan al grupo orgaacutenico
funcional como NH2 SH epoxi metacrilato etc y los grupos R2 representan a un
grupo funcional hidrolizable tal como OCH3 OCH2CH3 o Cl [40 41]
7
Debido a que la superficie de NM inorgaacutenicos de tipo oacutexido poseen grupos
hidroxilos (-OH) eacutestos se utilizan como sitios de reaccioacuten para el proceso de
anclaje El proceso de acoplamiento se logra a traveacutes de la reaccioacuten quiacutemica
entre los grupos trialcoacutexido del AAC y los grupos hidroxilos superficiales del NM
inorgaacutenico [41] tal como se muestra en el esquema de la Figura 3
Figura 3 Esquema de anclaje del AAC en el soporte [42]
Dependiendo de la naturaleza de la moleacutecula orgaacutenica a anclar hay dos formas de
incorporarla en la superficie del soporte anclaje de AAC en la superficie del NM y
posterior reaccioacuten con la moleacutecula de intereacutes o reaccioacuten previa entre moleacutecula y
AAC para realizar el posterior anclaje en la superficie del NM
En este contexto se ha propuesto que la utilizacioacuten de sistemas
nanotransportadores hiacutebridos podriacutean mejoran las variadas limitaciones que
presentan la mayoriacutea de los sistemas nanotransportadores basados en materiales
inorgaacutenicos con baja capacidad de adsorcioacuten Algunos sistemas hiacutebridos
8
propuestos para la adsorcioacuten de faacutermacos han sido nanopartiacuteculas de siacutelice
funcionalizadas con poliacutemeros que contienen guanidina donde se ha estudiado el
comportamiento de carga y liberacioacuten de doxorrubicina y sulfasalazina [22]
nanopartiacuteculas de ZnO-poli(N-isopropilacrilamida) en las cuales se ha estudiado la
liberacioacuten del faacutermaco doxorrubicina en ceacutelulas tumorales [43] nanotubos de
carbono-dendriacutemero los cuales han permitido el aumento significativo de la
solubilidad del faacutermaco carvedilol [44] nanotubos de TiO2 y Al2O3 acoplados a
dendriacutemeros PAMAM cuyo objetivo es combinar las propiedades de adsorcioacuten y
liberacioacuten de metotrexato silibinina y curcumina [13 14]
12 Dendriacutemeros
En el uacuteltimo tiempo ha habido un creciente intereacutes en el uso de macromoleacuteculas
sinteacuteticas en base a poliacutemeros de masa molar controlada y estructura quiacutemica
definida como vectores en la administracioacuten controlada de faacutermacos y otras
aplicaciones terapeacuteuticas o de diagnoacutestico donde se destacan los dendriacutemeros
[45] Los dendriacutemeros son una clase de macromoleacuteculas polimeacutericas de forma
globular altamente ramificadas y monodispersas que constan de un nuacutecleo
central a partir del cual se originan una serie de ramificaciones La palabra
dendriacutemero deriva del teacutermino griego dendron que significa aacuterbol y meros es
decir parte La estructura de un dendriacutemero incluye tres partes un nuacutecleo central
unidades ramificadas y grupos superficiales Las unidades ramificadas estaacuten
dispuestas en capas denominadas generaciones (G) y la zona de la cual emergen
estas ramificaciones se conoce como nodo [23] tal como se muestra en la Figura
4 El tamantildeo de los dendriacutemeros variacutea entre 10-130 Aring de diaacutemetro dependiendo
de la generacioacuten del dendriacutemero [45-47] A pesar de su gran tamantildeo molecular
muestran una muy baja polidispersidad en comparacioacuten con los poliacutemeros
sinteacuteticos tradicionales [48]
La principal ventaja de los dendriacutemeros es que de acuerdo a su estructura
quiacutemica poseen cavidades hidrofoacutebicas caraacutecter que se acentuacutea a medida que
9
crece la generacioacuten del dendriacutemero Esta propiedad favorece la adsorcioacuten de
faacutermacos poco solubles en su interior destacaacutendolos como agentes de transporte
para faacutermacos poco solubles [49-52]
Figura 4 Esquema general de la estructura de un dendriacutemero
Fuente Elaboracioacuten propia
Por otra parte estos nanotransportadores poseen en su superficie un nuacutemero
definido de grupos funcionales (amino carboxilo hidroxilo etc) los que le
confieren una gran versatilidad ya que no soacutelo poseen capacidad para la
adsorcioacuten de faacutermacos en la cavidad interna de la macromoleacutecula sino que al
mismo tiempo los grupos funcionales superficiales permiten realizar
modificaciones brindaacutendoles una alta capacidad de vectorizacioacuten [17 53]
Los dendriacutemeros poliamidoaminas (PAMAM) fueron la primera familia de
dendriacutemeros sintetizados y caracterizados [54] siendo uno materiales de mayor
intereacutes en estudios de nanotransportadores en relacioacuten a su biocompatibilidad Los
dendriacutemeros PAMAM estaacuten constituidos por un nuacutecleo de 12-etilendiamina y
ramificaciones de poliamidoamina [48] En solucioacuten acuosa estos poliacutemeros se
comportan como polielectrolitos ya que las aminas terciarias presente en la
cavidad interna (pKa 30 ndash 60) y las aminas primarias superficiales del dendriacutemero
Nuacutecleo
Ramas
Punto divergente
Grupos funcionales
superficiales
10
(pKa 94 ndash 97) pueden ser protonadas a diferentes pH [13 51] lo cual conlleva a
un cambio en la conformacioacuten tamantildeo y carga del dendriacutemero Los dendriacutemeros
PAMAM estaacuten disponibles comercialmente hasta la deacutecima generacioacuten (G10) Los
de baja generacioacuten (G1-G3) son poco sensibles a los cambios frente a variaciones
de pH poseen conformaciones abiertas [55] y cavidades internas que permiten la
encapsulacioacuten de faacutermacos hidroacutefobos mientras que los grupos superficiales
estaacuten disponibles para interacciones electrostaacuteticas o conjugacioacuten covalente En la
Figura 5 se observa un dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten (G3)
Figura 5 Dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten (G3) Fuente Elaboracioacuten
propia
En la Tabla 1 se puede observar algunas propiedades de los PAMAM A medida
que aumenta la generacioacuten del dendriacutemero hay un aumento progresivo de su
11
tamantildeo (aprox 10 nm en cada generacioacuten) y como consecuencia se observa un
incremento exponencial en el nuacutemero de grupos aminos superficiales
Los dendriacutemeros PAMAM han demostrado ser efectivos como
nanotransportadores de faacutermacos pues poseen baja citotoxicidad son
biodegradables y no inmunogeacutenicos por lo menos hasta la generacioacuten 5 [56 57]
Tabla 1 Impacto en la masa molecular y en el tamantildeo de los dendriacutemeros
PAMAM seguacuten crece la generacioacuten [48]
Dendriacutemeros
PAMAM
generacioacuten
Masa molecular
(kDa)
Diaacutemetro en
nanoacutemetros (nm)
Nuacutemero de
grupos en
superficie
0 0517 15 4
1 1430 22 8
2 3256 29 16
3 6909 36 32
4 14215 45 64
5 28826 54 128
6 58048 67 256
7 116493 81 512
8 233383 97 1024
9 467162 114 2048
10 934720 135 4096
Algunos ejemplos reportados en bibliografiacutea han demostrado el aumento de la
solubilidad de algunos faacutermacos poco solubles en medio acuoso como nifedipina
adsorbida en PAMAM-G3 y PAMAM-G4 [58] aacutecido mefenaacutemico adsorbida en
PAMAM-G2 y PAMAM-G3 [51] piroxicam en PAMAM-G3 [59] metotrexato y
adriamicina en complejos PAMAM-G3-pegilado y PAMAM-G4-pegilado [60] entre
otros
12
La principal aplicacioacuten de los PAMAM como nanotransportadores ha sido en la
adsorcioacuten y liberacioacuten de faacutermacos antineoplaacutesicos [61] Lamentablemente los
sistemas PAMAM no muestran especificidad como para considerarlos potenciales
candidatos para terapias dirigidas en el tratamiento de enfermedades sin ser
previamente vectorizados Es por esto que la investigacioacuten que se ha desarrollado
en los uacuteltimos 10 antildeos ha estado focalizada en la siacutentesis de nanotransportadores
PAMAM modificados con algunas moleacuteculas capaces de conferirle especificidad
en orden a aumentar la liberacioacuten de los faacutermacos adsorbidos en la zona donde se
encuentran los receptores farmacoloacutegicos para asiacute disminuir al miacutenimo su
concentracioacuten en otras zonas del organismo [62 63] Ademaacutes variados estudios
han mostrado que los dendriacutemeros PAMAM poseen una limitada capacidad de
adsorcioacuten de faacutermacos soacutelo de unos cuantos miligramos de faacutermaco por gramo de
dendriacutemero Esto unido a la raacutepida liberacioacuten de las moleacuteculas de faacutermacos bajo
condiciones fisioloacutegicas impone el desarrollo de nuevas estrategias para el disentildeo
de nanotransportadores de faacutermacos en base a dendriacutemeros PAMAM
13 Nanomateriales hiacutebridos oacutexido inorgaacutenicoPAMAM
Dada la capacidad de adsorber faacutermacos del sistema PAMAM y su habilidad de
poder sufrir modificaciones en sus grupos aminos superficiales es que se ha
considerado como un componente que mejorariacutea la capacidad de adsorcioacuten de
faacutermacos poco solubles en sistemas inorgaacutenicos De acuerdo a la experiencia del
grupo de investigacioacuten se sabe que la preparacioacuten de nanotransportadores
hiacutebridos en base a nanotubos de TiO2 y Al2O3 acoplados con dendriacutemeros
PAMAM G3 han demostrado un incremento en la capacidad de adsorcioacuten de
faacutermacos poco solubles como metotrexato silibinina y curcumina [13 14]
En base a las evidencias previas reportadas en relacioacuten al empleo de materiales
hiacutebridos en base a nanotubos de oacutexidos inorgaacutenicos acoplados a dendriacutemeros
PAMAM y las caracteriacutesticas de NM del tipo NT-Fe3O4 es que se ha propuesto la
siacutentesis caracterizacioacuten y evaluacioacuten de la capacidad de adsorcioacuten de faacutermacos
13
de materiales en base a NT-Fe3O4 acoplados a PAMAM G3 los que podriacutean
constituir sistemas con una capacidad de adsorcioacuten superior respecto del NT-
Fe3O4 ademaacutes de exhibir propiedades para- o superpara-magneacuteticas que le
confeririacutean la capacidad de ser magneto-dirigido a los sitios de accioacuten Se espera
realizar la inmovilizacioacuten por medio de la unioacuten covalente entre el NT-Fe3O4 y
PAMAM mediada por un agente de acople de tipo 3-glicidoxipropil-trimetoxisilano
(GPTMS) Los estudios de adsorcioacuten se hicieron con dos faacutermacos poco solubles
como modelos silibinina (SIL) y piroxicam (PRX) empleando como adsorbentes
NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM G3
14
2 HIPOacuteTESIS
La inmovilizacioacuten covalente del dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten en un
NT magneacutetico en base a Fe3O4 permitiraacute adsorber efectivamente faacutermacos que
poseen baja solubilidad en agua
3 OBJETIVOS
31 OBJETIVO GENERAL
Sintetizar un nanotransportador hiacutebrido Fe3O4-PAMAM (G3) con la capacidad de
adsorber faacutermacos con baja solubilidad en agua
32 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
Sintetizar y caracterizar una nanoestructura magneacutetica basada en nanotubos
de Fe3O4 obtenidos por una reduccioacuten de nanotubos Fe2O3
Funcionalizar la nanoestructura magneacutetica con agente de acople por medio de
enlaces covalentes
Obtener un nanomaterial hiacutebrido basado en la inmovilizacioacuten covalente del
dendriacutemero PAMAM en la nanoestructura magneacutetica funcionalizada
Estudiar la adsorcioacuten de los faacutermacos piroxicam y silibinina en el nanomaterial
hiacutebrido
15
4 PARTE EXPERIMENTAL
41 Siacutentesis de los nanotransportadores
411 Siacutentesis de nanotubos de magnetita (Fe3O4)
Para la obtencioacuten de estos nanotubos magneacuteticos primero se realizoacute la siacutentesis de
nanotubos de hematita (α-Fe2O3) como precursor de forma los que fueron
obtenidos por tratamiento hidrotermal de una mezcla de disoluciones de
FeCl36H2O (JTBakerreg) NH4H2PO4 (Sigma-Aldrichreg) y Na2SO4 (Merckreg) de
acuerdo al trabajo reportado por Jia y colaboradores [34] Las relaciones molares
empleadas de la sal precursora y los agentes directores de estructura fueron
FeCl3NH4H2PO4Na2SO4 36121 las que se prepararon en agua desionizada y se
llevaron a un autoclave de 100 mL de capacidad La mezcla se calentoacute a 220degC
durante 48h El precipitado obtenido se separoacute por centrifugacioacuten y se lavoacute tres
veces con agua desionizada y etanol absoluto (Merckreg) respectivamente Despueacutes
el soacutelido se secoacute en una estufa a vaciacuteo por 12h a 80degC para obtener los nanotubos
de Fe2O3 Finalmente los NT-Fe3O4 fueron obtenidos por reduccioacuten de los NT-
Fe2O3 a 360degC bajo flujo continuo de H2 5vv en Ar durante 5h en una rampa de
calentamiento de 1degCmin El rendimiento de la siacutentesis fue de un 91
412 Funcionalizacioacuten de NT-Fe3O4 con el agente de acople
3-glicidoxipropil-trimetoxisilano
Los NT-Fe3O4 se dispersaron en tolueno (Merckreg) seco el cual fue previamente
desgasificado con N2 por 1h en un reactor de vidrio provisto de agitacioacuten mecaacutenica
y atmoacutesfera controlada (ver Figura 6) Al tolueno se agregoacute 1 g de NT- Fe3O4
formando una dispersioacuten negra la que se calentoacute hasta alcanzar la temperatura de
ebullicioacuten Una vez alcanzada la temperatura deseada se inyectoacute el agente de
acople 3-glicidoxipropil-trimetoxisilano (GPTMS 98 Aldrichreg) en relacioacuten 1 mL
GPTMS por 1 g de soporte [13 14] La reaccioacuten se mantuvo a reflujo por 24h Una
16
vez obtenido NT-Fe3O4-GPTMS se lavoacute con acetona (Merckreg) para eliminar el
exceso de GPTMS y se secoacute en estufa a vaciacuteo por 12h a 40degC El rendimiento de
la reaccioacuten acople se determinoacute por medio de anaacutelisis termogravimeacutetrico el cual se
adjunta en la seccioacuten 512
Figura 6 Sistema de reaccioacuten para realizar las modificaciones superficiales de NT-
Fe3O4 Fuente Elaboracioacuten propia
413 Acoplamiento de NT-Fe3O4-GPTMS con dendriacutemero PAMAM
En un reactor de vidrio provisto de agitacioacuten mecaacutenica (Figura 6) se agregaron
050 g de NT-Fe3O4-GPTMS con 25 mL de dimetilsulfoacutexido (DMSO Merckreg) seco
generaacutendose una dispersioacuten negra que se agitoacute durante 1h en N2 a 40degC
Posteriormente se disolvioacute 863 mg de dendriacutemero PAMAM G3 (20 mm en
metanol Sigma-Aldrichreg) seco en 5 mL de DMSO seco y se agregoacute al sistema de
reaccioacuten el cual se mantuvo en agitacioacuten mecaacutenica y a 40degC por un periodo de
48h El material obtenido se lavoacute exhaustivamente con metanol (Merckreg) para
eliminar los restos de DMSO y PAMAM adsorbidos Por uacuteltimo el soacutelido NT-Fe3O4-
PAMAM se secoacute al vaciacuteo a 40degC por un periodo de 24h El rendimiento de la
reaccioacuten conjugacioacuten se determinoacute por medio de anaacutelisis termogravimeacutetrico el cual
se adjunta en la seccioacuten 512
17
42 Caracterizacioacuten de los sistemas
421 Espectroscopia de Infrarrojo con Transformada de Fourier (FT-IR)
Un espectro IR se obtiene al pasar radiacioacuten IR a traveacutes de una muestra y
determinar que fraccioacuten de esta radiacioacuten incidente ha sido absorbida La energiacutea
particular a la que aparece cada banda en el espectro guarda relacioacuten con la
frecuencia de vibracioacuten de una parte de la moleacutecula Los espectros en la regioacuten
infrarroja estaacuten asociados a las transiciones entre niveles de energiacutea vibracional
estos niveles corresponden a vibraciones tensioacuten-contraccioacuten (stretching) y
flexiones (bending) de los enlaces y otros movimientos complejos de las moleacuteculas
[64] La regioacuten IR del espectro electromagneacutetico se encuentra entre 14290-10 cm-1
El intervalo que abarca la espectroscopia infrarroja puede dividirse en tres
regiones IR cercano (NIR) 14290-4000 cm-1 IR medio 4000-400 cm-1 IR lejano
400-10 cm-1 siendo en el IR medio donde se dan la mayoriacutea de las aplicaciones
analiacuteticas tradicionales
En los experimentos comunes de FT-IR un haz de luz infrarroja atraviesa la
muestra y se registra la cantidad de energiacutea absorbida a cada longitud de onda
Esto puede lograrse barriendo el espectro con un haz de luz monocromaacutetico el
cual cambia su longitud de onda a traveacutes del tiempo o usando una transformada de
Fourier para medir todas las longitudes de onda a la vez como se muestra en la
Figura 7 A partir de esto se obtiene un espectro de transmitancia o absorbancia
el cual permite una interpretacioacuten de la naturaleza de los enlaces quiacutemicos
presentes La teacutecnica de FTIR se ha utilizado para estudiar materiales de tamantildeo
nanoescala como moleacuteculas funcionales injertadas covalentemente en nanotubos
de carbono [65] y nanotubos de TiO2 acoplados a dendriacutemero PAMAM [13]
18
Figura 7 Esquema del equipamiento de un FT-IR Fuente Elaboracioacuten propia
Equipamiento
Los materiales puros e hiacutebridos se analizaron en el equipo Nicolet marca Nexus
FT-IR en la zona del IR medio usando como blanco pastilla KBr Para ello se
homogeneizoacute 1 mg de muestra en 100 mg KBr seguido por la obtencioacuten de la
pastilla en prensa hidraacuteulica por uacuteltimo se colocoacute en el portamuestra la pastilla y se
midioacute el espectro a temperatura ambiente barriendo nuacutemeros de onda en el
intervalo medio (4000-400 cm-1) y con un nuacutemero de acumulaciones de 64 scan
422 Difraccioacuten de Rayos X (DRX)
Los rayos X son una forma de radiacioacuten electromagneacutetica que tiene elevada
energiacutea y corta longitud de onda del orden de los espacios interatoacutemicos de los
soacutelidos Cuando un haz de rayos X atraviesa un soacutelido la radiacioacuten se dispersa al
interaccionar con los electrones de los aacutetomos En este caso cada capa de aacutetomos
reflejara parte del haz de rayos X los haces reflejados en las capas sucesivas de
aacutetomos del soacutelido pueden presentar ondas que en una determinada direccioacuten
concuerdan en fase con las ondas reflejadas por otras capas es decir se produce
una interferencia constructiva a este fenoacutemeno se le llama difraccioacuten de rayos X
19
La difraccioacuten de rayos X se puede describir simplemente como la reflexioacuten de un
haz de rayos X incide sobre los planos cristalinos de una muestra soacutelida
empleando la ley de Bragg tal como se muestra en la Figura 8 [64]
Figura 8 Difraccioacuten de Rayos X producida por los diferentes planos de un cristal
Fuente Elaboracioacuten propia
La teacutecnica de difraccioacuten maacutes comuacuten utiliza una muestra pulverizada o policristalina
consistente en muchas partiacuteculas diminutas y orientadas al azar que se exponen a
una radiacioacuten de rayos X monocromaacutetica Como cada partiacutecula de polvo es un
cristal teniendo una gran cantidad de ellos orientados libremente se asegura que
algunas partiacuteculas esteacuten orientadas adecuadamente para que sus planos
cristalograacuteficos cumplan las condiciones para la difraccioacuten y de esta forma obtener
perfiles de difraccioacuten tiacutepicos de cada material
Equipamiento
En este estudio se utilizoacute el difractoacutemetro Rigaku modelo Geigerflex II empleando
el meacutetodo de polvo y usando como estaacutendar interno silicio (cuarzo) La muestra
previamente pulverizada se coloca en un porta objeto para ser irradiado con la
liacutenea κα1 del anticaacutetodo de Fe (λ 19360 Aring) a 35kV y 15mA usando un filtro de
manganeso para eliminar la liacutenea de κβ
20
423 Microscopiacutea Electroacutenica de Transmisioacuten (TEM)
La teacutecnica maacutes utilizada para la caracterizacioacuten de nanomateriales es la
microscopia electroacutenica de transmisioacuten (TEM) la que ofrece imaacutegenes directas de
los nanomateriales con una resolucioacuten espacial hasta el nivel de las dimensiones
atoacutemicas 10-9 m [66] El fundamento del TEM se basa en un haz de electrones que
manejados a traveacutes de lentes electromagneacuteticas se proyecta sobre una muestra
muy delgada situada en una columna de alto vaciacuteo Electrones que atraviesan la
muestran son recogidos y focalizados por la lente objetivo generando una imagen
intermedia ampliada La imagen es ampliada auacuten maacutes gracias a las lentes
proyectoras las cuales controlan la ampliacioacuten de la imagen en la pantalla
fluorescente como se muestra de forma esquemaacutetica en la Figura 9 [67] El TEM
mejora los anaacutelisis morfoloacutegicos y estructurales de nanomateriales ademaacutes
proporciona una mejor resolucioacuten espacial y la capacidad para mediciones
analiacuteticas adicionales [66]
Equipamiento
Las muestras analizadas fueron previamente tratadas tomando una pequentildea
porcioacuten del soacutelido el que se molioacute y disgregoacute en un mortero de aacutegata hasta obtener
un polvo fino Eacuteste se dispersoacute en una mezcla de etanolagua (50 vv) y se
sembroacute en una gradilla de cobre recubierta por una capa de carboacuten y colodioacuten Las
muestras fueron analizadas en un microscopio TEM modelo JEOL JEM -1200EX
II con una resolucioacuten de 5Aring a 120Kv las imaacutegenes obtenidas fueron trabajadas en
el software ImageJ donde se determinaron los diaacutemetros promedio y el largo
promedio de las partiacuteculas empleando la data estadiacutestica entregada directamente
por el software
21
Figura 9 Esquema de un microscopio electroacutenico de transmisioacuten Fuente
Elaboracioacuten propia
424 Microscopia Electroacutenica de Barrido (SEM)
La microscopia electroacutenica de barrido (SEM) es una teacutecnica que permite la
observacioacuten y caracterizacioacuten superficial de materiales inorgaacutenicos y orgaacutenicos
entregando informacioacuten morfoloacutegica del material analizado ademaacutes del
procesamiento y anaacutelisis de imaacutegenes obtenidas Las principales utilidades del
SEM son su alta resolucioacuten la gran profundidad de campo que resuelve una
imagen tridimensional de la muestra y la relativa sencillez de preparacioacuten de las
muestras [66 68] La imagen entregada por el SEM se genera por la interaccioacuten de
un haz de electrones que barre un aacuterea determinada sobre la superficie de la
muestra tal como se muestra la Figura 10 La teacutecnica consiste en hacer incidir en
la muestra un haz de electrones Este bombardeo de electrones provoca la
aparicioacuten de diferentes sentildeales que captadas con detectores adecuados
proporcionan informacioacuten acerca de la naturaleza de la muestra
22
Figura 10 Esquema de un microscopio electroacutenico de barrido Fuente Elaboracioacuten
propia
Equipamiento
Las materiales se analizaron tomando 10 mg de muestra deposinatnadolos en un
porta objeto de aluminio y posteriormente fue analizado en microscopio SEM
modelo JEOL JSM-6380LV
425 Anaacutelisis Termogravimeacutetrico (TGA)
El anaacutelisis termogravimeacutetrico (TGA) es una teacutecnica que consiste en la medida
continua en funcioacuten de la temperatura de la ganancia o peacuterdida de la masa de un
compuesto en una atmoacutesfera determinada [69] Este anaacutelisis suministra
informacioacuten acerca de la estabilidad teacutermica y la composicioacuten porcentual de la
muestra original La instrumentacioacuten utilizada en termogravimetriacutea se denomina
termobalanza y consta baacutesicamente de cinco elementos balanza de precisioacuten
horno calefactor controlado por un programador sensor de temperatura (termopar)
sistema de admisioacuten de gases y sistema de adquisicioacuten de datos Las condiciones
requeridas para la balanza son anaacutelogas a cualquier balanza analiacutetica exactitud
sensibilidad y reproducibilidad
23
Equipamiento
Las muestras fueron llevadas a un analizador teacutermico modelo TGASDTA 851e
Los perfiles de descomposicioacuten teacutermica se barrieron entre 25-1000degC a una
velocidad de calentamiento de 5degC min-1 en un flujo de 20 mLmin-1 de N2 u O2
empleando un crisol de Al2O3
426 Isotermas de Adsorcioacuten-Desorcioacuten de N2 a -196degC
La caracterizacioacuten superficial de materiales porosos como oacutexidos metaacutelicos
zeolitas o poliacutemeros orgaacutenicos mediante isotermas de adsorcioacuten-desorcioacuten permite
determinar paraacutemetros tales como el aacuterea superficial el volumen y la distribucioacuten
del tamantildeo de poros [13 70] Cualquier material soacutelido que contiene cavidades
canales o intersticios puede ser considerado como poroso (Figura 11) Los poros
se pueden clasificar en cerrados y abiertos Los cerrados son aquellos que influyen
en propiedades macroscoacutepicas como densidad o resistencia mecaacutenica pero no
son accesibles a procesos de adsorcioacuten Los abiertos a su vez se pueden
clasificar seguacuten su forma o manera de conexioacuten con el exterior La rugosidad de la
superficie externa de la muestra se distingue de la porosidad en que su
profundidad es menor que su anchura
Figura 11 Representacioacuten esquemaacutetica de un soacutelido poroso [71]
24
La estructura porosa se analiza mediante isotermas de adsorcioacuten de gases Esta
consiste en la adsorcioacuten fiacutesica de un gas (adsorbato) sobre un soacutelido (adsorbente)
a una temperatura dada para distintas presiones relativas de gas
Los adsorbatos maacutes utilizados son el N2 CO2 CO NO benceno y algunos
hidrocarburos alifaacuteticos de cadena corta La adsorcioacuten de N2 a -196degC (77 K) es la
maacutes utilizada debido a que cubre todo el rango de porosidad e interacciona
deacutebilmente con la mayoriacutea de los soacutelidos Ademaacutes la misma isoterma puede ser
utilizada para el anaacutelisis del tamantildeo de poro y para superficie especifica empleando
una variedad de modelos El modelo maacutes usado es el de Brunauer-Emett-Teller
(BET) el cual se basa en dos hipoacutetesis principales a) la superficie del adsorbente
se supone uniforme y no porosa b) las moleacuteculas del gas se adsorben sobre la
superficie en capas sucesivas completas o no en equilibrio dinaacutemico entre siacute y
con las moleacuteculas del gas [72 73]
Equipamiento
Los valores de superficie especiacutefica se obtuvieron a partir de las isotermas de
adsorcioacuten de nitroacutegeno a -196degC realizados en un equipo automaacutetico Micromeritics
modelo ASAP 2010 en el rango de presioacuten relativa de 005-03 Se utilizoacute el meacutetodo
BET para calcular las superficies especiacuteficas utilizando la parte lineal del graacutefico de
acuerdo con las recomendaciones de la IUPAC El volumen de poro y las
distribuciones de tamantildeo de poro fueron calculados a partir de las ramas de
desorcioacuten de las isotermas utilizando el meacutetodo de Barret-Joyner-Halenda (BHJ)
427 Magnetizacioacuten del material
Cuando un material se expone a un campo magneacutetico el giro de sus electrones
producen un momento magneacutetico paralelo al campo al que estaacute expuesto esto es
en el material se ha inducido una magnetizacioacuten (M) que es proporcional al campo
magneacutetico externo (H)
25
En la Figura 12 se observa la curva de magnetizacioacuten de un material
ferromagneacutetico que corresponde a un graacutefico de la magnetizacioacuten (M) frente a un
campo aplicado (H) Inicialmente a medida que aumenta la intensidad del campo
aplicado H M tambieacuten aumenta hasta alcanzar el punto de saturacioacuten Ms
Entonces cuando la intensidad del campo H comienza a disminuir por debajo del
punto de saturacioacuten M no lo hace en la misma proporcioacuten que antes sino que a
valores correspondientes a la curva superior Esto comportamiento se conoce
como histeacuteresis y se produce porque los dominios magneacuteticos que se alinean con
un incremento del campo no vuelven a su orientacioacuten original si el campo es
menor Cuando el campo aplicado H regresa al valor cero el material aun
presenta magnetizacioacuten denominada magnetizacioacuten remanente Mr Para eliminar
la magnetizacioacuten remanente se debe aplicar un campo Hc en sentido contrario al
campo inicialmente aplicado conocido como campo coercitivo Si se continuacutea
aumentando el campo se produce otra saturacioacuten en direccioacuten contraria Si desde
esa posicioacuten se disminuye el campo aplicado se vuelve a repetir el mismo
comportamiento dando lugar auacuten ciclo de histeacuteresis [74]
Figura 12 Representacioacuten de curva de magnetizacioacuten para un material
ferromagneacutetico [74]
26
Los paraacutemetros Ms Mr y Hc obtenidos a partir de la curva de magnetizacioacuten
corresponden a propiedades intriacutensecas de un material aunque los uacuteltimos dos
paraacutemetros mencionados no solo depende del tipo del material sino ademaacutes del
tamantildeo y forma del material temperatura y defecto del material [75]
Con la finalidad de comparar el comportamiento magneacutetico de diferentes materiales
frente a un campo aplicado eacutestos se pueden clasificar en diamagneacutetico
paramagneacutetico ferromagneacutetico (Figura 12) ferrimagneacutetico superparamagneacutetico
antiferromagneacutetico El instrumento maacutes utilizado en los anaacutelisis de materiales
magneacuteticos es el magnetoacutemetro de muestra vibrante (VSM) disentildeado para la
medicioacuten de la magnetizacioacuten y del cual se obtiene el ciclo de histeacuteresis [76 77]
Equipamiento
Para las curvas de magnetizacioacuten se pesaron 10 mg de las muestras las que se
depositaron en caacutepsula de policarbonato Dicha caacutepsula fue llevada al portamuestra
del magnetoacutemetro de muestra vibrante (VSM) modelo MLVSM9 MagLab 9T Oxford
Instrument Todas las mediciones se realizaron a 17degC
428 Adsorcioacuten de Faacutermacos en Nanotubo Fe3O4 y en nanotransportador
hiacutebrido Fe3O4-PAMAM
Los ensayos se disentildearon para seguir la adsorcioacuten del faacutermaco en funcioacuten del
tiempo Para ello en un vaso de precipitado colocado sobre una placa agitadora
con control de temperatura se contactan 200 mL de una disolucioacuten acuosa de SIL
(005 mgmL) con 10 mg del nanotransportador dispersos en 2 mL de agua
desionizada y colocados en el interior de bolsa de diaacutelisis (Thermo Scientific
SnakeSkin Dialysis Tubing 10K MWCO 22mm) tal como se muestra
esquemaacuteticamente en la Figura 13 La cineacutetica de la adsorcioacuten se siguioacute por medio
de espectroscopia de UV-visible tomando aliacutecuotas de 10 mL y monitoreadas a
una longitud de onda de maacutexima absorcioacuten (λmaacutex) del faacutermaco (288 nm) cada una
hora empleando un espectrofotoacutemetro UV-VIS (UV2310IISpectrophotometer) hasta
27
que no se detecta variacioacuten en las lecturas absorbancia en funcioacuten
Figura 13 Esquema del sistema de adsorcioacuten de faacutermacos en los
nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
El mismo procedimiento fue empleado para evaluar la capacidad de encapsulacioacuten
de piroxicam (PRX) donde se empleoacute una concentracioacuten inicial de 001 mgmL y
las medidas de absorbancia se siguieron a λmaacutex = 350 nm Todas las medidas de
absorbancia se realizaron por triplicado y la cuantificacioacuten se realizoacute empleando las
respectivas curvas de calibracioacuten de cada faacutermaco Para ambos sistemas NT-
Fe3O4 y Fe3O4-PAMAM las medidas de encapsulacioacuten se realizaron por duplicado
28
5 DISCUSIOacuteN Y ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
51 Caracterizacioacuten de los nanomateriales
511 Espectroscopia de infrarrojo con transformada de Fourier
La caracterizacioacuten espectroscoacutepica por FT-IR entrega informacioacuten sobre los
grupos superficiales existente en una muestra En la Figura 14 se observa el
espectro de NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM En el caso de NT-Fe3O4 se observa
una banda a 574 cm-1 que corresponde al stretching del enlace de Fe-O de la
magnetita seguido por la banda ubicada entre 945-980 cm-1 asociada al bending
del enlace FendashOndashH atribuido a los grupos hidroxilos adsorbidos en la superficie de
NT-Fe3O4 El bending a 1628 cm-1 se asigna a la vibracioacuten de las moleacuteculas de
H2O fisisorbidas sobre la superficie de la magnetita [78] por uacuteltimo entre 3090-
3430 cm-1 se observa una banda ancha correspondiente al stretching de los
grupos FendashOH superficiales [79 80]
Figura 14 Espectro FT-IR de (a) NT-Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-PAMAM Fuente
Elaboracioacuten propia
29
El NT-Fe3O4-PAMAM tiene un espectro similar al NT-Fe3O4 pero se pueden
identificar la banda asociada al bending N-H de las aminas primarias del PAMAM
a 1541 cm-1 mientras que a 1638 cm-1 se observa una banda atribuida al grupo
carbonilo (C=O) de las amidas que componen ramas de crecimiento internas del
dendriacutemero Las bandas entre 2849-2912 cm-1 corresponden a los stretching de
los grupos metileno (-CH2-) presentes en el agente de acople GPTMS y en la
cadena alifaacutetica del dendriacutemero PAMAM [13 81] Por uacuteltimo la banda de vibracioacuten
atribuida de los grupos ndashNH2 terminales se solapa con la sentildeal de los grupos ndashOH
de la superficie del NT-Fe3O4 Con lo anterior se verifica la presencia del
dendriacutemero PAMAM y la superficie del NT-Fe3O4 utilizando como agente de
acople GPTMS
512 Anaacutelisis Termogravimeacutetrico
Por medio del estudio de TGA se ha podido determinar la cantidad de PAMAM
conjugada en el soacutelido NT-Fe3O4 En la Figura 15 se muestran las curvas de
peacuterdida de masa porcentual en funcioacuten de la temperatura para los tres sistemas
preparados En el caso de NT-Fe3O4 se observa una curva continua hasta
alrededor de los 200degC donde comienza la peacuterdida de materia que corresponde a
desorcioacuten de agua fuertemente fisisorbida en el material En una segunda etapa a
500degC se detecta la peacuterdida en masa atribuida a la oxidacioacuten de las especies Fe2+
a Fe3+ con la consecuente peacuterdida de agua [82 83]
2Fe3O4 (s) + 12O2 (g) rarr 3Fe2O3 (s)
Posterior a 650degC se detecta una continua peacuterdida de masa la que se asume
corresponde a la deshidroxilacioacuten de las especies Fe-OH remanentes de la
formacioacuten de Fe2O3 Cuando al material se le inmoviliza el agente de acople
GPTMS se observa un perfil de peacuterdida en masa diferente al material de partida
La temperatura de inicio es de alrededor de 250degC en la cual comienza la
combustioacuten de la materia orgaacutenica atribuida al anclaje del agente de acople en la
30
superficie de NT-Fe3O4 finalizando alrededor de los 430degC En la zona del
termograma que denota la oxidacioacuten de las especies Fe2+ a Fe3+ se observa un
desplazamiento a 550degC atribuido a la estabilizacioacuten superficial que le confieren
los enlaces Fe-O-Si que se han formado durante el proceso de anclaje [84 85]
Figura 15 Termogramas de los materiales realizados en atmoacutesfera de O2 (a) NT-
Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-GPTMS y (c) NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten
propia
La diferencia en las masas remanentes entre ambas curvas ha permitido estimar
la cantidad de GPTMS que se ha inmovilizado en NT-Fe3O4 el cual se resume en
la Tabla 2 Soacutelo se puede determinar un estimado por esta teacutecnica pues se sabe
que las especies Fe-O-Si presente en la muestra se pueden sustituir en la matriz
del NT-Fe3O4 durante el proceso produciendo la mineralizacioacuten del GPTMS
4(Fe-O)3Si(CH2)3-(CH2OCH2)(s) + 25O2(g) rarr 2(Fe-O)3Si-O-Si(O-Fe)3(s) +
20CO2(g) + 16H2O(g)
31
Lo que al mismo tiempo podriacutea provocar el desplazamiento de la oxidacioacuten de las
especies Fe2+ a temperaturas superiores
Tabla 2 Porcentaje de peacuterdida de masa y material acoplado GPTMS y PAMAM
(G3) al NT-Fe3O4 Fuente Elaboracioacuten propia
Por uacuteltimo para el material hiacutebrido NT-Fe3O4-PAMAM muestra un perfil de
peacuterdida de masa continua desde los 75degC en adelante atribuido a la desorcioacuten de
H2O fisisorbida la que se incrementa respecto de los materiales precursores
atribuidos a la alta capacidad de adsorber agua por parte del dendriacutemero
inmovilizado en superficie Por sobre los 250degC comienza una segunda etapa de
peacuterdida en masa la que corresponde a la calcinacioacuten de la materia orgaacutenica
conferida por GPTMS-PAMAM la que ocurre en dos etapas 1) combustioacuten de la
materia orgaacutenica alifaacutetica (250degC) y 2) a la combustioacuten asociada a los enlaces
amidas de la ramas de crecimiento de PAMAM (450degC) la que al mismo tiempo se
acopla con la oxidacioacuten de la especies Fe2+ del material inorgaacutenico Comparando
los resultados obtenidos para NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-GPTMS se puede estimar el
contenido de PAMAM conjugado a la nanoestructura lo cual se resume en la
Tabla 2 Con estos resultados se puede inferir que la reaccioacuten de inmovilizacioacuten ha
afectado el contenido en masa del material el que se puede atribuir a la
conjugacioacuten de PAMAM en los NT-Fe3O4
513 Isotermas de Adsorcioacuten-Desorcioacuten de N2 a -196degC
Las isotermas de adsorcioacutendesorcioacuten de N2 a -196degC de los materiales NT-Fe3O4
y NT-Fe3O4-PAMAM se presentan en la Figura 16 Ambas isotermas son del tipo
IV de acuerdo a la calificacioacuten BDDT tiacutepica de soacutelidos mesoporosos y con ciclo
de histeacuteresis tipo H1 [72 73] caracteriacutesticas de capilares de forma tubular con
Material () (μmolg) (μmolm2)
NT-Fe3O4-GPTMS 39 165 66
NT-Fe3O4-PAMAM 168 243 097
32
abertura en sus extremos En la Tabla 3 se resumen los valores de superficies
especiacuteficas (SBET) distribuciones de tamantildeo promedio de poro de los materiales
(dPoro) y volumen total (VPoro) mostrando que la funcionalizacioacuten con GPTMS
seguido por la inmovilizacioacuten con dendriacutemero PAMAM en la superficie del NT-
Fe3O4 provoca una disminucioacuten de los valores
Figura 16 Isoterma de adsorcioacutendesorcioacuten de N2 a -196degC para (a) NT-Fe3O4 y (b)
NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Lo anterior se debe a que el GPTMS y PAMAM producen el cubrimiento parcial
de la superficie del material tubular NT-Fe3O4 lo que lleva a que los poros se
cierren o tapen estrechando sus cavidades y haciendo que el proceso de
desorcioacuten ocurra a menores presiones relativas Lo descrito con anterioridad
concuerda con el cambio en el ciclo de histeacuteresis gracias a una disminucioacuten del
diaacutemetro promedio de poro o bien un aumento en el grosor de la pared del
material tubular Esto es una evidencia experimental de la modificacioacuten superficial
del nanotubo la que presumiblemente ocurre de forma preferente en la superficie
interna del material
33
Tabla 3 Superficie especiacutefica tamantildeo promedio de poro y volumen de poro
determinadas por las de BET y BJH [73 86] para los materiales en base a NT-
Fe3O4 sintetizados Fuente Elaboracioacuten propia
condiciones normales Presioacuten y temperatura
514 Difraccioacuten de Rayos X
En la Figura 17 se muestran los perfiles de DRX para de NT α-Fe2O3 NT-Fe3O4 y
NT-Fe3O4-PAMAM El primer material corresponde a NT α-Fe2O3 debido a la
siacutentesis previa de nanotubos de hematita precursor de los nanotubos de
magnetita Se observan las difracciones propias de la hematita la cual coincide
con su estructura hexagonal (JCDS 33-0664) [87-89] Ademaacutes en la figura 17 se
observa la desaparicioacuten y aparicioacuten de picos desde el primer al segundo material
en este uacuteltimo aparecen los picos de la magnetita esto indica la reaccioacuten de
reduccioacuten de la hematita a magnetita con el consecuente cambio estructural
Los materiales NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM se detectan las difracciones tiacutepicas
para Fe3O4 con estructura cristalina del tipo magnetita la cual corresponde a una
estructura cuacutebica centrada en la cara de tipo espinela (AB2O4) inversa (JCPDS 19-
0629) [29 79 80] La modificacioacuten superficial con agente de acople seguido por el
acoplamiento con dendriacutemero PAMAM no provoca cambios en la estructura
cristalina del material NT-Fe3O4
Material SBET
(m2g-1)
dPoro
(nm)
VPoro
(cm3g-1)
NT-Fe3O4 59 33 01
NT-Fe3O4-PAMAM 25 19 005
34
Figura 17 Difractograma de rayos X para (a) NT α-Fe2O3 (b) NT-Fe3O4 y (c) NT-
Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
515 Microscopiacutea Electroacutenica de Barrido y Transmisioacuten
La estructura tubular de estos materiales se siguioacute por medio de microscopiacutea
electroacutenica de barrido y transmisioacuten En relacioacuten a la morfologiacutea superficial se
puede observar en la Figura 18 que en ambos materiales muestran la forma tiacutepica
de materiales nanotubulares huecos lo cual ratifica los resultados en la forma de
los ciclos de histeacuteresis observados en la caracterizacioacuten por isotermas de
adsorcioacuten de N2 a -196degC (Figura 16) En relacioacuten a la modificacioacuten superficial del
material NT-Fe3O4 con GPTMS y PAMAM se mantiene la morfologiacutea del material
inorgaacutenico en acuerdo con la caracterizacioacuten por DRX
35
Figura 18 Imaacutegenes de SEM de los materiales (a) NT-Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-
PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Para poder determinar de forma directa los tamantildeos partiacutecula longitud y diaacutemetro
de NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM se ha realizado la caracterizacioacuten por TEM y
sus respectivas micrografiacuteas se muestran en la Figura 19 Al igual que en el caso
de SEM se observan nanoestructuras que muestran una morfologiacutea definida de
tipo tubular con una cavidad regular abierta en sus extremos
A traveacutes del conteo de los nanotubos y la medicioacuten directa de sus tamantildeos se han
determinado las curvas de distribucioacuten para el largo y diaacutemetro externo de los
nanotubos tal como se muestra en la Figura 19 Los valores promedio del largo
fueron del orden de 280 y 286 nm y los diaacutemetros externos fueron 151 y 159 nm
para NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM respectivamente Al comparar las imaacutegenes y
sus correspondientes dimensiones obtenidas se puede observar que la
morfologiacutea del material no se ve afectada al modificar la superficie del NT-Fe3O4
durante el proceso de conjugacioacuten con el dendriacutemero PAMAM
(b) (a)
36
Figura 19 Micrografiacuteas de TEM de NT-Fe3O4 (a b) NT-Fe3O4-PAMAM (e f) y las
curvas de distribucioacuten del largo (c g) y diaacutemetro externo (d h) para ambos NT-
Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM respectivamente Fuente Elaboracioacuten propia
(a) (b)
(h) (g)
(f) (e)
(d) (c)
37
516 Propiedades magneacuteticas
Las propiedades magneacuteticas de NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM fueron estudiadas
por medio de un anaacutelisis VSM y las curvas de magnetizacioacuten se muestran en la
Figura 20 dando como resultado para ambos materiales la propiedad
ferrimagneacutetica Aquello se debe a que la foacutermula de la magnetita Fe3O4 puede
escribirse en la forma Fe3+[Fe2+Fe3+]O4 seguacuten la foacutermula general AB2O4 de tipo
espinela inversa Donde la mitad de los cationes Fe3+ ocupan sitios tetraeacutedricos
mientras que la otra mitad de Fe3+ y los cationes Fe2+ ocupan los sitios
octaeacutedricos Los cationes de Fe3+ se distribuyen por tanto en dos posiciones
diferentes en la estructura pero con direcciones opuestas de espiacuten magneacutetico por
lo tanto los momentos magneacuteticos de los cationes Fe3+ se anulan entre siacute
mientras que los momentos magneacuteticos de los cationes Fe2+ que posee espiacuten de
menor magnitud comparado con Fe3+ son los responsables del momento
magneacutetico neto en la magnetita [27 77 90] De la graacutefica de la Figura 20 se
observa que el ciclo de magnetizacioacuten muestra un ciclo de histeacuteresis de similares
caracteriacutesticas Este resultado permite suponer que la modificacioacuten con el agente
de acople GPTMS y posterior anclaje de PAMAM no perturboacute las propiedades
magneacuteticas del soporte durante la siacutentesis De la Figura 20 se pueden extraer el
valor de la magnetizacioacuten remanente (Mr) y coercitividad (Hc) en ausencia del
campo aplicado y el valor de magnetizacioacuten de saturacioacuten (Ms) los cuales se
resumen en la Tabla 4
Tabla 4 Resumen de paraacutemetros magneacuteticos para los materiales preparados a
17degC Fuente Elaboracioacuten propia
Material Ms
(emug)
Mr
(emug)
Hc
(Oe)
Fe3O4 bulk 92 - lt 100
NT-Fe3O4 67 16 249
NT-Fe3O4-PAMAM 58 10 240
38
Los valores de Ms que se encuentran en los materiales nanoestructurados son
generalmente maacutes pequentildeos que la magnetita bulk lo cual puede ser atribuido al
aumento de efectos superficiales y a la presencia de dendriacutemero PAMAM A su
vez se han reportado valores experimentales para Ms en nanopartiacuteculas de
magnetita que abarcan entre 30-50 emug inferior al valor del mineral magnetita
90 emug [39 91-93] Por el contrario los valores de Hc encontrados para ambas
nanoestructuras son mayores al ser comparado con la magnetita bulk debido a la
disminucioacuten del tamantildeo de partiacutecula
39
Figura 20 Curva de magnetizacioacuten obtenida para NT-Fe3O4 (a b) y NT-Fe3O4-
PAMAM (c d) utilizando un magnetoacutemetro de muestra vibrante (VSM) a 17degC
Fuente Elaboracioacuten propia
(a) (b)
(c) (d)
40
52 Estudios de la adsorcioacuten de Faacutermacos en Nanotubo Fe3O4 y en
nanotransportador hiacutebrido Fe3O4-PAMAM
521 Faacutermacos de intereacutes
Luego de la caracterizacioacuten de los materiales puro e hiacutebrido se procedioacute a realizar
en cada uno de ellos la adsorcioacuten de faacutermacos Esto con la finalidad de determinar
el tiempo y capacidad maacutexima de adsorcioacuten mediante estudios de cineacutetica de
adsorcioacuten
En esta investigacioacuten se ha decidioacute emplear dos clases de faacutermacos poco solubles
para estudiar la capacidad de adsorcioacuten de los nanotransportadores sintetizados
El piroxicam (PRX M 331348 gmol) es una clase de faacutermaco antiinflamatorio no
esteroidal perteneciente al grupo oxicam [94 95] como se observa en la Figura
21 (a) posee un grupo enoacutelico (pKa 18) y un grupo piridiacutenico (pKa 63) [96 97]
presenta propiedades analgeacutesicas antipireacuteticas a su vez alivia dolores para la
artritis reumatoide la artrosis y los siacutentomas de la dismenorrea [59]
(a) (b)
Figura 21 Estructuras de los faacutermacos de intereacutes (a) Piroxicam y (b) Silibinina
Fuente Elaboracioacuten propia
41
No obstante PRX provoca efectos secundarios principalmente uacutelceras gaacutestricas
ademaacutes es praacutecticamente insoluble en agua [98 99] Para reducir estos efectos
existen investigaciones que tienen relacioacuten con el transporte y liberacioacuten de
faacutermacos que pueden cargar eficazmente el faacutermaco para apuntar hacia el sitio de
accioacuten aumentando la eficacia terapeacuteutica y reducir al miacutenimo los efectos
secundarios donde sistemas de microesferas de albuacutemina de suero bovino han
sido utilizadas para la liberacioacuten piroxicam [100]
El otro faacutermaco de intereacutes estudiado es la silibinina (SIL M 48244 gmol) que es
un flavonoide polifenoacutelico natural que se aiacutesla de la planta de cardo de leche
Silybum marianum Posee cinco grupos hidroxilos un grupo carbonilo y tres
grupos fenilos tal como se muestra en la Figura 21 (b) Esta moleacutecula tiene varios
grupos ionizables con sus respectivos pKa1 70 pKa2 877 pKa3 957 pKa4
1166 [101] y ha sido ampliamente utilizada por sus efectos hepatoprotectores
Sin embargo la eficacia de silibinina como faacutermaco estaacute muy limitada debido a su
escasa solubilidad en agua y una baja biodisponibilidad despueacutes de su
administracioacuten oral A fin de superar los defectos de la silibinina libre muchos
enfoques se han adoptado como son los sistemas de entrega liposomal de
transporte lipiacutedicos nanoestructurados de complejo silibinina-fosfoliacutepido y
nanosuspensiones [102]
Es importante notar que los estudios de la cineacutetica de adsorcioacuten son
determinantes en teacuterminos de conocer coacutemo variacutea la concentracioacuten de faacutermaco
adsorbida en funcioacuten del tiempo para una proporcioacuten faacutermacoadsorbente dada La
cineacutetica de adsorcioacuten permite conocer el tiempo en que se realiza el proceso de
adsorcioacuten y ha de practicarse antes de la determinacioacuten de una isoterma de
adsorcioacuten Puesto que se trabaja con disolucioacuten se debe en cuenta los factores
que influyen en el proceso ya que el tiempo necesario para alcanzar el equilibrio
estaacute en funcioacuten de las caracteriacutesticas del adsorbente y del adsorbato de la
quiacutemica de la disolucioacuten de la temperatura y del pH La data de la cineacutetica de
adsorcioacuten de los faacutermacos en los nanotransportadores se ajustoacute a los modelos
42
cineacuteticos de pseudo-primer orden pseudo-segundo orden y cineacuteticas que
involucran quimisorcioacuten [103-106] para ambos nanotransportadores en presencia
de los faacutermacos PRX y SIL
De forma general se puede decir que el modelo de pseudo-primer orden o modelo
de Lagergren se basa en la suposicioacuten de que cada moleacutecula de adsorbato se
adsorbe en un sitio del adsorbente lo cual en teacuterminos de cineacutetica de reaccioacuten se
expresa como
(1)
y la forma integrada de esta ecuacioacuten queda definida como
(2)
donde la qe y qt (mgfarmgads) son la cantidad maacutexima de faacutermaco adsorbida una
vez alcanzado el equilibrio (trarr) y la cantidad de faacutermaco adsorbida al tiempo t
respectivamente y k1 (h-1) es la constante cineacutetica de pseudo-primer orden
Para el caso del modelo de pseudo-segundo orden o modelo de Ho desarrollado
por Ho y McKay [107] supone que el adsorbato se adsorbe en dos sitios activos
del adsorbente En este caso la ecuacioacuten de la cineacutetica de adsorcioacuten se expresa
como
(3)
y la forma integrada de esta ecuacioacuten queda definida como
(4)
43
donde k2 (gadsmgfarmmiddoth) es la constante cineacutetica de adsorcioacuten de pseudo-segundo
orden Es importante mencionar que ambos modelos cineacuteticos se basan en la
homogeneidad de la superficie del adsorbente y donde soacutelo se considera la
cantidad de sitios involucrados en el proceso Esto se puede interpretar en
teacuterminos cineacuteticos en que la energiacutea de activacioacuten asociada a la adsorcioacuten del
faacutermaco en la superficie es constante y uacutenica en todos los sitios del adsorbente
No obstante cuando la superficie es heterogeacutenea en los sitios de adsorcioacuten se
observa que los modelos propuestos pueden perder validez En estos casos se
prefiere emplear el modelo de Elovich de aplicacioacuten general en procesos de
quimisorcioacuten el cual supone que los sitios activos del adsorbente son
heterogeacuteneos y por ello exhiben diferentes energiacuteas de activacioacuten basaacutendose en
un mecanismo de reaccioacuten de segundo orden para un proceso de reaccioacuten
heterogeacutenea Este modelo ha mostrado resultados satisfactorios en la
identificacioacuten del mecanismo controlante en procesos de adsorcioacuten de un soluto
en fase liacutequida a partir de un soacutelido adsorbente [106 108] y queda descrito
matemaacuteticamente como
(5)
y la forma integrada de esta ecuacioacuten queda definida como
(5)
donde α (mgfarmgadsmiddoth) es la constante de velocidad inicial de adsorcioacuten y β estaacute
relacionado con la superficie cubierta y la energiacutea de activacioacuten por
quimiadsorcioacuten (mgfarmgads) denominada constante de velocidad de desorcioacuten
Finalmente debe considerarse tambieacuten alguna hipoacutetesis sobre el mecanismo de
difusioacuten de los faacutermacos al interior de la estructura de los nanotransportadores Un
modelo aceptado en la literatura es el de difusioacuten intraparticular en el interior de
44
los poros de la partiacutecula de adsorbente el que se basa en el transporte de soluto a
traveacutes de la estructura interna de los poros de adsorbente y la difusioacuten
propiamente dicha en el soacutelido lo que conlleva a asumir que el adsorbente posee
una estructura porosa homogeacutenea Weber y Morris (1963) concluyeron que en un
proceso controlado por la adsorcioacuten en los poros la velocidad inicial es
directamente proporcional a la concentracioacuten del soluto La difusioacuten intraparticular
se caracteriza por la dependencia entre la adsorcioacuten especiacutefica y la raiacutez cuadrada
del tiempo siendo la pendiente la velocidad de difusioacuten intraparticular
Con base en lo anterior la ecuacioacuten que define la difusioacuten intraparticular viene
dada por
(5)
Donde ki (mgfarmgadsmiddoth 12) es la constante de velocidad de difusioacuten intraparticular y
Ci entrega informacioacuten sobre el grosor de la capa de adsorbato [105] Esta
ecuacioacuten ha sido utilizada por diferentes investigadores para determinar si la
difusioacuten intraparticular es la etapa controlante de la dinaacutemica de adsorcioacuten de
especies ioacutenicas [109 110]
522 Adsorcioacuten de PRX
Las cineacuteticas de adsorcioacuten de ambos nanotransportadores para PRX se muestran
en la Figura 22 Para ellos se realizaron ajustes no lineales de la data
experimental y los valores obtenidos los cuales se reportan en la Tabla 5 Los
faacutermacos son moleacuteculas capaces de establecer interacciones supramoleculares
con nanomateriales las que dependeraacuten de los grupos funcionales que posean
del solvente en el cual se encuentran disueltos y el pH del medio Las
interacciones supramoleculares maacutes frecuentes son las electrostaacuteticas enlaces de
hidroacutegeno van der Waals e hidrofoacutebicas [111 112]
45
En el caso de lo nanotransportadores empleados en este estudio se observa que
ambos materiales adsorben PRX y los datos experimentales se ajustan a una
cineacutetica de pseudo-primer orden Se ha elegido este modelo pues las funciones
estadiacutesticas de coeficiente de correlacioacuten (R2) y el test de chi-cuadrado (χ2) el cual
es una prueba de hipoacutetesis que compara la distribucioacuten observada de los datos
con una distribucioacuten esperada de los datos Ambos caacutelculos se realizaron
mediante empleando el software Origin Pro 80 mediante la funcioacuten de anaacutelisis no
lineal donde se ajustaron los tres modelos estudiados
Figura 22 Cineacutetica y ajustes de modelos cineacuteticos de adsorcioacuten para PRX en los
nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Figura 23 Esquema propuesto para la adsorcioacuten de PRX en los sistemas
sintetizados (A) Fe3O4-NT y (B) Fe3O4-NT-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Sistema aislado Sistema en disolucioacuten
Sistema aislado Sistema en disolucioacuten
46
Tabla 5 Modelos cineacuteticos para la adsorcioacuten de PRX en los adsorbentes NT-
Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
qe exp (mgPRXgads) 391 487
Pseudo primer-orden (Modelo de Lagergren)
qe (mgPRXgads) 413 488
k1 (h-1) 0038 0079
R2 09964 09911
χ2 0817 287
Pseudo segundo-orden (Modelo de Ho)
qe (mgPRXgads) 539 566
k2 (gAdsmgPRXmiddoth) 649x10-4 168x10-3
R2 09921 09935
χ2 179 210
Quimisoricioacuten (Modelo de Elovich)
α (mgPRXgadsmiddoth) 595 1629
β (mgPRXg) 0100 0097
R2 09501 09613
χ2 1030 1085
Cabe mencionar que de acuerdo a los reportes Rozou y col [96] el faacutermaco PRX
al pH de adsorcioacuten se encuentra en su forma zwitterioacutenica El Fe3O4 es un material
inorgaacutenico que muestra un pI de 68 [113] A las condiciones de adsorcioacuten
estudiadas el pH del agua fue de 60 luego la superficie del NT-Fe3O4 se
encuentra cargada de forma positiva esperaacutendose que la interaccioacuten del faacutermaco
con el adsorbente sea mediada por interacciones electroestaacuteticas tal como se
muestra en el esquema de la Figura 23
Con la incorporacioacuten del PAMAM a la fase inorgaacutenica se observa un incremento
de un 25 en la capacidad de adsorcioacuten de PRX Esto se puede interpretar en
47
teacuterminos moleculares haciendo la aproximacioacuten de los moles disponibles de
PAMAM en funcioacuten de la cantidad adsorbida en comparacioacuten a NT-Fe3O4 sin
modificar Desde la Tabla 2 se sabe que hay una cantidad de 243 micromol de
PAMAM por gramo de adsorbente debido a que el incremento en la adsorcioacuten
fueron 96 mg de PRX (o 290 micromol de PRX) se puede asumir una estequiometriacutea
PRXPAMAM = 119 De acuerdo a reportes previos publicados por nuestro grupo
de investigacioacuten se sabe que PRX a pH 70 se adsorbe efectivamente en la
estructura PAMAM alcanzando una estequiometriacutea PRXPAMAM = 23 [59] En
este caso pH 60 no hay cambios significativos en la estructura del faacutermaco ni
en la del dendriacutemero por lo que deberiacutea haberse esperado un incremento
significativo de la adsorcioacuten de PRX en relacioacuten al nanotransportador NT-Fe3O4
Sin embargo este efecto no fue observado en el nanotubo hiacutebrido funcionalizado
con PAMAM Con estos resultados se puede asumir que la afinidad del PRX
mucho mayor por la adsorcioacuten en el material inorgaacutenico que por la adsorcioacuten en
los bolsillos de la cavidades internas del PAMAM
En relacioacuten a los resultados cineacuteticos se observa un aumento en la pseudo-
constante cineacutetica de adsorcioacuten siendo k1(NT-Fe3O4) lt k1(NT-Fe3O4-PAMAM) Para poder
interpretar el fenoacutemeno en forma mecaniacutestica la data experimental se ha ajustado
al modelo de difusioacuten intrapartiacutecula de Weber-Morris el que se muestra en la
Figura 24 En esta figura se puede observar tres segmentos lineales lo cual indica
que el proceso de adsorcioacuten de PRX en los nanotubos procede en tres etapas
para ambos sistemas Una situacioacuten similar ha sido observada en el caso de la
cineacutetica de adsorcioacuten de cefalosporina en micropartiacuteculas polimeacutericas por Cigu y
colaboradores quienes han descritos las diferentes etapas de la siguiente
forma[105]
a) Adsorcioacuten del adsorbato en la superficie del adsorbente
b) Difusioacuten intrapartiacutecula desde la zona externa a la superficie del adsorbente
c) Equilibrio de adsorcioacuten donde quedan muy pocos sitios disponibles para la
adsorcioacuten
48
Figura 24 Graacutefico de adsorcioacuten de PRX en los nanotransportadores sintetizados
considerando un modelo de difusioacuten intrapartiacutecula en tres etapas Fuente
Elaboracioacuten propia
Ambos sistemas muestran el mismo perfil de difusioacuten intrapartiacutecula y los valores
de las constantes de velocidad para las etapas (a) y (b) presentan valores
relativamente bajos aunque difieren levemente tal como se resume en la Tabla 6
En el caso de NT-Fe3O4 se observa que la etapa limitante corresponde a la
adsorcioacuten de PRX en la superficie del nanomaterial a diferencia de NT-Fe3O4-
PAMAM donde se observa que la etapa limitante es la difusioacuten intrapartiacutecula Esta
diferencia se puede explicar debido a que PAMAM posee grupos ndashNH2
superficiales que al pH de adsorcioacuten estaacuten protonados (ver Figura 23) lo que
incrementa la carga eleacutectrica superficial del nanotransportador este hecho podriacutea
provocar un aumento en la velocidad inicial de adsorcioacuten de PRX si los efectos
electroestaacuteticos gobiernan la velocidad de reaccioacuten en esta etapa considerando
que el PRX presenta una estructura dipolar a pH 60 Sin embargo en la etapa
subsiguiente caracterizada por la adsorcioacuten gradual de PRX las moleacuteculas de
PAMAM unidas covalentes a la superficie de NT-Fe3O4 dificultan el proceso de
difusioacuten intrapartiacutecula provocando una caiacuteda en la constante k(b)
49
Tabla 6 Modelo de difusioacuten intra-partiacutecula para la adsorcioacuten de PRX en los
adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM considerando dos etapas
determinantes en la adsorcioacuten del faacutermaco y una tercera de equilibrio Fuente
Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
Modelo de difusioacuten intrapartiacutecula (Modelo de Weber-Morris)
k(a) (mgPRXgadsh12) 311 766
R(a)2 09879 09903
k(b) (mgPRXgadsh12) 683 409
R(b)2 09872 09944
523 Adsorcioacuten de SIL
En la Figura 25 se muestran las graacuteficas cineacuteticas para la adsorcioacuten de SIL en los
dos nanotransportadores sintetizados Las consideraciones de ajuste de los
modelos cineacuteticos se hicieron de la misma forma que para los estudios realizados
con PRX y los valores obtenidos se resumen en la Tabla 7
Figura 25 Cineacutetica y ajustes de modelos cineacuteticos de adsorcioacuten para SIL en los
nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
50
El comportamiento de los sistemas frente a la adsorcioacuten de SIL muestra la misma
tendencia que la observada en el caso de PRX Ambos nanomateriales adsorben
SIL y la capacidad maacutexima se ve incrementada por la presencia de PAMAM Sin
embargo en este caso ambos sistemas nanotransportadores presentan una gran
afinidad por el faacutermaco obtenieacutendose cargas maacuteximas superiores a 650 mg de
SIL por gramo de nanomaterial valores muy superiores a los obtenidos en el caso
de PRX
El faacutermaco SIL se encuentra como moleacutecula neutra al pH de adsorcioacuten (pKa1 70
pKa2 877 pKa3 957 pKa4 1166) Para la adsorcioacuten en NT-Fe3O4 se espera
que las fuerzas que estaacuten predominando en la adsorcioacuten del faacutermaco sean del tipo
Van der Waals y enlace de hidroacutegeno entre los grupos funcionales de SIL y los
grupos hidroxilos de la NT-Fe3O4 Por otro lado las contribuciones hidrofoacutebicas
tambieacuten deberiacutean jugar un rol importante en la adsorcioacuten del faacutermaco en estos
nanomateriales especialmente en el sistema hiacutebrido NT-Fe3O4-PAMAM En el
caso del PAMAM estudios recientes realizados en nuestro grupo de investigacioacuten
han mostrado la gran afinidad que presenta el dendriacutemero por SIL y
experimentos NOESY han demostrado la adsorcioacuten de las moleacuteculas de SIL en las
cavidades internas del PAMAM
Asiacute para el material NT-Fe3O4-PAMAM se observa un incremento significativo de
la adsorcioacuten en relacioacuten al material inorgaacutenico En este caso el faacutermaco SIL
interacciona no solo con NT-Fe3O4 sino que tambieacuten con el dendriacutemero presente
Si se hace el caacutelculo entre la cantidad adsorbida de SIL en presencia de PAMAM
(1504 mg o 3117 micromol por gramo de adsorbente respectivamente) se obtiene
una relacioacuten molar de SILPAMAM = 128 Considerando esta evidencia puede
suponerse que el faacutermaco en el adsorbente NT-Fe3O4-PAMAM no soacutelo se adsorbe
en la superficie del oacutexido inorgaacutenico sino que tambieacuten se estaacute adsorbiendo en las
cavidades del PAMAM con estequiometriacuteas similares a las observadas para otros
faacutermacos insolubles previamente estudiados por nuestro grupo [51 59]
51
Tabla 7 Modelos cineacuteticos para la adsorcioacuten de SIL en los adsorbentes NT-Fe3O4
y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
qe exp (mgSILgads) 6750 8254
Pseudo primer-orden (Modelo de Lagergren)
qe (mgSILgads) 6853 8837
k1 (h-1) 0052 0062
R2 09975 09956
χ2 1656 4415
Pseudo segundo-orden (Modelo de Ho)
qe (mgSILgads) 8706 10233
k2 (gAdsmgSILmiddoth) 673x10-5 535x10-5
R2 09936 09954
χ2 4209 4576
Quimisorcioacuten (Modelo de Elovich)
α (mgSILgadsmiddoth) 1319 1956
β (mgSILg) 569x10-3 548x10-3
R2 09695 09510
χ2 18184 45945
En relacioacuten a los modelos de adsorcioacuten se observa que ambos sistemas se
ajustan mejor a cineacuteticas de pseudo-primer orden con respecto a la adsorcioacuten de
SIL con coeficientes de correlacioacuten y test de chi-cuadrado confiables para el
modelo Las constantes pseudo primer-orden son similares para ambos sistemas
k1(NT-Fe3O4) ~ k1(NT-Fe3O4-PAMAM) y del mismo orden de magnitud que las
determinadas en el caso de la adsorcioacuten de PRX En la Figura 25 se observa que
el maacuteximo de adsorcioacuten de SIL se alcanza a tiempos superiores a 50 horas para
ambos adsorbentes
52
Para entender de manera maacutes acabada la forma en que operan los fenoacutemenos
cineacuteticos de adsorcioacuten se ha realizado el ajuste de Weber-Morris para el modelo
de difusioacuten de intrapartiacutecula el que se muestra en la Figura 26 el cual nuevamente
revela un proceso de adsorcioacuten en tres etapas y los valores de las constantes de
velocidad para las etapas (a) y (b) presentan valores relativamente altos como se
resume en la Tabla 8
Figura 26 Graacutefico de adsorcioacuten de SIL en los nanotransportadores sintetizados
considerando un modelo de difusioacuten intrapartiacutecula en tres etapas Fuente
Elaboracioacuten propia
Considerando que a pH 60 el NT- Fe3O4 se encuentra en su forma protonada SIL
para adsorberse en la superficie del material deberaacute desplazar ese equilibrio para
ocupar un sitio de la superficie tal como se muestra en el siguiente esquema
Fe-OH + H2O [Fe-O-H-OH2]+
[Fe-O-H-OH2]+ + SIL [Fe-O-H-O-SIL] + H2O
Este equilibrio es el que determina la cineacutetica del proceso de adsorcioacuten en el caso
del adsorbente NT-Fe3O4 En el caso del nanotransportador hiacutebrido tambieacuten se
53
observa que la etapa de adsorcioacuten es la limitante de la velocidad del proceso
Comparando ambos sistemas se detecta que k(a)(NT-Fe3O4) ~ k(a)(NT-Fe3O4-PAMAM)
Esta diferencia se puede atribuir a la presencia del dendriacutemero PAMAM en el caso
del nanotransportador hiacutebrido En teacuterminos de naturaleza superficial se espera
que la asociacioacuten SIL-PAMAM incremente la velocidad del proceso con respecto al
nanotransportador inorgaacutenico
Tabla 8 Modelo de difusioacuten intra-partiacutecula para la adsorcioacuten de SIL en los
adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM considerando dos etapas
determinantes en la adsorcioacuten del faacutermaco y una tercera de equilibrio Fuente
Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
Modelo de difusioacuten intrapartiacutecula (Modelo de Weber-Morris)
k(a) (mgSILgadsh12) 577 885
R(a)2 09881 09935
k(b) (mgSILgadsh12) 1059 1135
R(b)2 09803 09828
54
6 CONCLUSIONES Y PERSPECTIVAS
Se logroacute sintetizar los nanotubos de magnetita NT-Fe3O4 obtenidos por la
reduccioacuten de los nanotubos de hematita α-Fe2O3 sintetizados a partir de
tratamiento hidrotermal Se verificoacute la estructura de la magnetita su forma tubular
y propiedades magneacuteticas a traveacutes de las teacutecnicas de caracterizacioacuten difraccioacuten de
rayos X microscopiacutea electroacutenica de transmisioacuten y medidas de susceptibilidad
magneacutetica respectivamente
El nanotubo inorgaacutenico obtenido sirvioacute de soporte para la conjugacioacuten de
dendriacutemero de poli-(amidoamina) de tercera generacioacuten el cual se logroacute inmovilizar
en la superficie de NT-Fe3O4 con un contenido del 16 en masa respecto del
material hiacutebrido El proceso de inmovilizacioacuten no perturboacute las propiedades del
soporte inorgaacutenico en relacioacuten a las propiedades magneacuteticas cristalinas o de
tamantildeo y forma
Los materiales obtenidos fueron capaces de actuar como adsorbentes de los
faacutermacos piroxicam y silibinina siendo eacuteste uacuteltimo quien mostroacute incrementar la
capacidad de adsorcioacuten en presencia de PAMAM Para ambos sistemas y
faacutermacos se determinaron las curvas cineacuteticas de adsorcioacuten donde se logroacute
determinar que independiente del faacutermaco ambos nanotransportadores muestran
ajustarse a cineacuteticas de pseudo-primer orden Finalmente la presencia de PAMAM
no soacutelo potencia la capacidad de adsorcioacuten en los faacutermacos testeados sino que
tambieacuten acelera la etapa de adsorcioacuten superficial con respecto a la determinada
para el adsorbente NT-Fe3O4 por medio del modelo de difusioacuten de Weber-Morris
Para el faacutermaco piroxicam se observoacute que la adsorcioacuten fue mediada
principalmente por interacciones del tipo electroestaacuteticas entre la forma
zwitterioacutenica de piroxicam y la superficie de los nanotransportadores La etapa
limitante de la cineacutetica adsorcioacuten para el caso de NT-Fe3O4 fue la adsorcioacuten
55
superficial y en el caso de NT-Fe3O4-PAMAM fue la etapa de difusioacuten
intrapartiacutecula
Finalmente para el faacutermaco silibinina se observoacute que la adsorcioacuten fue mediada
por las fuerzas de tipo Van der Waals y enlace de hidroacutegeno entre los grupos
funcionales de SIL y los grupos hidroxilos de NT-Fe3O4 Por otro lado las
contribuciones hidrofoacutebicas tambieacuten juegan un rol importante en la adsorcioacuten del
faacutermaco en estos nanomateriales especialmente en el sistema hiacutebrido NT-Fe3O4-
PAMAM Por uacuteltimo se determinoacute que la capacidad de adsorcioacuten se vio
directamente mejorada por la asociacioacuten PAMAM-SIL la que alcanzoacute una relacioacuten
molar SILPAMAM = 12 En ambos casos se observoacute que la etapa limitante de la
cineacutetica de adsorcioacuten fue la adsorcioacuten superficial de SIL en los adsorbentes
56
REFERENCIAS
[1] AZ Wilczewska K Niemirowicz KH Markiewicz H Car Pharmacological
Reports 64 (2012) 1020-1037
[2] S Parveen R Misra SK Sahoo Nanomedicine Nanotechnology Biology
and Medicine 8 (2012) 147-166
[3] V Grazu M Moros C Saacutenchez-Espinel MdlF Jesus V Grazu Frontiers
of Nanoscience Elsevier 2012 pp 337-440
[4] F Danhier O Feron V Preacuteat Journal of Controlled Release 148 (2010)
135-146
[5] A Wicki D Witzigmann V Balasubramanian J Huwyler Journal of
Controlled Release 200 (2015) 138-157
[6] JH Lee Y Yeo Chemical Engineering Science 125 (2015) 75-84
[7] S Manchun CR Dass P Sriamornsak Life Sciences 90 (2012
) 381-387
[8] JHE Arts M Hadi AM Keene R Kreiling D Lyon M Maier K Michel
T Petry UG Sauer D Warheit K Wiench R Landsiedel Regulatory Toxicology
and Pharmacology 70 (2014) 492-506
[9] KA Pramod CP Sunny Nanobiomaterials Handbook CRC Press 2011
pp 1-24
[10] A Khorsand S Jamehbozorgi R Ghiasi M Rezvani Physica E Low-
dimensional Systems and Nanostructures 72 (2015) 120-127
[11] V Loacutepez-Daacutevila AM Seifalian M Loizidou Current Opinion in
Pharmacology 12 (2012 ) 414-419
[12] P-C Lee C-L Peng M-J Shieh Journal of Controlled Release 225
(2016) 140-151
[13] CC Torres CH Campos C Diaacutez VA Jimeacutenez F Vidal L Guzmaacuten JB
Alderete Materials Science and Engineering C 65 (2016) 164-171
[14] CH Campos CF Diacuteaz JL Guzmaacuten JB Alderete CC Torres VA
Jimeacutenez Macromolecular Chemistry and Physics 217 (2016) 1712-1722
[15] D Chang Y Gao L Wang G Liu Y Chen T Wang W Tao L Mei L
57
Huang X Zeng Journal of Colloid and Interface Science 463 (2016) 279-287
[16] J Zaloga M Poumlttler G Leitinger RP Friedrich G Almer S Lyer E
Baum R Tietze R Heimke-Brinck H Mangge F Dorje G Lee C Alexiou
European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics 101 (2016) 152-162
[17] RS Dhanikula P Hildgen Bioconjugate Chemistry 17 (2006) 29-41
[18] A Kesavan P Ilaiyaraja W Sofi Beaula V Veena Kumari J Sugin Lal C
Arunkumar G Anjana S Srinivas A Ramesh SK Rayala D Ponraju G
Venkatraman European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics 96
(2015) 255-263
[19] S Biswas P Kumari PM Lakhani B Ghosh European Journal of
Pharmaceutical Sciences 83 (2016) 184-202
[20] ML Tebaldi RM Belardi SR Montoro Design and Applications of
Nanostructured Polymer Blends and Nanocomposite Systems William Andrew
Publishing Boston 2016 pp 171-186
[21] D Bansal A Gulbake J Tiwari SK Jain International Journal of
Biological Macromolecules 82 (2016) 687-695
[22] AS Timin EV Balantseva SY Khashirova EV Rumyantsev TY
Osadchaya Colloids and Surfaces A Physicochemical and Engineering Aspects
477 (2015) 26-34
[23] J Gautier E Allard-Vannier E Munnier M Souceacute I Chourpa Journal of
Controlled Release 169 (2013) 48-61
[24] SL Leung Z Zha C Cohn Z Dai X Wu Colloids and Surfaces B
Biointerfaces 121 (2014) 141-149
[25] Y Liu Y Ng MR Toh GNC Chiu Journal of Controlled Release 220
Part A (2015) 438-446
[26] G Xu L Li Z Shen Z Tao Y Zhang H Tian X Wei G Shen G Han
Journal of Alloys and Compounds 629 (2015) 36-42
[27] MF Horst V Lassalle ML Ferreira Frontiers of Environmental Science amp
Engineering 9 (2015) 746-769
[28] TJ Bastow A Trinchi MR Hill R Harris TH Muster Journal of
Magnetism and Magnetic Materials 321 (2009) 2677-2681
58
[29] S Bagheri D Ramimoghadam A TermehYousefi SB Abd Hamid
International Journal of Hydrogen Energy 40 (2015) 16178-16183
[30] G Kandasamy D Maity International Journal of Pharmaceutics 496 (2015)
191-218
[31] DS Keerthana K Namratha K Byrappa HS Yathirajan Journal of
Magnetism and Magnetic Materials 378 (2015) 551-557
[32] M Darroudi M Hakimi E Goodarzi R Kazemi Oskuee Ceramics
International 40 (2014) 14641-14645
[33] G Sharma P Jeevanandam RSC Advances 3 (2013) 189-200
[34] C-J Jia L-D Sun F Luo X-D Han LJ Heyderman Z-G Yan C-H
Yan K Zheng Z Zhang M Takano N Hayashi M Eltschka M Klaumlui U
Ruumldiger T Kasama L Cervera-Gontard RE Dunin-Borkowski G Tzvetkov J
Raabe Journal of the American Chemical Society 130 (2008) 16968-16977
[35] N Mizutani T Iwasaki S Watano T Yanagida T Kawai Current Applied
Physics 10 (2010) 801-806
[36] C-J Jia L-D Sun Z-G Yan L-P You F Luo X-D Han Y-C Pang Z
Zhang C-H Yan Angewandte Chemie 117 (2005) 4402-4407
[37] Z-G Yue W Wei Z-X You Q-Z Yang H Yue Z-G Su G-H Ma
Advanced Functional Materials 21 (2011) 3446-3453
[38] SJ Son X Bai SB Lee Drug Discovery Today 12 (2007) 650-656
[39] SJ Son J Reichel B He M Schuchman SB Lee Journal of the
American Chemical Society 127 (2005) 7316-7317
[40] GT Hermanson Bioconjugate Techniques (Third edition) Academic Press
Boston 2013 pp 535-548
[41] S Mallakpour M Madani Progress in Organic Coatings 86 (2015) 194-207
[42] P Yu J He L Yang M Pu X Guo Journal of Catalysis 260 (2008) 81-85
[43] X Zheng T Wang H Jiang Y Li T Jiang J Zhang S Wang Asian
Journal of Pharmaceutical Sciences 8 (2013) 278-286
[44] L Tan J Liu W Zhou J Wei Z Peng Materials Science and Engineering
C 45 (2014) 524-529
[45] ER Gillies JMJ Freacutechet Journal of the American Chemical Society 124
59
(2002) 14137-14146
[46] S Khoee K Hemati Polymer 54 (2013) 5574-5585
[47] U Gupta O Perumal SGKTL Deng Natural and Synthetic Biomedical
Polymers Elsevier Oxford 2014 pp 243-257
[48] U Boas PMH Heegaard Chemical Society Reviews 33 (2004) 43-63
[49] U Gupta HB Agashe A Asthana NK Jain Biomacromolecules 7 (2006)
649-658
[50] A Shakhbazau I Isayenka N Kartel N Goncharova I Seviaryn S
Kosmacheva M Potapnev D Shcharbin M Bryszewska International Journal of
Pharmaceutics 383 (2010) 228-235
[51] PA Barra L Barraza VA Jimeacutenez JA Gaviacuten JB Alderete
Macromolecular Chemistry and Physics 215 (2014) 372-383
[52] PM Patel R Patel D Wadia RM Patel Asian Journal of Pharmaceutical
Sciences 10 (2015) 306-313
[53] L Mei Z Zhang L Zhao L Huang X-L Yang J Tang S-S Feng
Advanced Drug Delivery Reviews 65 (2013) 880-890
[54] Sn Svenson DA Tomalia Advanced Drug Delivery Reviews 57 (2005)
2106-2129
[55] L Porcar Y Liu R Verduzco K Hong PD Butler LJ Magid GS Smith
W-R Chen The Journal of Physical Chemistry B 112 (2008) 14772-14778
[56] E Markatou V Gionis GD Chryssikos S Hatziantoniou A
Georgopoulos C Demetzos International Journal of Pharmaceutics 339 (2007)
231-236
[57] K Borowska S Wołowieca A Rubaj K Głowniakc E Sieniawska S
Radej International Journal of Pharmaceutics 426 (2012) 280-283
[58] S Kavyani S Amjad-Iranagh H Modarress The Journal of Physical
Chemistry B 118 (2014) 3257-3266
[59] PA Barra L Barraza VA Jimeacutenez JA Gaviacuten JB Alderete Structural
Chemistry 25 (2014) 1443-1455
[60] C Kojima K Kono K Maruyama T Takagishi Bioconjugate Chemistry 11
(2000) 910-917
60
[61] AK Patri JF Kukowska-Latallo JR Baker Jr Advanced Drug Delivery
Reviews 57 (2005) 2203-2214
[62] D Luong P Kesharwani R Deshmukh MCI Mohd Amin U Gupta K
Greish AK Iyer Acta Biomaterialia 43 (2016) 14-29
[63] X Xu J Li S Han C Tao L Fang Y Sun J Zhu Z Liang F Li
European Journal of Pharmaceutical Sciences 88 (2016) 178-190
[64] P-C Lin S Lin PC Wang R Sridhar Biotechnology Advances 32 (2014)
711-726
[65] C Baudot CM Tan JC Kong Infrared Physics amp Technology 53 (2010)
434-438
[66] JB Hall MA Dobrovolskaia AK Patri SE McNeil Nanomedicine 2
(2007) 709-803
[67] DB Williams CB Carter Transmission Electron Microscopy A Textbook
for Materials Science Springer US Boston MA 2009 pp 3-22
[68] H Wang PK Chu S Bose Characterization of Biomaterials Academic
Press Oxford 2013 pp 105-174
[69] M Rudolph J Erler UA Peuker Colloids and Surfaces A
Physicochemical and Engineering Aspects 397 (2012) 16-23
[70] T Zhao W Luo Y Deng Y Luo P Xu Y Liu L Wang Y Ren W Jiang
Nano Energy 26 (2016) 16-25
[71] F Rouquerol J Rouqueron K Sing Adsorption by Powders and Porous
Solids Academic Press 1999
[72] M Naderi Progress in Filtration and Separation Academic Press Oxford
2015 pp 585-608
[73] J Rouquerol F Rouquerol P Llewellyn G Maurin KSW Sing
Adsorption by powders and porous solids principles methodology and
applications Academic press 2014
[74] CP Poole FJ Owens Introduccioacuten a la nanotecnologiacutea Editorial Reverte
2007
[75] JL Kirschvink DS Jones BJ MacFadden Magnetite Biomineralization
and Magnetoreception in Organisms A New Biomagnetism Springer US 2013
61
[76] TM El-Alaily MK El-Nimr SA Saafan MM Kamel TM Meaz ST
Assar Journal of Magnetism and Magnetic Materials 386 (2015) 25-30
[77] DJ Dunlop Ouml Oumlzdemir Treatise on Geophysics (Second Edition)
Elsevier Oxford 2015 pp 255-308
[78] A Savić D Čokeša S Lazarević B Jokić D Janaćković R Petrović LS
Živković Powder Technology 301 (2016) 511-519
[79] S Rajput CU Pittman Jr D Mohan Journal of Colloid and Interface
Science 468 (2016) 334-346
[80] M Kumari CU Pittman Jr D Mohan Journal of Colloid and Interface
Science 442 (2015) 120-132
[81] Y Mansourpanah Z Jafari Reactive and Functional Polymers 93 (2015)
178-189
[82] S Sundar R Mariappan S Piraman Powder Technology 266 (2014) 321-
328
[83] P Roonasi A Holmgren Applied Surface Science 255 (2009) 5891-5895
[84] J Safari Z Zarnegar Journal of Molecular Structure 1072 (2014) 53-60
[85] KL Pickering S Raa Khimi S Ilanko Composites Part A Applied Science
and Manufacturing 68 (2015) 377-386
[86] AK Ladavos AP Katsoulidis A Iosifidis KS Triantafyllidis TJ
Pinnavaia PJ Pomonis Microporous and Mesoporous Materials 151 (2012) 126-
133
[87] VMdS Rocha MdG Pereira LR Teles MOdG Souza Materials
Science and Engineering B 185 (2014) 13-20
[88] JZ Marinho RHO Montes AP de Moura E Longo JA Varela RAA
Munoz RC Lima Materials Research Bulletin 49 (2014) 572-576
[89] PM Huang Y Li ME Sumner Handbook of Soil Sciences Properties and
Processes Second Edition Taylor amp Francis 2011
[90] C Klein CS Hurlbut Manual de mineralogiacutea Reverte 1996
[91] Y-F Lin J-L Chen C-Y Xu T-W Chung Chemical Engineering Journal
250 (2014) 409-415
[92] AK Gupta M Gupta Biomaterials 26 (2005) 3995-4021
62
[93] C Sun JSH Lee M Zhang Advanced Drug Delivery Reviews 60 (2008)
1252-1265
[94] N Rai M Sarkar S Raha Pharmacological Reports 67 (2015) 1215-1223
[95] Z Lavrič J Pirnat J Lužnik U Puc Z Trontelj S Srčič Journal of
Pharmaceutical Sciences 104 (2015) 1909-1918
[96] S Rozou A Voulgari E Antoniadou-Vyza European Journal of
Pharmaceutical Sciences 21 (2004) 661-669
[97] H-S Gwak J-S Choi H-K Choi International Journal of Pharmaceutics
297 (2005) 156-161
[98] RP Aquino G Auriemma M dacuteAmore AM DacuteUrsi T Mencherini P Del
Gaudio Carbohydrate Polymers 89 (2012) 740-748
[99] IE Shohin JI Kulinich GV Ramenskaya B Abrahamsson S Kopp P
Langguth JE Polli VP Shah DW Groot DM Barends JB Dressman
Journal of Pharmaceutical Sciences 103 (2014) 367-377
[100] R Silva H Ferreira AC Carvalho AC Gomes A Cavaco-Paulo Colloids
and Surfaces B Biointerfaces 92 (2012) 277-285
[101] M Meloun D Burkoˇnovaacute T Syrovyacute A Vraacutena Analytica Chimica Acta 486
(2003) 125-141
[102] D Zheng Y Wang D Zhang Z Liu C Duan L Jia F Wang Y Liu G
Liu L Hao Q Zhang Cancer Letters 307 (2011) 158-164
[103] Q Wang R Liu X Shen L Zou D Wu Journal of Nanoscience and
Nanotechnology 14 (2014) 2871-2877
[104] N Caliskan AR Kul S Alkan EG Sogut I Alacabey Journal of
Hazardous Materials 193 (2011) 27-36
[105] TA Cigu S Vasiliu S Racovita C Lionte V Sunel M Popa C Cheptea
European Polymer Journal 82 (2016) 132-152
[106] M Oumlzacar İA Şengil Process Biochemistry 40 (2005) 565-572
[107] YS Ho G McKay Process Biochemistry 34 (1999) 451-465
[108] AB Peacuterez-Mariacuten VM Zapata JF Ortuntildeo M Aguilar J Saacuteez M Lloreacutens
Journal of Hazardous Materials 139 (2007) 122-131
[109] BF Urbano I Villenas BL Rivas CH Campos Chemical Engineering
63
Journal 268 (2015) 362-370
[110] J Peacuterez L Toledo CH Campos BL Rivas J Yantildeez BF Urbano
Chemical Engineering Journal 287 (2016) 744-754
[111] JW Steed DR Turner K Wallace Core Concepts in Supramolecular
Chemistry and Nanochemistry Wiley 2007
[112] A Buczkowski D Waliszewski P Urbaniak B Palecz International
Journal of Pharmaceutics 505 (2016) 1-13
[113] M Kosmulski Advances in Colloid and Interface Science
3
actuar de forma soluble o insoluble en el plasma sanguiacuteneo El principio de
adsorcioacuten se basa en la diferencia de afinidad del faacutermaco frente al medio
dispersante De forma general faacutermacos que son poco solubles en agua se
adsorben de forma efectiva en sistemas que posean cavidades hidroacutefobas
Los sistemas nanotransportadores hiacutebridos nacen de la necesidad de combinar
propiedades de los sistemas inorgaacutenicos yo orgaacutenicos con el fin de producir un
NM que muestre una alta sinergia entre ambos componentes en el proceso de
adsorcioacuten y liberacioacuten de faacutermacos [1314 22] Dependiendo de la naturaleza del
sistema hiacutebrido se pueden clasificar en hiacutebridos inorgaacutenicoinorgaacutenico [23]
hiacutebridos inorgaacutenicoorgaacutenico [24] e hiacutebridos orgaacutenicoorgaacutenico [25]
11 Nanomateriales magneacuteticos
Dentro de los NM inorgaacutenicos maacutes interesantes se encuentran las
nanoestructuras de oacutexidos hierro El oacutexido de hierro existe en la naturaleza en tres
fases magnetita (Fe3O4) maghemita (γ-Fe2O3) y hematita (α-Fe2O3) [26] La
magnetita presenta las propiedades maacutes interesantes entre todos los demaacutes
oacutexidos de hierro debido a la presencia de cationes de hierro en dos estados de
valencia (Fe2+ y Fe3+) en su estructura cubica centrada en la cara de tipo espinela
(AB2O4) inversa En ella el oxiacutegeno forma un empaquetado cuacutebico compacto
donde la mitad de los cationes Fe3+ ocupan sitios tetraeacutedricos (A) mientras que la
otra mitad de Fe3+ y los cationes Fe2+ ocupan los sitios octaeacutedricos (B) [27] lo cual
le confiere susceptibilidad magneacutetica
El nuacutemero de cationes Fe3+ en cada sitio de la red cristalina (tetraeacutedrico y
octaeacutedrico) es el mismo pero con direcciones opuestas del espiacuten magneacutetico por
lo tanto los momentos magneacuteticos de los cationes Fe3+ se anulan entre siacute como
resultado los cationes Fe2+ son los responsables del momento magneacutetico neto en
la magnetita Por lo cual la magnetita posee un comportamiento ferrimagneacutetico es
decir los espines magneacuteticos son antiparalelos y sus magnitudes son desiguales
4
El comportamiento de este material magneacutetico puede cambiar draacutesticamente
dependiendo del tamantildeo A medida que el tamantildeo de la estructura disminuye los
multidominios magneacuteticos cambian hasta obtener una estructura conformada por
un solo dominio magneacutetico [27-29] dando como resultado una nueva propiedad
magneacutetica denominada superpara-magnetismo Esta propiedad se define como la
capacidad de ciertos NM magneacuteticos que poseen alta susceptibilidad y saturacioacuten
de magnetizacioacuten bajo la influencia de un campo magneacutetico las que pierden
completamente una vez que se elimina el campo magneacutetico lo que resulta una
remanencia magneacutetica y coercitividad de cero [30] Debido a su baja toxicidad y
alta biocompatibilidad ademaacutes de la alta estabilidad mecaacutenica teacutermica y quiacutemica
la magnetita ha atraiacutedo mucho la atencioacuten para aplicaciones biomeacutedicas tales
como resonancia magneacutetica hipertermia magneacutetica terapia del caacutencer liberacioacuten
controlada de faacutermacos ingenieriacutea de tejidos entre otras [29-32]
Muchos esfuerzos tambieacuten se han llevado a cabo en la siacutentesis y propiedades de
las nanoestructuras de oacutexido de hierro con morfologiacuteas bien definidas como
nanocristales poliedros cubos varillas tubos entre otros [26] Varios meacutetodos
sinteacuteticos han sido reportados para la preparacioacuten de nanopartiacuteculas de oacutexido de
hierro que incluyen co-precipitacioacuten irradiacioacuten de ultrasonido siacutentesis
solvotermal siacutentesis hidrotermal microemulsioacuten siacutentesis viacutea microondas y la
descomposicioacuten teacutermica [33] La siacutentesis hidrotermal es una ruta de precipitacioacuten
en fase acuosa que se lleva a cabo en reactores que soportan altas presiones y
temperaturas la que se emplea ampliamente para sintetizar nanoestructuras
funcionales con formas especiacuteficas [26 27] ya que es un proceso simple y de alto
rendimiento con el cual se obtienen nano-arquitecturas de tamantildeo y morfologiacutea
reproducible [31]
Jia y colaboradores han reportado un proceso sencillo para producir nanoanillos
de Fe3O4 en el cual se utiliza la ruta hidrotermal con la participacioacuten de los
aniones dobles SO42- y H2PO4
- como controladores de la morfologiacutea para producir
Fe2O3 como base estructural el cual es sometido a un tratamiento de reduccioacuten en
5
atmoacutesfera de H2 para producir el material en base a magnetita [34] Este meacutetodo
abre la posibilidad de crear una gama de estructuras tridimensionales variando las
relaciones de iones SO42-H2PO4
- durante el tratamiento de siacutentesis hidrotermal
[34] Se ha demostrado que los iones SO42- tienen el efecto de aumentar el
tamantildeo de partiacutecula debido a que aumenta la superficie de las nanoestruturas
Fe2O3 formadas [35] La presencia de iones H2PO4- es el factor crucial que induce
la formacioacuten de una estructura tubular producto de la adsorcioacuten selectiva de iones
fosfato en la superficie de las partiacuteculas de Fe2O3 y su capacidad de coordinar con
los iones feacuterricos [36] Estas estructuras tubulares o nanotubos magneacuteticos (NT-
Fe3O4) no soacutelo conservan el fondo y la forma de una nanovarilla tambieacuten
proporcionan cavidad interna que lo proyectan como un material que permite la
encapsulacioacuten y liberacioacuten controlada de faacutermacos oligoacutemeros supramoleacuteculas
yo macromoleacuteculas entre otras especies [37] las cuales se pueden transportar
de forma segura en el sistema in vivo evitando la degradacioacuten hidroliacutetica o la
precipitacioacuten de faacutermacos hidroacutefobos durante la entrega en el sitio especiacutefico
La principal ventaja de los NT-Fe3O4 como transportadores de faacutermacos es que
pueden poseer la propiedad del para- o superpara-magnetismo para realizar un
seguimiento de la administracioacuten de faacutermacos El traslado de los NTs puede ser
controlado por un campo magneacutetico externo dirigieacutendolo de forma especiacutefica a los
sitios fisioloacutegicos de accioacuten [38] La combinacioacuten de las propiedades magneacuteticas
con una estructura tubular hace de los NT-Fe3O4 un candidato ideal como
nanotransportador empleado en aplicaciones biomeacutedicas La principal limitante
para el empleo de este tipo de sistemas es el tipo de moleacuteculas que pueden ser
adsorbidas ya que en general se ha observado que moleacuteculas de pequentildeo
tamantildeo no son adsorbidas en forma eficiente [34 39]
Una forma de poder superar la baja capacidad de adsorcioacuten de faacutermacos por parte
de los NT-Fe3O4 es generando sistemas hiacutebridos que sean capaces de incorporar
una segunda unidad que incrementen su capacidad de adsorcioacuten Esto se puede
conseguir recubriendo al NT-Fe3O4 con un segundo componente generalmente de
6
naturaleza orgaacutenica obtenido de una fuente natural o sinteacutetica proveyendo
nanoestructuras hibridas con propiedades mejoradas frente a sus componentes
puros La asociacioacuten del componente orgaacutenico con el NM inorgaacutenico puede
realizarse empleando 3 rutas tal como se muestra en la Figura 2
(a) (b) (c)
Figura 2 Esquemas de asociacioacuten componente orgaacutenico en soportes soacutelidos (a)
Adsorcioacuten (b) Adsorcioacuten por formacioacuten de pares ioacutenicos y (c) Anclaje por enlace
covalente
La asociacioacuten por formacioacuten de enlaces covalentes ha sido la teacutecnica maacutes
prometedora y puede llevarse a cabo gracias al uso de moleacuteculas intermediarias
denominadas agentes de acople los cuales son capaces de modificar la superficie
de un soacutelido inorgaacutenico y a su vez unirse covalentemente al estabilizante a traveacutes
de una funcioacuten orgaacutenica reactiva Algunos agentes de acople (AAC) se pueden
clasificar en cuatro grupos aacutecidos carboxiacutelicos poliacutemeros silanos y moleacuteculas
organofosforadas Los AAC del tipo silano son los maacutes utilizadas en los NM
inorgaacutenicos la formula general de este tipo AAC muestra dos clases de
funcionalidades (R1-(CH2)n-Si-(R2)3) Los grupos R1 representan al grupo orgaacutenico
funcional como NH2 SH epoxi metacrilato etc y los grupos R2 representan a un
grupo funcional hidrolizable tal como OCH3 OCH2CH3 o Cl [40 41]
7
Debido a que la superficie de NM inorgaacutenicos de tipo oacutexido poseen grupos
hidroxilos (-OH) eacutestos se utilizan como sitios de reaccioacuten para el proceso de
anclaje El proceso de acoplamiento se logra a traveacutes de la reaccioacuten quiacutemica
entre los grupos trialcoacutexido del AAC y los grupos hidroxilos superficiales del NM
inorgaacutenico [41] tal como se muestra en el esquema de la Figura 3
Figura 3 Esquema de anclaje del AAC en el soporte [42]
Dependiendo de la naturaleza de la moleacutecula orgaacutenica a anclar hay dos formas de
incorporarla en la superficie del soporte anclaje de AAC en la superficie del NM y
posterior reaccioacuten con la moleacutecula de intereacutes o reaccioacuten previa entre moleacutecula y
AAC para realizar el posterior anclaje en la superficie del NM
En este contexto se ha propuesto que la utilizacioacuten de sistemas
nanotransportadores hiacutebridos podriacutean mejoran las variadas limitaciones que
presentan la mayoriacutea de los sistemas nanotransportadores basados en materiales
inorgaacutenicos con baja capacidad de adsorcioacuten Algunos sistemas hiacutebridos
8
propuestos para la adsorcioacuten de faacutermacos han sido nanopartiacuteculas de siacutelice
funcionalizadas con poliacutemeros que contienen guanidina donde se ha estudiado el
comportamiento de carga y liberacioacuten de doxorrubicina y sulfasalazina [22]
nanopartiacuteculas de ZnO-poli(N-isopropilacrilamida) en las cuales se ha estudiado la
liberacioacuten del faacutermaco doxorrubicina en ceacutelulas tumorales [43] nanotubos de
carbono-dendriacutemero los cuales han permitido el aumento significativo de la
solubilidad del faacutermaco carvedilol [44] nanotubos de TiO2 y Al2O3 acoplados a
dendriacutemeros PAMAM cuyo objetivo es combinar las propiedades de adsorcioacuten y
liberacioacuten de metotrexato silibinina y curcumina [13 14]
12 Dendriacutemeros
En el uacuteltimo tiempo ha habido un creciente intereacutes en el uso de macromoleacuteculas
sinteacuteticas en base a poliacutemeros de masa molar controlada y estructura quiacutemica
definida como vectores en la administracioacuten controlada de faacutermacos y otras
aplicaciones terapeacuteuticas o de diagnoacutestico donde se destacan los dendriacutemeros
[45] Los dendriacutemeros son una clase de macromoleacuteculas polimeacutericas de forma
globular altamente ramificadas y monodispersas que constan de un nuacutecleo
central a partir del cual se originan una serie de ramificaciones La palabra
dendriacutemero deriva del teacutermino griego dendron que significa aacuterbol y meros es
decir parte La estructura de un dendriacutemero incluye tres partes un nuacutecleo central
unidades ramificadas y grupos superficiales Las unidades ramificadas estaacuten
dispuestas en capas denominadas generaciones (G) y la zona de la cual emergen
estas ramificaciones se conoce como nodo [23] tal como se muestra en la Figura
4 El tamantildeo de los dendriacutemeros variacutea entre 10-130 Aring de diaacutemetro dependiendo
de la generacioacuten del dendriacutemero [45-47] A pesar de su gran tamantildeo molecular
muestran una muy baja polidispersidad en comparacioacuten con los poliacutemeros
sinteacuteticos tradicionales [48]
La principal ventaja de los dendriacutemeros es que de acuerdo a su estructura
quiacutemica poseen cavidades hidrofoacutebicas caraacutecter que se acentuacutea a medida que
9
crece la generacioacuten del dendriacutemero Esta propiedad favorece la adsorcioacuten de
faacutermacos poco solubles en su interior destacaacutendolos como agentes de transporte
para faacutermacos poco solubles [49-52]
Figura 4 Esquema general de la estructura de un dendriacutemero
Fuente Elaboracioacuten propia
Por otra parte estos nanotransportadores poseen en su superficie un nuacutemero
definido de grupos funcionales (amino carboxilo hidroxilo etc) los que le
confieren una gran versatilidad ya que no soacutelo poseen capacidad para la
adsorcioacuten de faacutermacos en la cavidad interna de la macromoleacutecula sino que al
mismo tiempo los grupos funcionales superficiales permiten realizar
modificaciones brindaacutendoles una alta capacidad de vectorizacioacuten [17 53]
Los dendriacutemeros poliamidoaminas (PAMAM) fueron la primera familia de
dendriacutemeros sintetizados y caracterizados [54] siendo uno materiales de mayor
intereacutes en estudios de nanotransportadores en relacioacuten a su biocompatibilidad Los
dendriacutemeros PAMAM estaacuten constituidos por un nuacutecleo de 12-etilendiamina y
ramificaciones de poliamidoamina [48] En solucioacuten acuosa estos poliacutemeros se
comportan como polielectrolitos ya que las aminas terciarias presente en la
cavidad interna (pKa 30 ndash 60) y las aminas primarias superficiales del dendriacutemero
Nuacutecleo
Ramas
Punto divergente
Grupos funcionales
superficiales
10
(pKa 94 ndash 97) pueden ser protonadas a diferentes pH [13 51] lo cual conlleva a
un cambio en la conformacioacuten tamantildeo y carga del dendriacutemero Los dendriacutemeros
PAMAM estaacuten disponibles comercialmente hasta la deacutecima generacioacuten (G10) Los
de baja generacioacuten (G1-G3) son poco sensibles a los cambios frente a variaciones
de pH poseen conformaciones abiertas [55] y cavidades internas que permiten la
encapsulacioacuten de faacutermacos hidroacutefobos mientras que los grupos superficiales
estaacuten disponibles para interacciones electrostaacuteticas o conjugacioacuten covalente En la
Figura 5 se observa un dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten (G3)
Figura 5 Dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten (G3) Fuente Elaboracioacuten
propia
En la Tabla 1 se puede observar algunas propiedades de los PAMAM A medida
que aumenta la generacioacuten del dendriacutemero hay un aumento progresivo de su
11
tamantildeo (aprox 10 nm en cada generacioacuten) y como consecuencia se observa un
incremento exponencial en el nuacutemero de grupos aminos superficiales
Los dendriacutemeros PAMAM han demostrado ser efectivos como
nanotransportadores de faacutermacos pues poseen baja citotoxicidad son
biodegradables y no inmunogeacutenicos por lo menos hasta la generacioacuten 5 [56 57]
Tabla 1 Impacto en la masa molecular y en el tamantildeo de los dendriacutemeros
PAMAM seguacuten crece la generacioacuten [48]
Dendriacutemeros
PAMAM
generacioacuten
Masa molecular
(kDa)
Diaacutemetro en
nanoacutemetros (nm)
Nuacutemero de
grupos en
superficie
0 0517 15 4
1 1430 22 8
2 3256 29 16
3 6909 36 32
4 14215 45 64
5 28826 54 128
6 58048 67 256
7 116493 81 512
8 233383 97 1024
9 467162 114 2048
10 934720 135 4096
Algunos ejemplos reportados en bibliografiacutea han demostrado el aumento de la
solubilidad de algunos faacutermacos poco solubles en medio acuoso como nifedipina
adsorbida en PAMAM-G3 y PAMAM-G4 [58] aacutecido mefenaacutemico adsorbida en
PAMAM-G2 y PAMAM-G3 [51] piroxicam en PAMAM-G3 [59] metotrexato y
adriamicina en complejos PAMAM-G3-pegilado y PAMAM-G4-pegilado [60] entre
otros
12
La principal aplicacioacuten de los PAMAM como nanotransportadores ha sido en la
adsorcioacuten y liberacioacuten de faacutermacos antineoplaacutesicos [61] Lamentablemente los
sistemas PAMAM no muestran especificidad como para considerarlos potenciales
candidatos para terapias dirigidas en el tratamiento de enfermedades sin ser
previamente vectorizados Es por esto que la investigacioacuten que se ha desarrollado
en los uacuteltimos 10 antildeos ha estado focalizada en la siacutentesis de nanotransportadores
PAMAM modificados con algunas moleacuteculas capaces de conferirle especificidad
en orden a aumentar la liberacioacuten de los faacutermacos adsorbidos en la zona donde se
encuentran los receptores farmacoloacutegicos para asiacute disminuir al miacutenimo su
concentracioacuten en otras zonas del organismo [62 63] Ademaacutes variados estudios
han mostrado que los dendriacutemeros PAMAM poseen una limitada capacidad de
adsorcioacuten de faacutermacos soacutelo de unos cuantos miligramos de faacutermaco por gramo de
dendriacutemero Esto unido a la raacutepida liberacioacuten de las moleacuteculas de faacutermacos bajo
condiciones fisioloacutegicas impone el desarrollo de nuevas estrategias para el disentildeo
de nanotransportadores de faacutermacos en base a dendriacutemeros PAMAM
13 Nanomateriales hiacutebridos oacutexido inorgaacutenicoPAMAM
Dada la capacidad de adsorber faacutermacos del sistema PAMAM y su habilidad de
poder sufrir modificaciones en sus grupos aminos superficiales es que se ha
considerado como un componente que mejorariacutea la capacidad de adsorcioacuten de
faacutermacos poco solubles en sistemas inorgaacutenicos De acuerdo a la experiencia del
grupo de investigacioacuten se sabe que la preparacioacuten de nanotransportadores
hiacutebridos en base a nanotubos de TiO2 y Al2O3 acoplados con dendriacutemeros
PAMAM G3 han demostrado un incremento en la capacidad de adsorcioacuten de
faacutermacos poco solubles como metotrexato silibinina y curcumina [13 14]
En base a las evidencias previas reportadas en relacioacuten al empleo de materiales
hiacutebridos en base a nanotubos de oacutexidos inorgaacutenicos acoplados a dendriacutemeros
PAMAM y las caracteriacutesticas de NM del tipo NT-Fe3O4 es que se ha propuesto la
siacutentesis caracterizacioacuten y evaluacioacuten de la capacidad de adsorcioacuten de faacutermacos
13
de materiales en base a NT-Fe3O4 acoplados a PAMAM G3 los que podriacutean
constituir sistemas con una capacidad de adsorcioacuten superior respecto del NT-
Fe3O4 ademaacutes de exhibir propiedades para- o superpara-magneacuteticas que le
confeririacutean la capacidad de ser magneto-dirigido a los sitios de accioacuten Se espera
realizar la inmovilizacioacuten por medio de la unioacuten covalente entre el NT-Fe3O4 y
PAMAM mediada por un agente de acople de tipo 3-glicidoxipropil-trimetoxisilano
(GPTMS) Los estudios de adsorcioacuten se hicieron con dos faacutermacos poco solubles
como modelos silibinina (SIL) y piroxicam (PRX) empleando como adsorbentes
NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM G3
14
2 HIPOacuteTESIS
La inmovilizacioacuten covalente del dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten en un
NT magneacutetico en base a Fe3O4 permitiraacute adsorber efectivamente faacutermacos que
poseen baja solubilidad en agua
3 OBJETIVOS
31 OBJETIVO GENERAL
Sintetizar un nanotransportador hiacutebrido Fe3O4-PAMAM (G3) con la capacidad de
adsorber faacutermacos con baja solubilidad en agua
32 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
Sintetizar y caracterizar una nanoestructura magneacutetica basada en nanotubos
de Fe3O4 obtenidos por una reduccioacuten de nanotubos Fe2O3
Funcionalizar la nanoestructura magneacutetica con agente de acople por medio de
enlaces covalentes
Obtener un nanomaterial hiacutebrido basado en la inmovilizacioacuten covalente del
dendriacutemero PAMAM en la nanoestructura magneacutetica funcionalizada
Estudiar la adsorcioacuten de los faacutermacos piroxicam y silibinina en el nanomaterial
hiacutebrido
15
4 PARTE EXPERIMENTAL
41 Siacutentesis de los nanotransportadores
411 Siacutentesis de nanotubos de magnetita (Fe3O4)
Para la obtencioacuten de estos nanotubos magneacuteticos primero se realizoacute la siacutentesis de
nanotubos de hematita (α-Fe2O3) como precursor de forma los que fueron
obtenidos por tratamiento hidrotermal de una mezcla de disoluciones de
FeCl36H2O (JTBakerreg) NH4H2PO4 (Sigma-Aldrichreg) y Na2SO4 (Merckreg) de
acuerdo al trabajo reportado por Jia y colaboradores [34] Las relaciones molares
empleadas de la sal precursora y los agentes directores de estructura fueron
FeCl3NH4H2PO4Na2SO4 36121 las que se prepararon en agua desionizada y se
llevaron a un autoclave de 100 mL de capacidad La mezcla se calentoacute a 220degC
durante 48h El precipitado obtenido se separoacute por centrifugacioacuten y se lavoacute tres
veces con agua desionizada y etanol absoluto (Merckreg) respectivamente Despueacutes
el soacutelido se secoacute en una estufa a vaciacuteo por 12h a 80degC para obtener los nanotubos
de Fe2O3 Finalmente los NT-Fe3O4 fueron obtenidos por reduccioacuten de los NT-
Fe2O3 a 360degC bajo flujo continuo de H2 5vv en Ar durante 5h en una rampa de
calentamiento de 1degCmin El rendimiento de la siacutentesis fue de un 91
412 Funcionalizacioacuten de NT-Fe3O4 con el agente de acople
3-glicidoxipropil-trimetoxisilano
Los NT-Fe3O4 se dispersaron en tolueno (Merckreg) seco el cual fue previamente
desgasificado con N2 por 1h en un reactor de vidrio provisto de agitacioacuten mecaacutenica
y atmoacutesfera controlada (ver Figura 6) Al tolueno se agregoacute 1 g de NT- Fe3O4
formando una dispersioacuten negra la que se calentoacute hasta alcanzar la temperatura de
ebullicioacuten Una vez alcanzada la temperatura deseada se inyectoacute el agente de
acople 3-glicidoxipropil-trimetoxisilano (GPTMS 98 Aldrichreg) en relacioacuten 1 mL
GPTMS por 1 g de soporte [13 14] La reaccioacuten se mantuvo a reflujo por 24h Una
16
vez obtenido NT-Fe3O4-GPTMS se lavoacute con acetona (Merckreg) para eliminar el
exceso de GPTMS y se secoacute en estufa a vaciacuteo por 12h a 40degC El rendimiento de
la reaccioacuten acople se determinoacute por medio de anaacutelisis termogravimeacutetrico el cual se
adjunta en la seccioacuten 512
Figura 6 Sistema de reaccioacuten para realizar las modificaciones superficiales de NT-
Fe3O4 Fuente Elaboracioacuten propia
413 Acoplamiento de NT-Fe3O4-GPTMS con dendriacutemero PAMAM
En un reactor de vidrio provisto de agitacioacuten mecaacutenica (Figura 6) se agregaron
050 g de NT-Fe3O4-GPTMS con 25 mL de dimetilsulfoacutexido (DMSO Merckreg) seco
generaacutendose una dispersioacuten negra que se agitoacute durante 1h en N2 a 40degC
Posteriormente se disolvioacute 863 mg de dendriacutemero PAMAM G3 (20 mm en
metanol Sigma-Aldrichreg) seco en 5 mL de DMSO seco y se agregoacute al sistema de
reaccioacuten el cual se mantuvo en agitacioacuten mecaacutenica y a 40degC por un periodo de
48h El material obtenido se lavoacute exhaustivamente con metanol (Merckreg) para
eliminar los restos de DMSO y PAMAM adsorbidos Por uacuteltimo el soacutelido NT-Fe3O4-
PAMAM se secoacute al vaciacuteo a 40degC por un periodo de 24h El rendimiento de la
reaccioacuten conjugacioacuten se determinoacute por medio de anaacutelisis termogravimeacutetrico el cual
se adjunta en la seccioacuten 512
17
42 Caracterizacioacuten de los sistemas
421 Espectroscopia de Infrarrojo con Transformada de Fourier (FT-IR)
Un espectro IR se obtiene al pasar radiacioacuten IR a traveacutes de una muestra y
determinar que fraccioacuten de esta radiacioacuten incidente ha sido absorbida La energiacutea
particular a la que aparece cada banda en el espectro guarda relacioacuten con la
frecuencia de vibracioacuten de una parte de la moleacutecula Los espectros en la regioacuten
infrarroja estaacuten asociados a las transiciones entre niveles de energiacutea vibracional
estos niveles corresponden a vibraciones tensioacuten-contraccioacuten (stretching) y
flexiones (bending) de los enlaces y otros movimientos complejos de las moleacuteculas
[64] La regioacuten IR del espectro electromagneacutetico se encuentra entre 14290-10 cm-1
El intervalo que abarca la espectroscopia infrarroja puede dividirse en tres
regiones IR cercano (NIR) 14290-4000 cm-1 IR medio 4000-400 cm-1 IR lejano
400-10 cm-1 siendo en el IR medio donde se dan la mayoriacutea de las aplicaciones
analiacuteticas tradicionales
En los experimentos comunes de FT-IR un haz de luz infrarroja atraviesa la
muestra y se registra la cantidad de energiacutea absorbida a cada longitud de onda
Esto puede lograrse barriendo el espectro con un haz de luz monocromaacutetico el
cual cambia su longitud de onda a traveacutes del tiempo o usando una transformada de
Fourier para medir todas las longitudes de onda a la vez como se muestra en la
Figura 7 A partir de esto se obtiene un espectro de transmitancia o absorbancia
el cual permite una interpretacioacuten de la naturaleza de los enlaces quiacutemicos
presentes La teacutecnica de FTIR se ha utilizado para estudiar materiales de tamantildeo
nanoescala como moleacuteculas funcionales injertadas covalentemente en nanotubos
de carbono [65] y nanotubos de TiO2 acoplados a dendriacutemero PAMAM [13]
18
Figura 7 Esquema del equipamiento de un FT-IR Fuente Elaboracioacuten propia
Equipamiento
Los materiales puros e hiacutebridos se analizaron en el equipo Nicolet marca Nexus
FT-IR en la zona del IR medio usando como blanco pastilla KBr Para ello se
homogeneizoacute 1 mg de muestra en 100 mg KBr seguido por la obtencioacuten de la
pastilla en prensa hidraacuteulica por uacuteltimo se colocoacute en el portamuestra la pastilla y se
midioacute el espectro a temperatura ambiente barriendo nuacutemeros de onda en el
intervalo medio (4000-400 cm-1) y con un nuacutemero de acumulaciones de 64 scan
422 Difraccioacuten de Rayos X (DRX)
Los rayos X son una forma de radiacioacuten electromagneacutetica que tiene elevada
energiacutea y corta longitud de onda del orden de los espacios interatoacutemicos de los
soacutelidos Cuando un haz de rayos X atraviesa un soacutelido la radiacioacuten se dispersa al
interaccionar con los electrones de los aacutetomos En este caso cada capa de aacutetomos
reflejara parte del haz de rayos X los haces reflejados en las capas sucesivas de
aacutetomos del soacutelido pueden presentar ondas que en una determinada direccioacuten
concuerdan en fase con las ondas reflejadas por otras capas es decir se produce
una interferencia constructiva a este fenoacutemeno se le llama difraccioacuten de rayos X
19
La difraccioacuten de rayos X se puede describir simplemente como la reflexioacuten de un
haz de rayos X incide sobre los planos cristalinos de una muestra soacutelida
empleando la ley de Bragg tal como se muestra en la Figura 8 [64]
Figura 8 Difraccioacuten de Rayos X producida por los diferentes planos de un cristal
Fuente Elaboracioacuten propia
La teacutecnica de difraccioacuten maacutes comuacuten utiliza una muestra pulverizada o policristalina
consistente en muchas partiacuteculas diminutas y orientadas al azar que se exponen a
una radiacioacuten de rayos X monocromaacutetica Como cada partiacutecula de polvo es un
cristal teniendo una gran cantidad de ellos orientados libremente se asegura que
algunas partiacuteculas esteacuten orientadas adecuadamente para que sus planos
cristalograacuteficos cumplan las condiciones para la difraccioacuten y de esta forma obtener
perfiles de difraccioacuten tiacutepicos de cada material
Equipamiento
En este estudio se utilizoacute el difractoacutemetro Rigaku modelo Geigerflex II empleando
el meacutetodo de polvo y usando como estaacutendar interno silicio (cuarzo) La muestra
previamente pulverizada se coloca en un porta objeto para ser irradiado con la
liacutenea κα1 del anticaacutetodo de Fe (λ 19360 Aring) a 35kV y 15mA usando un filtro de
manganeso para eliminar la liacutenea de κβ
20
423 Microscopiacutea Electroacutenica de Transmisioacuten (TEM)
La teacutecnica maacutes utilizada para la caracterizacioacuten de nanomateriales es la
microscopia electroacutenica de transmisioacuten (TEM) la que ofrece imaacutegenes directas de
los nanomateriales con una resolucioacuten espacial hasta el nivel de las dimensiones
atoacutemicas 10-9 m [66] El fundamento del TEM se basa en un haz de electrones que
manejados a traveacutes de lentes electromagneacuteticas se proyecta sobre una muestra
muy delgada situada en una columna de alto vaciacuteo Electrones que atraviesan la
muestran son recogidos y focalizados por la lente objetivo generando una imagen
intermedia ampliada La imagen es ampliada auacuten maacutes gracias a las lentes
proyectoras las cuales controlan la ampliacioacuten de la imagen en la pantalla
fluorescente como se muestra de forma esquemaacutetica en la Figura 9 [67] El TEM
mejora los anaacutelisis morfoloacutegicos y estructurales de nanomateriales ademaacutes
proporciona una mejor resolucioacuten espacial y la capacidad para mediciones
analiacuteticas adicionales [66]
Equipamiento
Las muestras analizadas fueron previamente tratadas tomando una pequentildea
porcioacuten del soacutelido el que se molioacute y disgregoacute en un mortero de aacutegata hasta obtener
un polvo fino Eacuteste se dispersoacute en una mezcla de etanolagua (50 vv) y se
sembroacute en una gradilla de cobre recubierta por una capa de carboacuten y colodioacuten Las
muestras fueron analizadas en un microscopio TEM modelo JEOL JEM -1200EX
II con una resolucioacuten de 5Aring a 120Kv las imaacutegenes obtenidas fueron trabajadas en
el software ImageJ donde se determinaron los diaacutemetros promedio y el largo
promedio de las partiacuteculas empleando la data estadiacutestica entregada directamente
por el software
21
Figura 9 Esquema de un microscopio electroacutenico de transmisioacuten Fuente
Elaboracioacuten propia
424 Microscopia Electroacutenica de Barrido (SEM)
La microscopia electroacutenica de barrido (SEM) es una teacutecnica que permite la
observacioacuten y caracterizacioacuten superficial de materiales inorgaacutenicos y orgaacutenicos
entregando informacioacuten morfoloacutegica del material analizado ademaacutes del
procesamiento y anaacutelisis de imaacutegenes obtenidas Las principales utilidades del
SEM son su alta resolucioacuten la gran profundidad de campo que resuelve una
imagen tridimensional de la muestra y la relativa sencillez de preparacioacuten de las
muestras [66 68] La imagen entregada por el SEM se genera por la interaccioacuten de
un haz de electrones que barre un aacuterea determinada sobre la superficie de la
muestra tal como se muestra la Figura 10 La teacutecnica consiste en hacer incidir en
la muestra un haz de electrones Este bombardeo de electrones provoca la
aparicioacuten de diferentes sentildeales que captadas con detectores adecuados
proporcionan informacioacuten acerca de la naturaleza de la muestra
22
Figura 10 Esquema de un microscopio electroacutenico de barrido Fuente Elaboracioacuten
propia
Equipamiento
Las materiales se analizaron tomando 10 mg de muestra deposinatnadolos en un
porta objeto de aluminio y posteriormente fue analizado en microscopio SEM
modelo JEOL JSM-6380LV
425 Anaacutelisis Termogravimeacutetrico (TGA)
El anaacutelisis termogravimeacutetrico (TGA) es una teacutecnica que consiste en la medida
continua en funcioacuten de la temperatura de la ganancia o peacuterdida de la masa de un
compuesto en una atmoacutesfera determinada [69] Este anaacutelisis suministra
informacioacuten acerca de la estabilidad teacutermica y la composicioacuten porcentual de la
muestra original La instrumentacioacuten utilizada en termogravimetriacutea se denomina
termobalanza y consta baacutesicamente de cinco elementos balanza de precisioacuten
horno calefactor controlado por un programador sensor de temperatura (termopar)
sistema de admisioacuten de gases y sistema de adquisicioacuten de datos Las condiciones
requeridas para la balanza son anaacutelogas a cualquier balanza analiacutetica exactitud
sensibilidad y reproducibilidad
23
Equipamiento
Las muestras fueron llevadas a un analizador teacutermico modelo TGASDTA 851e
Los perfiles de descomposicioacuten teacutermica se barrieron entre 25-1000degC a una
velocidad de calentamiento de 5degC min-1 en un flujo de 20 mLmin-1 de N2 u O2
empleando un crisol de Al2O3
426 Isotermas de Adsorcioacuten-Desorcioacuten de N2 a -196degC
La caracterizacioacuten superficial de materiales porosos como oacutexidos metaacutelicos
zeolitas o poliacutemeros orgaacutenicos mediante isotermas de adsorcioacuten-desorcioacuten permite
determinar paraacutemetros tales como el aacuterea superficial el volumen y la distribucioacuten
del tamantildeo de poros [13 70] Cualquier material soacutelido que contiene cavidades
canales o intersticios puede ser considerado como poroso (Figura 11) Los poros
se pueden clasificar en cerrados y abiertos Los cerrados son aquellos que influyen
en propiedades macroscoacutepicas como densidad o resistencia mecaacutenica pero no
son accesibles a procesos de adsorcioacuten Los abiertos a su vez se pueden
clasificar seguacuten su forma o manera de conexioacuten con el exterior La rugosidad de la
superficie externa de la muestra se distingue de la porosidad en que su
profundidad es menor que su anchura
Figura 11 Representacioacuten esquemaacutetica de un soacutelido poroso [71]
24
La estructura porosa se analiza mediante isotermas de adsorcioacuten de gases Esta
consiste en la adsorcioacuten fiacutesica de un gas (adsorbato) sobre un soacutelido (adsorbente)
a una temperatura dada para distintas presiones relativas de gas
Los adsorbatos maacutes utilizados son el N2 CO2 CO NO benceno y algunos
hidrocarburos alifaacuteticos de cadena corta La adsorcioacuten de N2 a -196degC (77 K) es la
maacutes utilizada debido a que cubre todo el rango de porosidad e interacciona
deacutebilmente con la mayoriacutea de los soacutelidos Ademaacutes la misma isoterma puede ser
utilizada para el anaacutelisis del tamantildeo de poro y para superficie especifica empleando
una variedad de modelos El modelo maacutes usado es el de Brunauer-Emett-Teller
(BET) el cual se basa en dos hipoacutetesis principales a) la superficie del adsorbente
se supone uniforme y no porosa b) las moleacuteculas del gas se adsorben sobre la
superficie en capas sucesivas completas o no en equilibrio dinaacutemico entre siacute y
con las moleacuteculas del gas [72 73]
Equipamiento
Los valores de superficie especiacutefica se obtuvieron a partir de las isotermas de
adsorcioacuten de nitroacutegeno a -196degC realizados en un equipo automaacutetico Micromeritics
modelo ASAP 2010 en el rango de presioacuten relativa de 005-03 Se utilizoacute el meacutetodo
BET para calcular las superficies especiacuteficas utilizando la parte lineal del graacutefico de
acuerdo con las recomendaciones de la IUPAC El volumen de poro y las
distribuciones de tamantildeo de poro fueron calculados a partir de las ramas de
desorcioacuten de las isotermas utilizando el meacutetodo de Barret-Joyner-Halenda (BHJ)
427 Magnetizacioacuten del material
Cuando un material se expone a un campo magneacutetico el giro de sus electrones
producen un momento magneacutetico paralelo al campo al que estaacute expuesto esto es
en el material se ha inducido una magnetizacioacuten (M) que es proporcional al campo
magneacutetico externo (H)
25
En la Figura 12 se observa la curva de magnetizacioacuten de un material
ferromagneacutetico que corresponde a un graacutefico de la magnetizacioacuten (M) frente a un
campo aplicado (H) Inicialmente a medida que aumenta la intensidad del campo
aplicado H M tambieacuten aumenta hasta alcanzar el punto de saturacioacuten Ms
Entonces cuando la intensidad del campo H comienza a disminuir por debajo del
punto de saturacioacuten M no lo hace en la misma proporcioacuten que antes sino que a
valores correspondientes a la curva superior Esto comportamiento se conoce
como histeacuteresis y se produce porque los dominios magneacuteticos que se alinean con
un incremento del campo no vuelven a su orientacioacuten original si el campo es
menor Cuando el campo aplicado H regresa al valor cero el material aun
presenta magnetizacioacuten denominada magnetizacioacuten remanente Mr Para eliminar
la magnetizacioacuten remanente se debe aplicar un campo Hc en sentido contrario al
campo inicialmente aplicado conocido como campo coercitivo Si se continuacutea
aumentando el campo se produce otra saturacioacuten en direccioacuten contraria Si desde
esa posicioacuten se disminuye el campo aplicado se vuelve a repetir el mismo
comportamiento dando lugar auacuten ciclo de histeacuteresis [74]
Figura 12 Representacioacuten de curva de magnetizacioacuten para un material
ferromagneacutetico [74]
26
Los paraacutemetros Ms Mr y Hc obtenidos a partir de la curva de magnetizacioacuten
corresponden a propiedades intriacutensecas de un material aunque los uacuteltimos dos
paraacutemetros mencionados no solo depende del tipo del material sino ademaacutes del
tamantildeo y forma del material temperatura y defecto del material [75]
Con la finalidad de comparar el comportamiento magneacutetico de diferentes materiales
frente a un campo aplicado eacutestos se pueden clasificar en diamagneacutetico
paramagneacutetico ferromagneacutetico (Figura 12) ferrimagneacutetico superparamagneacutetico
antiferromagneacutetico El instrumento maacutes utilizado en los anaacutelisis de materiales
magneacuteticos es el magnetoacutemetro de muestra vibrante (VSM) disentildeado para la
medicioacuten de la magnetizacioacuten y del cual se obtiene el ciclo de histeacuteresis [76 77]
Equipamiento
Para las curvas de magnetizacioacuten se pesaron 10 mg de las muestras las que se
depositaron en caacutepsula de policarbonato Dicha caacutepsula fue llevada al portamuestra
del magnetoacutemetro de muestra vibrante (VSM) modelo MLVSM9 MagLab 9T Oxford
Instrument Todas las mediciones se realizaron a 17degC
428 Adsorcioacuten de Faacutermacos en Nanotubo Fe3O4 y en nanotransportador
hiacutebrido Fe3O4-PAMAM
Los ensayos se disentildearon para seguir la adsorcioacuten del faacutermaco en funcioacuten del
tiempo Para ello en un vaso de precipitado colocado sobre una placa agitadora
con control de temperatura se contactan 200 mL de una disolucioacuten acuosa de SIL
(005 mgmL) con 10 mg del nanotransportador dispersos en 2 mL de agua
desionizada y colocados en el interior de bolsa de diaacutelisis (Thermo Scientific
SnakeSkin Dialysis Tubing 10K MWCO 22mm) tal como se muestra
esquemaacuteticamente en la Figura 13 La cineacutetica de la adsorcioacuten se siguioacute por medio
de espectroscopia de UV-visible tomando aliacutecuotas de 10 mL y monitoreadas a
una longitud de onda de maacutexima absorcioacuten (λmaacutex) del faacutermaco (288 nm) cada una
hora empleando un espectrofotoacutemetro UV-VIS (UV2310IISpectrophotometer) hasta
27
que no se detecta variacioacuten en las lecturas absorbancia en funcioacuten
Figura 13 Esquema del sistema de adsorcioacuten de faacutermacos en los
nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
El mismo procedimiento fue empleado para evaluar la capacidad de encapsulacioacuten
de piroxicam (PRX) donde se empleoacute una concentracioacuten inicial de 001 mgmL y
las medidas de absorbancia se siguieron a λmaacutex = 350 nm Todas las medidas de
absorbancia se realizaron por triplicado y la cuantificacioacuten se realizoacute empleando las
respectivas curvas de calibracioacuten de cada faacutermaco Para ambos sistemas NT-
Fe3O4 y Fe3O4-PAMAM las medidas de encapsulacioacuten se realizaron por duplicado
28
5 DISCUSIOacuteN Y ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
51 Caracterizacioacuten de los nanomateriales
511 Espectroscopia de infrarrojo con transformada de Fourier
La caracterizacioacuten espectroscoacutepica por FT-IR entrega informacioacuten sobre los
grupos superficiales existente en una muestra En la Figura 14 se observa el
espectro de NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM En el caso de NT-Fe3O4 se observa
una banda a 574 cm-1 que corresponde al stretching del enlace de Fe-O de la
magnetita seguido por la banda ubicada entre 945-980 cm-1 asociada al bending
del enlace FendashOndashH atribuido a los grupos hidroxilos adsorbidos en la superficie de
NT-Fe3O4 El bending a 1628 cm-1 se asigna a la vibracioacuten de las moleacuteculas de
H2O fisisorbidas sobre la superficie de la magnetita [78] por uacuteltimo entre 3090-
3430 cm-1 se observa una banda ancha correspondiente al stretching de los
grupos FendashOH superficiales [79 80]
Figura 14 Espectro FT-IR de (a) NT-Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-PAMAM Fuente
Elaboracioacuten propia
29
El NT-Fe3O4-PAMAM tiene un espectro similar al NT-Fe3O4 pero se pueden
identificar la banda asociada al bending N-H de las aminas primarias del PAMAM
a 1541 cm-1 mientras que a 1638 cm-1 se observa una banda atribuida al grupo
carbonilo (C=O) de las amidas que componen ramas de crecimiento internas del
dendriacutemero Las bandas entre 2849-2912 cm-1 corresponden a los stretching de
los grupos metileno (-CH2-) presentes en el agente de acople GPTMS y en la
cadena alifaacutetica del dendriacutemero PAMAM [13 81] Por uacuteltimo la banda de vibracioacuten
atribuida de los grupos ndashNH2 terminales se solapa con la sentildeal de los grupos ndashOH
de la superficie del NT-Fe3O4 Con lo anterior se verifica la presencia del
dendriacutemero PAMAM y la superficie del NT-Fe3O4 utilizando como agente de
acople GPTMS
512 Anaacutelisis Termogravimeacutetrico
Por medio del estudio de TGA se ha podido determinar la cantidad de PAMAM
conjugada en el soacutelido NT-Fe3O4 En la Figura 15 se muestran las curvas de
peacuterdida de masa porcentual en funcioacuten de la temperatura para los tres sistemas
preparados En el caso de NT-Fe3O4 se observa una curva continua hasta
alrededor de los 200degC donde comienza la peacuterdida de materia que corresponde a
desorcioacuten de agua fuertemente fisisorbida en el material En una segunda etapa a
500degC se detecta la peacuterdida en masa atribuida a la oxidacioacuten de las especies Fe2+
a Fe3+ con la consecuente peacuterdida de agua [82 83]
2Fe3O4 (s) + 12O2 (g) rarr 3Fe2O3 (s)
Posterior a 650degC se detecta una continua peacuterdida de masa la que se asume
corresponde a la deshidroxilacioacuten de las especies Fe-OH remanentes de la
formacioacuten de Fe2O3 Cuando al material se le inmoviliza el agente de acople
GPTMS se observa un perfil de peacuterdida en masa diferente al material de partida
La temperatura de inicio es de alrededor de 250degC en la cual comienza la
combustioacuten de la materia orgaacutenica atribuida al anclaje del agente de acople en la
30
superficie de NT-Fe3O4 finalizando alrededor de los 430degC En la zona del
termograma que denota la oxidacioacuten de las especies Fe2+ a Fe3+ se observa un
desplazamiento a 550degC atribuido a la estabilizacioacuten superficial que le confieren
los enlaces Fe-O-Si que se han formado durante el proceso de anclaje [84 85]
Figura 15 Termogramas de los materiales realizados en atmoacutesfera de O2 (a) NT-
Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-GPTMS y (c) NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten
propia
La diferencia en las masas remanentes entre ambas curvas ha permitido estimar
la cantidad de GPTMS que se ha inmovilizado en NT-Fe3O4 el cual se resume en
la Tabla 2 Soacutelo se puede determinar un estimado por esta teacutecnica pues se sabe
que las especies Fe-O-Si presente en la muestra se pueden sustituir en la matriz
del NT-Fe3O4 durante el proceso produciendo la mineralizacioacuten del GPTMS
4(Fe-O)3Si(CH2)3-(CH2OCH2)(s) + 25O2(g) rarr 2(Fe-O)3Si-O-Si(O-Fe)3(s) +
20CO2(g) + 16H2O(g)
31
Lo que al mismo tiempo podriacutea provocar el desplazamiento de la oxidacioacuten de las
especies Fe2+ a temperaturas superiores
Tabla 2 Porcentaje de peacuterdida de masa y material acoplado GPTMS y PAMAM
(G3) al NT-Fe3O4 Fuente Elaboracioacuten propia
Por uacuteltimo para el material hiacutebrido NT-Fe3O4-PAMAM muestra un perfil de
peacuterdida de masa continua desde los 75degC en adelante atribuido a la desorcioacuten de
H2O fisisorbida la que se incrementa respecto de los materiales precursores
atribuidos a la alta capacidad de adsorber agua por parte del dendriacutemero
inmovilizado en superficie Por sobre los 250degC comienza una segunda etapa de
peacuterdida en masa la que corresponde a la calcinacioacuten de la materia orgaacutenica
conferida por GPTMS-PAMAM la que ocurre en dos etapas 1) combustioacuten de la
materia orgaacutenica alifaacutetica (250degC) y 2) a la combustioacuten asociada a los enlaces
amidas de la ramas de crecimiento de PAMAM (450degC) la que al mismo tiempo se
acopla con la oxidacioacuten de la especies Fe2+ del material inorgaacutenico Comparando
los resultados obtenidos para NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-GPTMS se puede estimar el
contenido de PAMAM conjugado a la nanoestructura lo cual se resume en la
Tabla 2 Con estos resultados se puede inferir que la reaccioacuten de inmovilizacioacuten ha
afectado el contenido en masa del material el que se puede atribuir a la
conjugacioacuten de PAMAM en los NT-Fe3O4
513 Isotermas de Adsorcioacuten-Desorcioacuten de N2 a -196degC
Las isotermas de adsorcioacutendesorcioacuten de N2 a -196degC de los materiales NT-Fe3O4
y NT-Fe3O4-PAMAM se presentan en la Figura 16 Ambas isotermas son del tipo
IV de acuerdo a la calificacioacuten BDDT tiacutepica de soacutelidos mesoporosos y con ciclo
de histeacuteresis tipo H1 [72 73] caracteriacutesticas de capilares de forma tubular con
Material () (μmolg) (μmolm2)
NT-Fe3O4-GPTMS 39 165 66
NT-Fe3O4-PAMAM 168 243 097
32
abertura en sus extremos En la Tabla 3 se resumen los valores de superficies
especiacuteficas (SBET) distribuciones de tamantildeo promedio de poro de los materiales
(dPoro) y volumen total (VPoro) mostrando que la funcionalizacioacuten con GPTMS
seguido por la inmovilizacioacuten con dendriacutemero PAMAM en la superficie del NT-
Fe3O4 provoca una disminucioacuten de los valores
Figura 16 Isoterma de adsorcioacutendesorcioacuten de N2 a -196degC para (a) NT-Fe3O4 y (b)
NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Lo anterior se debe a que el GPTMS y PAMAM producen el cubrimiento parcial
de la superficie del material tubular NT-Fe3O4 lo que lleva a que los poros se
cierren o tapen estrechando sus cavidades y haciendo que el proceso de
desorcioacuten ocurra a menores presiones relativas Lo descrito con anterioridad
concuerda con el cambio en el ciclo de histeacuteresis gracias a una disminucioacuten del
diaacutemetro promedio de poro o bien un aumento en el grosor de la pared del
material tubular Esto es una evidencia experimental de la modificacioacuten superficial
del nanotubo la que presumiblemente ocurre de forma preferente en la superficie
interna del material
33
Tabla 3 Superficie especiacutefica tamantildeo promedio de poro y volumen de poro
determinadas por las de BET y BJH [73 86] para los materiales en base a NT-
Fe3O4 sintetizados Fuente Elaboracioacuten propia
condiciones normales Presioacuten y temperatura
514 Difraccioacuten de Rayos X
En la Figura 17 se muestran los perfiles de DRX para de NT α-Fe2O3 NT-Fe3O4 y
NT-Fe3O4-PAMAM El primer material corresponde a NT α-Fe2O3 debido a la
siacutentesis previa de nanotubos de hematita precursor de los nanotubos de
magnetita Se observan las difracciones propias de la hematita la cual coincide
con su estructura hexagonal (JCDS 33-0664) [87-89] Ademaacutes en la figura 17 se
observa la desaparicioacuten y aparicioacuten de picos desde el primer al segundo material
en este uacuteltimo aparecen los picos de la magnetita esto indica la reaccioacuten de
reduccioacuten de la hematita a magnetita con el consecuente cambio estructural
Los materiales NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM se detectan las difracciones tiacutepicas
para Fe3O4 con estructura cristalina del tipo magnetita la cual corresponde a una
estructura cuacutebica centrada en la cara de tipo espinela (AB2O4) inversa (JCPDS 19-
0629) [29 79 80] La modificacioacuten superficial con agente de acople seguido por el
acoplamiento con dendriacutemero PAMAM no provoca cambios en la estructura
cristalina del material NT-Fe3O4
Material SBET
(m2g-1)
dPoro
(nm)
VPoro
(cm3g-1)
NT-Fe3O4 59 33 01
NT-Fe3O4-PAMAM 25 19 005
34
Figura 17 Difractograma de rayos X para (a) NT α-Fe2O3 (b) NT-Fe3O4 y (c) NT-
Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
515 Microscopiacutea Electroacutenica de Barrido y Transmisioacuten
La estructura tubular de estos materiales se siguioacute por medio de microscopiacutea
electroacutenica de barrido y transmisioacuten En relacioacuten a la morfologiacutea superficial se
puede observar en la Figura 18 que en ambos materiales muestran la forma tiacutepica
de materiales nanotubulares huecos lo cual ratifica los resultados en la forma de
los ciclos de histeacuteresis observados en la caracterizacioacuten por isotermas de
adsorcioacuten de N2 a -196degC (Figura 16) En relacioacuten a la modificacioacuten superficial del
material NT-Fe3O4 con GPTMS y PAMAM se mantiene la morfologiacutea del material
inorgaacutenico en acuerdo con la caracterizacioacuten por DRX
35
Figura 18 Imaacutegenes de SEM de los materiales (a) NT-Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-
PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Para poder determinar de forma directa los tamantildeos partiacutecula longitud y diaacutemetro
de NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM se ha realizado la caracterizacioacuten por TEM y
sus respectivas micrografiacuteas se muestran en la Figura 19 Al igual que en el caso
de SEM se observan nanoestructuras que muestran una morfologiacutea definida de
tipo tubular con una cavidad regular abierta en sus extremos
A traveacutes del conteo de los nanotubos y la medicioacuten directa de sus tamantildeos se han
determinado las curvas de distribucioacuten para el largo y diaacutemetro externo de los
nanotubos tal como se muestra en la Figura 19 Los valores promedio del largo
fueron del orden de 280 y 286 nm y los diaacutemetros externos fueron 151 y 159 nm
para NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM respectivamente Al comparar las imaacutegenes y
sus correspondientes dimensiones obtenidas se puede observar que la
morfologiacutea del material no se ve afectada al modificar la superficie del NT-Fe3O4
durante el proceso de conjugacioacuten con el dendriacutemero PAMAM
(b) (a)
36
Figura 19 Micrografiacuteas de TEM de NT-Fe3O4 (a b) NT-Fe3O4-PAMAM (e f) y las
curvas de distribucioacuten del largo (c g) y diaacutemetro externo (d h) para ambos NT-
Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM respectivamente Fuente Elaboracioacuten propia
(a) (b)
(h) (g)
(f) (e)
(d) (c)
37
516 Propiedades magneacuteticas
Las propiedades magneacuteticas de NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM fueron estudiadas
por medio de un anaacutelisis VSM y las curvas de magnetizacioacuten se muestran en la
Figura 20 dando como resultado para ambos materiales la propiedad
ferrimagneacutetica Aquello se debe a que la foacutermula de la magnetita Fe3O4 puede
escribirse en la forma Fe3+[Fe2+Fe3+]O4 seguacuten la foacutermula general AB2O4 de tipo
espinela inversa Donde la mitad de los cationes Fe3+ ocupan sitios tetraeacutedricos
mientras que la otra mitad de Fe3+ y los cationes Fe2+ ocupan los sitios
octaeacutedricos Los cationes de Fe3+ se distribuyen por tanto en dos posiciones
diferentes en la estructura pero con direcciones opuestas de espiacuten magneacutetico por
lo tanto los momentos magneacuteticos de los cationes Fe3+ se anulan entre siacute
mientras que los momentos magneacuteticos de los cationes Fe2+ que posee espiacuten de
menor magnitud comparado con Fe3+ son los responsables del momento
magneacutetico neto en la magnetita [27 77 90] De la graacutefica de la Figura 20 se
observa que el ciclo de magnetizacioacuten muestra un ciclo de histeacuteresis de similares
caracteriacutesticas Este resultado permite suponer que la modificacioacuten con el agente
de acople GPTMS y posterior anclaje de PAMAM no perturboacute las propiedades
magneacuteticas del soporte durante la siacutentesis De la Figura 20 se pueden extraer el
valor de la magnetizacioacuten remanente (Mr) y coercitividad (Hc) en ausencia del
campo aplicado y el valor de magnetizacioacuten de saturacioacuten (Ms) los cuales se
resumen en la Tabla 4
Tabla 4 Resumen de paraacutemetros magneacuteticos para los materiales preparados a
17degC Fuente Elaboracioacuten propia
Material Ms
(emug)
Mr
(emug)
Hc
(Oe)
Fe3O4 bulk 92 - lt 100
NT-Fe3O4 67 16 249
NT-Fe3O4-PAMAM 58 10 240
38
Los valores de Ms que se encuentran en los materiales nanoestructurados son
generalmente maacutes pequentildeos que la magnetita bulk lo cual puede ser atribuido al
aumento de efectos superficiales y a la presencia de dendriacutemero PAMAM A su
vez se han reportado valores experimentales para Ms en nanopartiacuteculas de
magnetita que abarcan entre 30-50 emug inferior al valor del mineral magnetita
90 emug [39 91-93] Por el contrario los valores de Hc encontrados para ambas
nanoestructuras son mayores al ser comparado con la magnetita bulk debido a la
disminucioacuten del tamantildeo de partiacutecula
39
Figura 20 Curva de magnetizacioacuten obtenida para NT-Fe3O4 (a b) y NT-Fe3O4-
PAMAM (c d) utilizando un magnetoacutemetro de muestra vibrante (VSM) a 17degC
Fuente Elaboracioacuten propia
(a) (b)
(c) (d)
40
52 Estudios de la adsorcioacuten de Faacutermacos en Nanotubo Fe3O4 y en
nanotransportador hiacutebrido Fe3O4-PAMAM
521 Faacutermacos de intereacutes
Luego de la caracterizacioacuten de los materiales puro e hiacutebrido se procedioacute a realizar
en cada uno de ellos la adsorcioacuten de faacutermacos Esto con la finalidad de determinar
el tiempo y capacidad maacutexima de adsorcioacuten mediante estudios de cineacutetica de
adsorcioacuten
En esta investigacioacuten se ha decidioacute emplear dos clases de faacutermacos poco solubles
para estudiar la capacidad de adsorcioacuten de los nanotransportadores sintetizados
El piroxicam (PRX M 331348 gmol) es una clase de faacutermaco antiinflamatorio no
esteroidal perteneciente al grupo oxicam [94 95] como se observa en la Figura
21 (a) posee un grupo enoacutelico (pKa 18) y un grupo piridiacutenico (pKa 63) [96 97]
presenta propiedades analgeacutesicas antipireacuteticas a su vez alivia dolores para la
artritis reumatoide la artrosis y los siacutentomas de la dismenorrea [59]
(a) (b)
Figura 21 Estructuras de los faacutermacos de intereacutes (a) Piroxicam y (b) Silibinina
Fuente Elaboracioacuten propia
41
No obstante PRX provoca efectos secundarios principalmente uacutelceras gaacutestricas
ademaacutes es praacutecticamente insoluble en agua [98 99] Para reducir estos efectos
existen investigaciones que tienen relacioacuten con el transporte y liberacioacuten de
faacutermacos que pueden cargar eficazmente el faacutermaco para apuntar hacia el sitio de
accioacuten aumentando la eficacia terapeacuteutica y reducir al miacutenimo los efectos
secundarios donde sistemas de microesferas de albuacutemina de suero bovino han
sido utilizadas para la liberacioacuten piroxicam [100]
El otro faacutermaco de intereacutes estudiado es la silibinina (SIL M 48244 gmol) que es
un flavonoide polifenoacutelico natural que se aiacutesla de la planta de cardo de leche
Silybum marianum Posee cinco grupos hidroxilos un grupo carbonilo y tres
grupos fenilos tal como se muestra en la Figura 21 (b) Esta moleacutecula tiene varios
grupos ionizables con sus respectivos pKa1 70 pKa2 877 pKa3 957 pKa4
1166 [101] y ha sido ampliamente utilizada por sus efectos hepatoprotectores
Sin embargo la eficacia de silibinina como faacutermaco estaacute muy limitada debido a su
escasa solubilidad en agua y una baja biodisponibilidad despueacutes de su
administracioacuten oral A fin de superar los defectos de la silibinina libre muchos
enfoques se han adoptado como son los sistemas de entrega liposomal de
transporte lipiacutedicos nanoestructurados de complejo silibinina-fosfoliacutepido y
nanosuspensiones [102]
Es importante notar que los estudios de la cineacutetica de adsorcioacuten son
determinantes en teacuterminos de conocer coacutemo variacutea la concentracioacuten de faacutermaco
adsorbida en funcioacuten del tiempo para una proporcioacuten faacutermacoadsorbente dada La
cineacutetica de adsorcioacuten permite conocer el tiempo en que se realiza el proceso de
adsorcioacuten y ha de practicarse antes de la determinacioacuten de una isoterma de
adsorcioacuten Puesto que se trabaja con disolucioacuten se debe en cuenta los factores
que influyen en el proceso ya que el tiempo necesario para alcanzar el equilibrio
estaacute en funcioacuten de las caracteriacutesticas del adsorbente y del adsorbato de la
quiacutemica de la disolucioacuten de la temperatura y del pH La data de la cineacutetica de
adsorcioacuten de los faacutermacos en los nanotransportadores se ajustoacute a los modelos
42
cineacuteticos de pseudo-primer orden pseudo-segundo orden y cineacuteticas que
involucran quimisorcioacuten [103-106] para ambos nanotransportadores en presencia
de los faacutermacos PRX y SIL
De forma general se puede decir que el modelo de pseudo-primer orden o modelo
de Lagergren se basa en la suposicioacuten de que cada moleacutecula de adsorbato se
adsorbe en un sitio del adsorbente lo cual en teacuterminos de cineacutetica de reaccioacuten se
expresa como
(1)
y la forma integrada de esta ecuacioacuten queda definida como
(2)
donde la qe y qt (mgfarmgads) son la cantidad maacutexima de faacutermaco adsorbida una
vez alcanzado el equilibrio (trarr) y la cantidad de faacutermaco adsorbida al tiempo t
respectivamente y k1 (h-1) es la constante cineacutetica de pseudo-primer orden
Para el caso del modelo de pseudo-segundo orden o modelo de Ho desarrollado
por Ho y McKay [107] supone que el adsorbato se adsorbe en dos sitios activos
del adsorbente En este caso la ecuacioacuten de la cineacutetica de adsorcioacuten se expresa
como
(3)
y la forma integrada de esta ecuacioacuten queda definida como
(4)
43
donde k2 (gadsmgfarmmiddoth) es la constante cineacutetica de adsorcioacuten de pseudo-segundo
orden Es importante mencionar que ambos modelos cineacuteticos se basan en la
homogeneidad de la superficie del adsorbente y donde soacutelo se considera la
cantidad de sitios involucrados en el proceso Esto se puede interpretar en
teacuterminos cineacuteticos en que la energiacutea de activacioacuten asociada a la adsorcioacuten del
faacutermaco en la superficie es constante y uacutenica en todos los sitios del adsorbente
No obstante cuando la superficie es heterogeacutenea en los sitios de adsorcioacuten se
observa que los modelos propuestos pueden perder validez En estos casos se
prefiere emplear el modelo de Elovich de aplicacioacuten general en procesos de
quimisorcioacuten el cual supone que los sitios activos del adsorbente son
heterogeacuteneos y por ello exhiben diferentes energiacuteas de activacioacuten basaacutendose en
un mecanismo de reaccioacuten de segundo orden para un proceso de reaccioacuten
heterogeacutenea Este modelo ha mostrado resultados satisfactorios en la
identificacioacuten del mecanismo controlante en procesos de adsorcioacuten de un soluto
en fase liacutequida a partir de un soacutelido adsorbente [106 108] y queda descrito
matemaacuteticamente como
(5)
y la forma integrada de esta ecuacioacuten queda definida como
(5)
donde α (mgfarmgadsmiddoth) es la constante de velocidad inicial de adsorcioacuten y β estaacute
relacionado con la superficie cubierta y la energiacutea de activacioacuten por
quimiadsorcioacuten (mgfarmgads) denominada constante de velocidad de desorcioacuten
Finalmente debe considerarse tambieacuten alguna hipoacutetesis sobre el mecanismo de
difusioacuten de los faacutermacos al interior de la estructura de los nanotransportadores Un
modelo aceptado en la literatura es el de difusioacuten intraparticular en el interior de
44
los poros de la partiacutecula de adsorbente el que se basa en el transporte de soluto a
traveacutes de la estructura interna de los poros de adsorbente y la difusioacuten
propiamente dicha en el soacutelido lo que conlleva a asumir que el adsorbente posee
una estructura porosa homogeacutenea Weber y Morris (1963) concluyeron que en un
proceso controlado por la adsorcioacuten en los poros la velocidad inicial es
directamente proporcional a la concentracioacuten del soluto La difusioacuten intraparticular
se caracteriza por la dependencia entre la adsorcioacuten especiacutefica y la raiacutez cuadrada
del tiempo siendo la pendiente la velocidad de difusioacuten intraparticular
Con base en lo anterior la ecuacioacuten que define la difusioacuten intraparticular viene
dada por
(5)
Donde ki (mgfarmgadsmiddoth 12) es la constante de velocidad de difusioacuten intraparticular y
Ci entrega informacioacuten sobre el grosor de la capa de adsorbato [105] Esta
ecuacioacuten ha sido utilizada por diferentes investigadores para determinar si la
difusioacuten intraparticular es la etapa controlante de la dinaacutemica de adsorcioacuten de
especies ioacutenicas [109 110]
522 Adsorcioacuten de PRX
Las cineacuteticas de adsorcioacuten de ambos nanotransportadores para PRX se muestran
en la Figura 22 Para ellos se realizaron ajustes no lineales de la data
experimental y los valores obtenidos los cuales se reportan en la Tabla 5 Los
faacutermacos son moleacuteculas capaces de establecer interacciones supramoleculares
con nanomateriales las que dependeraacuten de los grupos funcionales que posean
del solvente en el cual se encuentran disueltos y el pH del medio Las
interacciones supramoleculares maacutes frecuentes son las electrostaacuteticas enlaces de
hidroacutegeno van der Waals e hidrofoacutebicas [111 112]
45
En el caso de lo nanotransportadores empleados en este estudio se observa que
ambos materiales adsorben PRX y los datos experimentales se ajustan a una
cineacutetica de pseudo-primer orden Se ha elegido este modelo pues las funciones
estadiacutesticas de coeficiente de correlacioacuten (R2) y el test de chi-cuadrado (χ2) el cual
es una prueba de hipoacutetesis que compara la distribucioacuten observada de los datos
con una distribucioacuten esperada de los datos Ambos caacutelculos se realizaron
mediante empleando el software Origin Pro 80 mediante la funcioacuten de anaacutelisis no
lineal donde se ajustaron los tres modelos estudiados
Figura 22 Cineacutetica y ajustes de modelos cineacuteticos de adsorcioacuten para PRX en los
nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Figura 23 Esquema propuesto para la adsorcioacuten de PRX en los sistemas
sintetizados (A) Fe3O4-NT y (B) Fe3O4-NT-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Sistema aislado Sistema en disolucioacuten
Sistema aislado Sistema en disolucioacuten
46
Tabla 5 Modelos cineacuteticos para la adsorcioacuten de PRX en los adsorbentes NT-
Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
qe exp (mgPRXgads) 391 487
Pseudo primer-orden (Modelo de Lagergren)
qe (mgPRXgads) 413 488
k1 (h-1) 0038 0079
R2 09964 09911
χ2 0817 287
Pseudo segundo-orden (Modelo de Ho)
qe (mgPRXgads) 539 566
k2 (gAdsmgPRXmiddoth) 649x10-4 168x10-3
R2 09921 09935
χ2 179 210
Quimisoricioacuten (Modelo de Elovich)
α (mgPRXgadsmiddoth) 595 1629
β (mgPRXg) 0100 0097
R2 09501 09613
χ2 1030 1085
Cabe mencionar que de acuerdo a los reportes Rozou y col [96] el faacutermaco PRX
al pH de adsorcioacuten se encuentra en su forma zwitterioacutenica El Fe3O4 es un material
inorgaacutenico que muestra un pI de 68 [113] A las condiciones de adsorcioacuten
estudiadas el pH del agua fue de 60 luego la superficie del NT-Fe3O4 se
encuentra cargada de forma positiva esperaacutendose que la interaccioacuten del faacutermaco
con el adsorbente sea mediada por interacciones electroestaacuteticas tal como se
muestra en el esquema de la Figura 23
Con la incorporacioacuten del PAMAM a la fase inorgaacutenica se observa un incremento
de un 25 en la capacidad de adsorcioacuten de PRX Esto se puede interpretar en
47
teacuterminos moleculares haciendo la aproximacioacuten de los moles disponibles de
PAMAM en funcioacuten de la cantidad adsorbida en comparacioacuten a NT-Fe3O4 sin
modificar Desde la Tabla 2 se sabe que hay una cantidad de 243 micromol de
PAMAM por gramo de adsorbente debido a que el incremento en la adsorcioacuten
fueron 96 mg de PRX (o 290 micromol de PRX) se puede asumir una estequiometriacutea
PRXPAMAM = 119 De acuerdo a reportes previos publicados por nuestro grupo
de investigacioacuten se sabe que PRX a pH 70 se adsorbe efectivamente en la
estructura PAMAM alcanzando una estequiometriacutea PRXPAMAM = 23 [59] En
este caso pH 60 no hay cambios significativos en la estructura del faacutermaco ni
en la del dendriacutemero por lo que deberiacutea haberse esperado un incremento
significativo de la adsorcioacuten de PRX en relacioacuten al nanotransportador NT-Fe3O4
Sin embargo este efecto no fue observado en el nanotubo hiacutebrido funcionalizado
con PAMAM Con estos resultados se puede asumir que la afinidad del PRX
mucho mayor por la adsorcioacuten en el material inorgaacutenico que por la adsorcioacuten en
los bolsillos de la cavidades internas del PAMAM
En relacioacuten a los resultados cineacuteticos se observa un aumento en la pseudo-
constante cineacutetica de adsorcioacuten siendo k1(NT-Fe3O4) lt k1(NT-Fe3O4-PAMAM) Para poder
interpretar el fenoacutemeno en forma mecaniacutestica la data experimental se ha ajustado
al modelo de difusioacuten intrapartiacutecula de Weber-Morris el que se muestra en la
Figura 24 En esta figura se puede observar tres segmentos lineales lo cual indica
que el proceso de adsorcioacuten de PRX en los nanotubos procede en tres etapas
para ambos sistemas Una situacioacuten similar ha sido observada en el caso de la
cineacutetica de adsorcioacuten de cefalosporina en micropartiacuteculas polimeacutericas por Cigu y
colaboradores quienes han descritos las diferentes etapas de la siguiente
forma[105]
a) Adsorcioacuten del adsorbato en la superficie del adsorbente
b) Difusioacuten intrapartiacutecula desde la zona externa a la superficie del adsorbente
c) Equilibrio de adsorcioacuten donde quedan muy pocos sitios disponibles para la
adsorcioacuten
48
Figura 24 Graacutefico de adsorcioacuten de PRX en los nanotransportadores sintetizados
considerando un modelo de difusioacuten intrapartiacutecula en tres etapas Fuente
Elaboracioacuten propia
Ambos sistemas muestran el mismo perfil de difusioacuten intrapartiacutecula y los valores
de las constantes de velocidad para las etapas (a) y (b) presentan valores
relativamente bajos aunque difieren levemente tal como se resume en la Tabla 6
En el caso de NT-Fe3O4 se observa que la etapa limitante corresponde a la
adsorcioacuten de PRX en la superficie del nanomaterial a diferencia de NT-Fe3O4-
PAMAM donde se observa que la etapa limitante es la difusioacuten intrapartiacutecula Esta
diferencia se puede explicar debido a que PAMAM posee grupos ndashNH2
superficiales que al pH de adsorcioacuten estaacuten protonados (ver Figura 23) lo que
incrementa la carga eleacutectrica superficial del nanotransportador este hecho podriacutea
provocar un aumento en la velocidad inicial de adsorcioacuten de PRX si los efectos
electroestaacuteticos gobiernan la velocidad de reaccioacuten en esta etapa considerando
que el PRX presenta una estructura dipolar a pH 60 Sin embargo en la etapa
subsiguiente caracterizada por la adsorcioacuten gradual de PRX las moleacuteculas de
PAMAM unidas covalentes a la superficie de NT-Fe3O4 dificultan el proceso de
difusioacuten intrapartiacutecula provocando una caiacuteda en la constante k(b)
49
Tabla 6 Modelo de difusioacuten intra-partiacutecula para la adsorcioacuten de PRX en los
adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM considerando dos etapas
determinantes en la adsorcioacuten del faacutermaco y una tercera de equilibrio Fuente
Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
Modelo de difusioacuten intrapartiacutecula (Modelo de Weber-Morris)
k(a) (mgPRXgadsh12) 311 766
R(a)2 09879 09903
k(b) (mgPRXgadsh12) 683 409
R(b)2 09872 09944
523 Adsorcioacuten de SIL
En la Figura 25 se muestran las graacuteficas cineacuteticas para la adsorcioacuten de SIL en los
dos nanotransportadores sintetizados Las consideraciones de ajuste de los
modelos cineacuteticos se hicieron de la misma forma que para los estudios realizados
con PRX y los valores obtenidos se resumen en la Tabla 7
Figura 25 Cineacutetica y ajustes de modelos cineacuteticos de adsorcioacuten para SIL en los
nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
50
El comportamiento de los sistemas frente a la adsorcioacuten de SIL muestra la misma
tendencia que la observada en el caso de PRX Ambos nanomateriales adsorben
SIL y la capacidad maacutexima se ve incrementada por la presencia de PAMAM Sin
embargo en este caso ambos sistemas nanotransportadores presentan una gran
afinidad por el faacutermaco obtenieacutendose cargas maacuteximas superiores a 650 mg de
SIL por gramo de nanomaterial valores muy superiores a los obtenidos en el caso
de PRX
El faacutermaco SIL se encuentra como moleacutecula neutra al pH de adsorcioacuten (pKa1 70
pKa2 877 pKa3 957 pKa4 1166) Para la adsorcioacuten en NT-Fe3O4 se espera
que las fuerzas que estaacuten predominando en la adsorcioacuten del faacutermaco sean del tipo
Van der Waals y enlace de hidroacutegeno entre los grupos funcionales de SIL y los
grupos hidroxilos de la NT-Fe3O4 Por otro lado las contribuciones hidrofoacutebicas
tambieacuten deberiacutean jugar un rol importante en la adsorcioacuten del faacutermaco en estos
nanomateriales especialmente en el sistema hiacutebrido NT-Fe3O4-PAMAM En el
caso del PAMAM estudios recientes realizados en nuestro grupo de investigacioacuten
han mostrado la gran afinidad que presenta el dendriacutemero por SIL y
experimentos NOESY han demostrado la adsorcioacuten de las moleacuteculas de SIL en las
cavidades internas del PAMAM
Asiacute para el material NT-Fe3O4-PAMAM se observa un incremento significativo de
la adsorcioacuten en relacioacuten al material inorgaacutenico En este caso el faacutermaco SIL
interacciona no solo con NT-Fe3O4 sino que tambieacuten con el dendriacutemero presente
Si se hace el caacutelculo entre la cantidad adsorbida de SIL en presencia de PAMAM
(1504 mg o 3117 micromol por gramo de adsorbente respectivamente) se obtiene
una relacioacuten molar de SILPAMAM = 128 Considerando esta evidencia puede
suponerse que el faacutermaco en el adsorbente NT-Fe3O4-PAMAM no soacutelo se adsorbe
en la superficie del oacutexido inorgaacutenico sino que tambieacuten se estaacute adsorbiendo en las
cavidades del PAMAM con estequiometriacuteas similares a las observadas para otros
faacutermacos insolubles previamente estudiados por nuestro grupo [51 59]
51
Tabla 7 Modelos cineacuteticos para la adsorcioacuten de SIL en los adsorbentes NT-Fe3O4
y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
qe exp (mgSILgads) 6750 8254
Pseudo primer-orden (Modelo de Lagergren)
qe (mgSILgads) 6853 8837
k1 (h-1) 0052 0062
R2 09975 09956
χ2 1656 4415
Pseudo segundo-orden (Modelo de Ho)
qe (mgSILgads) 8706 10233
k2 (gAdsmgSILmiddoth) 673x10-5 535x10-5
R2 09936 09954
χ2 4209 4576
Quimisorcioacuten (Modelo de Elovich)
α (mgSILgadsmiddoth) 1319 1956
β (mgSILg) 569x10-3 548x10-3
R2 09695 09510
χ2 18184 45945
En relacioacuten a los modelos de adsorcioacuten se observa que ambos sistemas se
ajustan mejor a cineacuteticas de pseudo-primer orden con respecto a la adsorcioacuten de
SIL con coeficientes de correlacioacuten y test de chi-cuadrado confiables para el
modelo Las constantes pseudo primer-orden son similares para ambos sistemas
k1(NT-Fe3O4) ~ k1(NT-Fe3O4-PAMAM) y del mismo orden de magnitud que las
determinadas en el caso de la adsorcioacuten de PRX En la Figura 25 se observa que
el maacuteximo de adsorcioacuten de SIL se alcanza a tiempos superiores a 50 horas para
ambos adsorbentes
52
Para entender de manera maacutes acabada la forma en que operan los fenoacutemenos
cineacuteticos de adsorcioacuten se ha realizado el ajuste de Weber-Morris para el modelo
de difusioacuten de intrapartiacutecula el que se muestra en la Figura 26 el cual nuevamente
revela un proceso de adsorcioacuten en tres etapas y los valores de las constantes de
velocidad para las etapas (a) y (b) presentan valores relativamente altos como se
resume en la Tabla 8
Figura 26 Graacutefico de adsorcioacuten de SIL en los nanotransportadores sintetizados
considerando un modelo de difusioacuten intrapartiacutecula en tres etapas Fuente
Elaboracioacuten propia
Considerando que a pH 60 el NT- Fe3O4 se encuentra en su forma protonada SIL
para adsorberse en la superficie del material deberaacute desplazar ese equilibrio para
ocupar un sitio de la superficie tal como se muestra en el siguiente esquema
Fe-OH + H2O [Fe-O-H-OH2]+
[Fe-O-H-OH2]+ + SIL [Fe-O-H-O-SIL] + H2O
Este equilibrio es el que determina la cineacutetica del proceso de adsorcioacuten en el caso
del adsorbente NT-Fe3O4 En el caso del nanotransportador hiacutebrido tambieacuten se
53
observa que la etapa de adsorcioacuten es la limitante de la velocidad del proceso
Comparando ambos sistemas se detecta que k(a)(NT-Fe3O4) ~ k(a)(NT-Fe3O4-PAMAM)
Esta diferencia se puede atribuir a la presencia del dendriacutemero PAMAM en el caso
del nanotransportador hiacutebrido En teacuterminos de naturaleza superficial se espera
que la asociacioacuten SIL-PAMAM incremente la velocidad del proceso con respecto al
nanotransportador inorgaacutenico
Tabla 8 Modelo de difusioacuten intra-partiacutecula para la adsorcioacuten de SIL en los
adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM considerando dos etapas
determinantes en la adsorcioacuten del faacutermaco y una tercera de equilibrio Fuente
Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
Modelo de difusioacuten intrapartiacutecula (Modelo de Weber-Morris)
k(a) (mgSILgadsh12) 577 885
R(a)2 09881 09935
k(b) (mgSILgadsh12) 1059 1135
R(b)2 09803 09828
54
6 CONCLUSIONES Y PERSPECTIVAS
Se logroacute sintetizar los nanotubos de magnetita NT-Fe3O4 obtenidos por la
reduccioacuten de los nanotubos de hematita α-Fe2O3 sintetizados a partir de
tratamiento hidrotermal Se verificoacute la estructura de la magnetita su forma tubular
y propiedades magneacuteticas a traveacutes de las teacutecnicas de caracterizacioacuten difraccioacuten de
rayos X microscopiacutea electroacutenica de transmisioacuten y medidas de susceptibilidad
magneacutetica respectivamente
El nanotubo inorgaacutenico obtenido sirvioacute de soporte para la conjugacioacuten de
dendriacutemero de poli-(amidoamina) de tercera generacioacuten el cual se logroacute inmovilizar
en la superficie de NT-Fe3O4 con un contenido del 16 en masa respecto del
material hiacutebrido El proceso de inmovilizacioacuten no perturboacute las propiedades del
soporte inorgaacutenico en relacioacuten a las propiedades magneacuteticas cristalinas o de
tamantildeo y forma
Los materiales obtenidos fueron capaces de actuar como adsorbentes de los
faacutermacos piroxicam y silibinina siendo eacuteste uacuteltimo quien mostroacute incrementar la
capacidad de adsorcioacuten en presencia de PAMAM Para ambos sistemas y
faacutermacos se determinaron las curvas cineacuteticas de adsorcioacuten donde se logroacute
determinar que independiente del faacutermaco ambos nanotransportadores muestran
ajustarse a cineacuteticas de pseudo-primer orden Finalmente la presencia de PAMAM
no soacutelo potencia la capacidad de adsorcioacuten en los faacutermacos testeados sino que
tambieacuten acelera la etapa de adsorcioacuten superficial con respecto a la determinada
para el adsorbente NT-Fe3O4 por medio del modelo de difusioacuten de Weber-Morris
Para el faacutermaco piroxicam se observoacute que la adsorcioacuten fue mediada
principalmente por interacciones del tipo electroestaacuteticas entre la forma
zwitterioacutenica de piroxicam y la superficie de los nanotransportadores La etapa
limitante de la cineacutetica adsorcioacuten para el caso de NT-Fe3O4 fue la adsorcioacuten
55
superficial y en el caso de NT-Fe3O4-PAMAM fue la etapa de difusioacuten
intrapartiacutecula
Finalmente para el faacutermaco silibinina se observoacute que la adsorcioacuten fue mediada
por las fuerzas de tipo Van der Waals y enlace de hidroacutegeno entre los grupos
funcionales de SIL y los grupos hidroxilos de NT-Fe3O4 Por otro lado las
contribuciones hidrofoacutebicas tambieacuten juegan un rol importante en la adsorcioacuten del
faacutermaco en estos nanomateriales especialmente en el sistema hiacutebrido NT-Fe3O4-
PAMAM Por uacuteltimo se determinoacute que la capacidad de adsorcioacuten se vio
directamente mejorada por la asociacioacuten PAMAM-SIL la que alcanzoacute una relacioacuten
molar SILPAMAM = 12 En ambos casos se observoacute que la etapa limitante de la
cineacutetica de adsorcioacuten fue la adsorcioacuten superficial de SIL en los adsorbentes
56
REFERENCIAS
[1] AZ Wilczewska K Niemirowicz KH Markiewicz H Car Pharmacological
Reports 64 (2012) 1020-1037
[2] S Parveen R Misra SK Sahoo Nanomedicine Nanotechnology Biology
and Medicine 8 (2012) 147-166
[3] V Grazu M Moros C Saacutenchez-Espinel MdlF Jesus V Grazu Frontiers
of Nanoscience Elsevier 2012 pp 337-440
[4] F Danhier O Feron V Preacuteat Journal of Controlled Release 148 (2010)
135-146
[5] A Wicki D Witzigmann V Balasubramanian J Huwyler Journal of
Controlled Release 200 (2015) 138-157
[6] JH Lee Y Yeo Chemical Engineering Science 125 (2015) 75-84
[7] S Manchun CR Dass P Sriamornsak Life Sciences 90 (2012
) 381-387
[8] JHE Arts M Hadi AM Keene R Kreiling D Lyon M Maier K Michel
T Petry UG Sauer D Warheit K Wiench R Landsiedel Regulatory Toxicology
and Pharmacology 70 (2014) 492-506
[9] KA Pramod CP Sunny Nanobiomaterials Handbook CRC Press 2011
pp 1-24
[10] A Khorsand S Jamehbozorgi R Ghiasi M Rezvani Physica E Low-
dimensional Systems and Nanostructures 72 (2015) 120-127
[11] V Loacutepez-Daacutevila AM Seifalian M Loizidou Current Opinion in
Pharmacology 12 (2012 ) 414-419
[12] P-C Lee C-L Peng M-J Shieh Journal of Controlled Release 225
(2016) 140-151
[13] CC Torres CH Campos C Diaacutez VA Jimeacutenez F Vidal L Guzmaacuten JB
Alderete Materials Science and Engineering C 65 (2016) 164-171
[14] CH Campos CF Diacuteaz JL Guzmaacuten JB Alderete CC Torres VA
Jimeacutenez Macromolecular Chemistry and Physics 217 (2016) 1712-1722
[15] D Chang Y Gao L Wang G Liu Y Chen T Wang W Tao L Mei L
57
Huang X Zeng Journal of Colloid and Interface Science 463 (2016) 279-287
[16] J Zaloga M Poumlttler G Leitinger RP Friedrich G Almer S Lyer E
Baum R Tietze R Heimke-Brinck H Mangge F Dorje G Lee C Alexiou
European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics 101 (2016) 152-162
[17] RS Dhanikula P Hildgen Bioconjugate Chemistry 17 (2006) 29-41
[18] A Kesavan P Ilaiyaraja W Sofi Beaula V Veena Kumari J Sugin Lal C
Arunkumar G Anjana S Srinivas A Ramesh SK Rayala D Ponraju G
Venkatraman European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics 96
(2015) 255-263
[19] S Biswas P Kumari PM Lakhani B Ghosh European Journal of
Pharmaceutical Sciences 83 (2016) 184-202
[20] ML Tebaldi RM Belardi SR Montoro Design and Applications of
Nanostructured Polymer Blends and Nanocomposite Systems William Andrew
Publishing Boston 2016 pp 171-186
[21] D Bansal A Gulbake J Tiwari SK Jain International Journal of
Biological Macromolecules 82 (2016) 687-695
[22] AS Timin EV Balantseva SY Khashirova EV Rumyantsev TY
Osadchaya Colloids and Surfaces A Physicochemical and Engineering Aspects
477 (2015) 26-34
[23] J Gautier E Allard-Vannier E Munnier M Souceacute I Chourpa Journal of
Controlled Release 169 (2013) 48-61
[24] SL Leung Z Zha C Cohn Z Dai X Wu Colloids and Surfaces B
Biointerfaces 121 (2014) 141-149
[25] Y Liu Y Ng MR Toh GNC Chiu Journal of Controlled Release 220
Part A (2015) 438-446
[26] G Xu L Li Z Shen Z Tao Y Zhang H Tian X Wei G Shen G Han
Journal of Alloys and Compounds 629 (2015) 36-42
[27] MF Horst V Lassalle ML Ferreira Frontiers of Environmental Science amp
Engineering 9 (2015) 746-769
[28] TJ Bastow A Trinchi MR Hill R Harris TH Muster Journal of
Magnetism and Magnetic Materials 321 (2009) 2677-2681
58
[29] S Bagheri D Ramimoghadam A TermehYousefi SB Abd Hamid
International Journal of Hydrogen Energy 40 (2015) 16178-16183
[30] G Kandasamy D Maity International Journal of Pharmaceutics 496 (2015)
191-218
[31] DS Keerthana K Namratha K Byrappa HS Yathirajan Journal of
Magnetism and Magnetic Materials 378 (2015) 551-557
[32] M Darroudi M Hakimi E Goodarzi R Kazemi Oskuee Ceramics
International 40 (2014) 14641-14645
[33] G Sharma P Jeevanandam RSC Advances 3 (2013) 189-200
[34] C-J Jia L-D Sun F Luo X-D Han LJ Heyderman Z-G Yan C-H
Yan K Zheng Z Zhang M Takano N Hayashi M Eltschka M Klaumlui U
Ruumldiger T Kasama L Cervera-Gontard RE Dunin-Borkowski G Tzvetkov J
Raabe Journal of the American Chemical Society 130 (2008) 16968-16977
[35] N Mizutani T Iwasaki S Watano T Yanagida T Kawai Current Applied
Physics 10 (2010) 801-806
[36] C-J Jia L-D Sun Z-G Yan L-P You F Luo X-D Han Y-C Pang Z
Zhang C-H Yan Angewandte Chemie 117 (2005) 4402-4407
[37] Z-G Yue W Wei Z-X You Q-Z Yang H Yue Z-G Su G-H Ma
Advanced Functional Materials 21 (2011) 3446-3453
[38] SJ Son X Bai SB Lee Drug Discovery Today 12 (2007) 650-656
[39] SJ Son J Reichel B He M Schuchman SB Lee Journal of the
American Chemical Society 127 (2005) 7316-7317
[40] GT Hermanson Bioconjugate Techniques (Third edition) Academic Press
Boston 2013 pp 535-548
[41] S Mallakpour M Madani Progress in Organic Coatings 86 (2015) 194-207
[42] P Yu J He L Yang M Pu X Guo Journal of Catalysis 260 (2008) 81-85
[43] X Zheng T Wang H Jiang Y Li T Jiang J Zhang S Wang Asian
Journal of Pharmaceutical Sciences 8 (2013) 278-286
[44] L Tan J Liu W Zhou J Wei Z Peng Materials Science and Engineering
C 45 (2014) 524-529
[45] ER Gillies JMJ Freacutechet Journal of the American Chemical Society 124
59
(2002) 14137-14146
[46] S Khoee K Hemati Polymer 54 (2013) 5574-5585
[47] U Gupta O Perumal SGKTL Deng Natural and Synthetic Biomedical
Polymers Elsevier Oxford 2014 pp 243-257
[48] U Boas PMH Heegaard Chemical Society Reviews 33 (2004) 43-63
[49] U Gupta HB Agashe A Asthana NK Jain Biomacromolecules 7 (2006)
649-658
[50] A Shakhbazau I Isayenka N Kartel N Goncharova I Seviaryn S
Kosmacheva M Potapnev D Shcharbin M Bryszewska International Journal of
Pharmaceutics 383 (2010) 228-235
[51] PA Barra L Barraza VA Jimeacutenez JA Gaviacuten JB Alderete
Macromolecular Chemistry and Physics 215 (2014) 372-383
[52] PM Patel R Patel D Wadia RM Patel Asian Journal of Pharmaceutical
Sciences 10 (2015) 306-313
[53] L Mei Z Zhang L Zhao L Huang X-L Yang J Tang S-S Feng
Advanced Drug Delivery Reviews 65 (2013) 880-890
[54] Sn Svenson DA Tomalia Advanced Drug Delivery Reviews 57 (2005)
2106-2129
[55] L Porcar Y Liu R Verduzco K Hong PD Butler LJ Magid GS Smith
W-R Chen The Journal of Physical Chemistry B 112 (2008) 14772-14778
[56] E Markatou V Gionis GD Chryssikos S Hatziantoniou A
Georgopoulos C Demetzos International Journal of Pharmaceutics 339 (2007)
231-236
[57] K Borowska S Wołowieca A Rubaj K Głowniakc E Sieniawska S
Radej International Journal of Pharmaceutics 426 (2012) 280-283
[58] S Kavyani S Amjad-Iranagh H Modarress The Journal of Physical
Chemistry B 118 (2014) 3257-3266
[59] PA Barra L Barraza VA Jimeacutenez JA Gaviacuten JB Alderete Structural
Chemistry 25 (2014) 1443-1455
[60] C Kojima K Kono K Maruyama T Takagishi Bioconjugate Chemistry 11
(2000) 910-917
60
[61] AK Patri JF Kukowska-Latallo JR Baker Jr Advanced Drug Delivery
Reviews 57 (2005) 2203-2214
[62] D Luong P Kesharwani R Deshmukh MCI Mohd Amin U Gupta K
Greish AK Iyer Acta Biomaterialia 43 (2016) 14-29
[63] X Xu J Li S Han C Tao L Fang Y Sun J Zhu Z Liang F Li
European Journal of Pharmaceutical Sciences 88 (2016) 178-190
[64] P-C Lin S Lin PC Wang R Sridhar Biotechnology Advances 32 (2014)
711-726
[65] C Baudot CM Tan JC Kong Infrared Physics amp Technology 53 (2010)
434-438
[66] JB Hall MA Dobrovolskaia AK Patri SE McNeil Nanomedicine 2
(2007) 709-803
[67] DB Williams CB Carter Transmission Electron Microscopy A Textbook
for Materials Science Springer US Boston MA 2009 pp 3-22
[68] H Wang PK Chu S Bose Characterization of Biomaterials Academic
Press Oxford 2013 pp 105-174
[69] M Rudolph J Erler UA Peuker Colloids and Surfaces A
Physicochemical and Engineering Aspects 397 (2012) 16-23
[70] T Zhao W Luo Y Deng Y Luo P Xu Y Liu L Wang Y Ren W Jiang
Nano Energy 26 (2016) 16-25
[71] F Rouquerol J Rouqueron K Sing Adsorption by Powders and Porous
Solids Academic Press 1999
[72] M Naderi Progress in Filtration and Separation Academic Press Oxford
2015 pp 585-608
[73] J Rouquerol F Rouquerol P Llewellyn G Maurin KSW Sing
Adsorption by powders and porous solids principles methodology and
applications Academic press 2014
[74] CP Poole FJ Owens Introduccioacuten a la nanotecnologiacutea Editorial Reverte
2007
[75] JL Kirschvink DS Jones BJ MacFadden Magnetite Biomineralization
and Magnetoreception in Organisms A New Biomagnetism Springer US 2013
61
[76] TM El-Alaily MK El-Nimr SA Saafan MM Kamel TM Meaz ST
Assar Journal of Magnetism and Magnetic Materials 386 (2015) 25-30
[77] DJ Dunlop Ouml Oumlzdemir Treatise on Geophysics (Second Edition)
Elsevier Oxford 2015 pp 255-308
[78] A Savić D Čokeša S Lazarević B Jokić D Janaćković R Petrović LS
Živković Powder Technology 301 (2016) 511-519
[79] S Rajput CU Pittman Jr D Mohan Journal of Colloid and Interface
Science 468 (2016) 334-346
[80] M Kumari CU Pittman Jr D Mohan Journal of Colloid and Interface
Science 442 (2015) 120-132
[81] Y Mansourpanah Z Jafari Reactive and Functional Polymers 93 (2015)
178-189
[82] S Sundar R Mariappan S Piraman Powder Technology 266 (2014) 321-
328
[83] P Roonasi A Holmgren Applied Surface Science 255 (2009) 5891-5895
[84] J Safari Z Zarnegar Journal of Molecular Structure 1072 (2014) 53-60
[85] KL Pickering S Raa Khimi S Ilanko Composites Part A Applied Science
and Manufacturing 68 (2015) 377-386
[86] AK Ladavos AP Katsoulidis A Iosifidis KS Triantafyllidis TJ
Pinnavaia PJ Pomonis Microporous and Mesoporous Materials 151 (2012) 126-
133
[87] VMdS Rocha MdG Pereira LR Teles MOdG Souza Materials
Science and Engineering B 185 (2014) 13-20
[88] JZ Marinho RHO Montes AP de Moura E Longo JA Varela RAA
Munoz RC Lima Materials Research Bulletin 49 (2014) 572-576
[89] PM Huang Y Li ME Sumner Handbook of Soil Sciences Properties and
Processes Second Edition Taylor amp Francis 2011
[90] C Klein CS Hurlbut Manual de mineralogiacutea Reverte 1996
[91] Y-F Lin J-L Chen C-Y Xu T-W Chung Chemical Engineering Journal
250 (2014) 409-415
[92] AK Gupta M Gupta Biomaterials 26 (2005) 3995-4021
62
[93] C Sun JSH Lee M Zhang Advanced Drug Delivery Reviews 60 (2008)
1252-1265
[94] N Rai M Sarkar S Raha Pharmacological Reports 67 (2015) 1215-1223
[95] Z Lavrič J Pirnat J Lužnik U Puc Z Trontelj S Srčič Journal of
Pharmaceutical Sciences 104 (2015) 1909-1918
[96] S Rozou A Voulgari E Antoniadou-Vyza European Journal of
Pharmaceutical Sciences 21 (2004) 661-669
[97] H-S Gwak J-S Choi H-K Choi International Journal of Pharmaceutics
297 (2005) 156-161
[98] RP Aquino G Auriemma M dacuteAmore AM DacuteUrsi T Mencherini P Del
Gaudio Carbohydrate Polymers 89 (2012) 740-748
[99] IE Shohin JI Kulinich GV Ramenskaya B Abrahamsson S Kopp P
Langguth JE Polli VP Shah DW Groot DM Barends JB Dressman
Journal of Pharmaceutical Sciences 103 (2014) 367-377
[100] R Silva H Ferreira AC Carvalho AC Gomes A Cavaco-Paulo Colloids
and Surfaces B Biointerfaces 92 (2012) 277-285
[101] M Meloun D Burkoˇnovaacute T Syrovyacute A Vraacutena Analytica Chimica Acta 486
(2003) 125-141
[102] D Zheng Y Wang D Zhang Z Liu C Duan L Jia F Wang Y Liu G
Liu L Hao Q Zhang Cancer Letters 307 (2011) 158-164
[103] Q Wang R Liu X Shen L Zou D Wu Journal of Nanoscience and
Nanotechnology 14 (2014) 2871-2877
[104] N Caliskan AR Kul S Alkan EG Sogut I Alacabey Journal of
Hazardous Materials 193 (2011) 27-36
[105] TA Cigu S Vasiliu S Racovita C Lionte V Sunel M Popa C Cheptea
European Polymer Journal 82 (2016) 132-152
[106] M Oumlzacar İA Şengil Process Biochemistry 40 (2005) 565-572
[107] YS Ho G McKay Process Biochemistry 34 (1999) 451-465
[108] AB Peacuterez-Mariacuten VM Zapata JF Ortuntildeo M Aguilar J Saacuteez M Lloreacutens
Journal of Hazardous Materials 139 (2007) 122-131
[109] BF Urbano I Villenas BL Rivas CH Campos Chemical Engineering
63
Journal 268 (2015) 362-370
[110] J Peacuterez L Toledo CH Campos BL Rivas J Yantildeez BF Urbano
Chemical Engineering Journal 287 (2016) 744-754
[111] JW Steed DR Turner K Wallace Core Concepts in Supramolecular
Chemistry and Nanochemistry Wiley 2007
[112] A Buczkowski D Waliszewski P Urbaniak B Palecz International
Journal of Pharmaceutics 505 (2016) 1-13
[113] M Kosmulski Advances in Colloid and Interface Science
4
El comportamiento de este material magneacutetico puede cambiar draacutesticamente
dependiendo del tamantildeo A medida que el tamantildeo de la estructura disminuye los
multidominios magneacuteticos cambian hasta obtener una estructura conformada por
un solo dominio magneacutetico [27-29] dando como resultado una nueva propiedad
magneacutetica denominada superpara-magnetismo Esta propiedad se define como la
capacidad de ciertos NM magneacuteticos que poseen alta susceptibilidad y saturacioacuten
de magnetizacioacuten bajo la influencia de un campo magneacutetico las que pierden
completamente una vez que se elimina el campo magneacutetico lo que resulta una
remanencia magneacutetica y coercitividad de cero [30] Debido a su baja toxicidad y
alta biocompatibilidad ademaacutes de la alta estabilidad mecaacutenica teacutermica y quiacutemica
la magnetita ha atraiacutedo mucho la atencioacuten para aplicaciones biomeacutedicas tales
como resonancia magneacutetica hipertermia magneacutetica terapia del caacutencer liberacioacuten
controlada de faacutermacos ingenieriacutea de tejidos entre otras [29-32]
Muchos esfuerzos tambieacuten se han llevado a cabo en la siacutentesis y propiedades de
las nanoestructuras de oacutexido de hierro con morfologiacuteas bien definidas como
nanocristales poliedros cubos varillas tubos entre otros [26] Varios meacutetodos
sinteacuteticos han sido reportados para la preparacioacuten de nanopartiacuteculas de oacutexido de
hierro que incluyen co-precipitacioacuten irradiacioacuten de ultrasonido siacutentesis
solvotermal siacutentesis hidrotermal microemulsioacuten siacutentesis viacutea microondas y la
descomposicioacuten teacutermica [33] La siacutentesis hidrotermal es una ruta de precipitacioacuten
en fase acuosa que se lleva a cabo en reactores que soportan altas presiones y
temperaturas la que se emplea ampliamente para sintetizar nanoestructuras
funcionales con formas especiacuteficas [26 27] ya que es un proceso simple y de alto
rendimiento con el cual se obtienen nano-arquitecturas de tamantildeo y morfologiacutea
reproducible [31]
Jia y colaboradores han reportado un proceso sencillo para producir nanoanillos
de Fe3O4 en el cual se utiliza la ruta hidrotermal con la participacioacuten de los
aniones dobles SO42- y H2PO4
- como controladores de la morfologiacutea para producir
Fe2O3 como base estructural el cual es sometido a un tratamiento de reduccioacuten en
5
atmoacutesfera de H2 para producir el material en base a magnetita [34] Este meacutetodo
abre la posibilidad de crear una gama de estructuras tridimensionales variando las
relaciones de iones SO42-H2PO4
- durante el tratamiento de siacutentesis hidrotermal
[34] Se ha demostrado que los iones SO42- tienen el efecto de aumentar el
tamantildeo de partiacutecula debido a que aumenta la superficie de las nanoestruturas
Fe2O3 formadas [35] La presencia de iones H2PO4- es el factor crucial que induce
la formacioacuten de una estructura tubular producto de la adsorcioacuten selectiva de iones
fosfato en la superficie de las partiacuteculas de Fe2O3 y su capacidad de coordinar con
los iones feacuterricos [36] Estas estructuras tubulares o nanotubos magneacuteticos (NT-
Fe3O4) no soacutelo conservan el fondo y la forma de una nanovarilla tambieacuten
proporcionan cavidad interna que lo proyectan como un material que permite la
encapsulacioacuten y liberacioacuten controlada de faacutermacos oligoacutemeros supramoleacuteculas
yo macromoleacuteculas entre otras especies [37] las cuales se pueden transportar
de forma segura en el sistema in vivo evitando la degradacioacuten hidroliacutetica o la
precipitacioacuten de faacutermacos hidroacutefobos durante la entrega en el sitio especiacutefico
La principal ventaja de los NT-Fe3O4 como transportadores de faacutermacos es que
pueden poseer la propiedad del para- o superpara-magnetismo para realizar un
seguimiento de la administracioacuten de faacutermacos El traslado de los NTs puede ser
controlado por un campo magneacutetico externo dirigieacutendolo de forma especiacutefica a los
sitios fisioloacutegicos de accioacuten [38] La combinacioacuten de las propiedades magneacuteticas
con una estructura tubular hace de los NT-Fe3O4 un candidato ideal como
nanotransportador empleado en aplicaciones biomeacutedicas La principal limitante
para el empleo de este tipo de sistemas es el tipo de moleacuteculas que pueden ser
adsorbidas ya que en general se ha observado que moleacuteculas de pequentildeo
tamantildeo no son adsorbidas en forma eficiente [34 39]
Una forma de poder superar la baja capacidad de adsorcioacuten de faacutermacos por parte
de los NT-Fe3O4 es generando sistemas hiacutebridos que sean capaces de incorporar
una segunda unidad que incrementen su capacidad de adsorcioacuten Esto se puede
conseguir recubriendo al NT-Fe3O4 con un segundo componente generalmente de
6
naturaleza orgaacutenica obtenido de una fuente natural o sinteacutetica proveyendo
nanoestructuras hibridas con propiedades mejoradas frente a sus componentes
puros La asociacioacuten del componente orgaacutenico con el NM inorgaacutenico puede
realizarse empleando 3 rutas tal como se muestra en la Figura 2
(a) (b) (c)
Figura 2 Esquemas de asociacioacuten componente orgaacutenico en soportes soacutelidos (a)
Adsorcioacuten (b) Adsorcioacuten por formacioacuten de pares ioacutenicos y (c) Anclaje por enlace
covalente
La asociacioacuten por formacioacuten de enlaces covalentes ha sido la teacutecnica maacutes
prometedora y puede llevarse a cabo gracias al uso de moleacuteculas intermediarias
denominadas agentes de acople los cuales son capaces de modificar la superficie
de un soacutelido inorgaacutenico y a su vez unirse covalentemente al estabilizante a traveacutes
de una funcioacuten orgaacutenica reactiva Algunos agentes de acople (AAC) se pueden
clasificar en cuatro grupos aacutecidos carboxiacutelicos poliacutemeros silanos y moleacuteculas
organofosforadas Los AAC del tipo silano son los maacutes utilizadas en los NM
inorgaacutenicos la formula general de este tipo AAC muestra dos clases de
funcionalidades (R1-(CH2)n-Si-(R2)3) Los grupos R1 representan al grupo orgaacutenico
funcional como NH2 SH epoxi metacrilato etc y los grupos R2 representan a un
grupo funcional hidrolizable tal como OCH3 OCH2CH3 o Cl [40 41]
7
Debido a que la superficie de NM inorgaacutenicos de tipo oacutexido poseen grupos
hidroxilos (-OH) eacutestos se utilizan como sitios de reaccioacuten para el proceso de
anclaje El proceso de acoplamiento se logra a traveacutes de la reaccioacuten quiacutemica
entre los grupos trialcoacutexido del AAC y los grupos hidroxilos superficiales del NM
inorgaacutenico [41] tal como se muestra en el esquema de la Figura 3
Figura 3 Esquema de anclaje del AAC en el soporte [42]
Dependiendo de la naturaleza de la moleacutecula orgaacutenica a anclar hay dos formas de
incorporarla en la superficie del soporte anclaje de AAC en la superficie del NM y
posterior reaccioacuten con la moleacutecula de intereacutes o reaccioacuten previa entre moleacutecula y
AAC para realizar el posterior anclaje en la superficie del NM
En este contexto se ha propuesto que la utilizacioacuten de sistemas
nanotransportadores hiacutebridos podriacutean mejoran las variadas limitaciones que
presentan la mayoriacutea de los sistemas nanotransportadores basados en materiales
inorgaacutenicos con baja capacidad de adsorcioacuten Algunos sistemas hiacutebridos
8
propuestos para la adsorcioacuten de faacutermacos han sido nanopartiacuteculas de siacutelice
funcionalizadas con poliacutemeros que contienen guanidina donde se ha estudiado el
comportamiento de carga y liberacioacuten de doxorrubicina y sulfasalazina [22]
nanopartiacuteculas de ZnO-poli(N-isopropilacrilamida) en las cuales se ha estudiado la
liberacioacuten del faacutermaco doxorrubicina en ceacutelulas tumorales [43] nanotubos de
carbono-dendriacutemero los cuales han permitido el aumento significativo de la
solubilidad del faacutermaco carvedilol [44] nanotubos de TiO2 y Al2O3 acoplados a
dendriacutemeros PAMAM cuyo objetivo es combinar las propiedades de adsorcioacuten y
liberacioacuten de metotrexato silibinina y curcumina [13 14]
12 Dendriacutemeros
En el uacuteltimo tiempo ha habido un creciente intereacutes en el uso de macromoleacuteculas
sinteacuteticas en base a poliacutemeros de masa molar controlada y estructura quiacutemica
definida como vectores en la administracioacuten controlada de faacutermacos y otras
aplicaciones terapeacuteuticas o de diagnoacutestico donde se destacan los dendriacutemeros
[45] Los dendriacutemeros son una clase de macromoleacuteculas polimeacutericas de forma
globular altamente ramificadas y monodispersas que constan de un nuacutecleo
central a partir del cual se originan una serie de ramificaciones La palabra
dendriacutemero deriva del teacutermino griego dendron que significa aacuterbol y meros es
decir parte La estructura de un dendriacutemero incluye tres partes un nuacutecleo central
unidades ramificadas y grupos superficiales Las unidades ramificadas estaacuten
dispuestas en capas denominadas generaciones (G) y la zona de la cual emergen
estas ramificaciones se conoce como nodo [23] tal como se muestra en la Figura
4 El tamantildeo de los dendriacutemeros variacutea entre 10-130 Aring de diaacutemetro dependiendo
de la generacioacuten del dendriacutemero [45-47] A pesar de su gran tamantildeo molecular
muestran una muy baja polidispersidad en comparacioacuten con los poliacutemeros
sinteacuteticos tradicionales [48]
La principal ventaja de los dendriacutemeros es que de acuerdo a su estructura
quiacutemica poseen cavidades hidrofoacutebicas caraacutecter que se acentuacutea a medida que
9
crece la generacioacuten del dendriacutemero Esta propiedad favorece la adsorcioacuten de
faacutermacos poco solubles en su interior destacaacutendolos como agentes de transporte
para faacutermacos poco solubles [49-52]
Figura 4 Esquema general de la estructura de un dendriacutemero
Fuente Elaboracioacuten propia
Por otra parte estos nanotransportadores poseen en su superficie un nuacutemero
definido de grupos funcionales (amino carboxilo hidroxilo etc) los que le
confieren una gran versatilidad ya que no soacutelo poseen capacidad para la
adsorcioacuten de faacutermacos en la cavidad interna de la macromoleacutecula sino que al
mismo tiempo los grupos funcionales superficiales permiten realizar
modificaciones brindaacutendoles una alta capacidad de vectorizacioacuten [17 53]
Los dendriacutemeros poliamidoaminas (PAMAM) fueron la primera familia de
dendriacutemeros sintetizados y caracterizados [54] siendo uno materiales de mayor
intereacutes en estudios de nanotransportadores en relacioacuten a su biocompatibilidad Los
dendriacutemeros PAMAM estaacuten constituidos por un nuacutecleo de 12-etilendiamina y
ramificaciones de poliamidoamina [48] En solucioacuten acuosa estos poliacutemeros se
comportan como polielectrolitos ya que las aminas terciarias presente en la
cavidad interna (pKa 30 ndash 60) y las aminas primarias superficiales del dendriacutemero
Nuacutecleo
Ramas
Punto divergente
Grupos funcionales
superficiales
10
(pKa 94 ndash 97) pueden ser protonadas a diferentes pH [13 51] lo cual conlleva a
un cambio en la conformacioacuten tamantildeo y carga del dendriacutemero Los dendriacutemeros
PAMAM estaacuten disponibles comercialmente hasta la deacutecima generacioacuten (G10) Los
de baja generacioacuten (G1-G3) son poco sensibles a los cambios frente a variaciones
de pH poseen conformaciones abiertas [55] y cavidades internas que permiten la
encapsulacioacuten de faacutermacos hidroacutefobos mientras que los grupos superficiales
estaacuten disponibles para interacciones electrostaacuteticas o conjugacioacuten covalente En la
Figura 5 se observa un dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten (G3)
Figura 5 Dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten (G3) Fuente Elaboracioacuten
propia
En la Tabla 1 se puede observar algunas propiedades de los PAMAM A medida
que aumenta la generacioacuten del dendriacutemero hay un aumento progresivo de su
11
tamantildeo (aprox 10 nm en cada generacioacuten) y como consecuencia se observa un
incremento exponencial en el nuacutemero de grupos aminos superficiales
Los dendriacutemeros PAMAM han demostrado ser efectivos como
nanotransportadores de faacutermacos pues poseen baja citotoxicidad son
biodegradables y no inmunogeacutenicos por lo menos hasta la generacioacuten 5 [56 57]
Tabla 1 Impacto en la masa molecular y en el tamantildeo de los dendriacutemeros
PAMAM seguacuten crece la generacioacuten [48]
Dendriacutemeros
PAMAM
generacioacuten
Masa molecular
(kDa)
Diaacutemetro en
nanoacutemetros (nm)
Nuacutemero de
grupos en
superficie
0 0517 15 4
1 1430 22 8
2 3256 29 16
3 6909 36 32
4 14215 45 64
5 28826 54 128
6 58048 67 256
7 116493 81 512
8 233383 97 1024
9 467162 114 2048
10 934720 135 4096
Algunos ejemplos reportados en bibliografiacutea han demostrado el aumento de la
solubilidad de algunos faacutermacos poco solubles en medio acuoso como nifedipina
adsorbida en PAMAM-G3 y PAMAM-G4 [58] aacutecido mefenaacutemico adsorbida en
PAMAM-G2 y PAMAM-G3 [51] piroxicam en PAMAM-G3 [59] metotrexato y
adriamicina en complejos PAMAM-G3-pegilado y PAMAM-G4-pegilado [60] entre
otros
12
La principal aplicacioacuten de los PAMAM como nanotransportadores ha sido en la
adsorcioacuten y liberacioacuten de faacutermacos antineoplaacutesicos [61] Lamentablemente los
sistemas PAMAM no muestran especificidad como para considerarlos potenciales
candidatos para terapias dirigidas en el tratamiento de enfermedades sin ser
previamente vectorizados Es por esto que la investigacioacuten que se ha desarrollado
en los uacuteltimos 10 antildeos ha estado focalizada en la siacutentesis de nanotransportadores
PAMAM modificados con algunas moleacuteculas capaces de conferirle especificidad
en orden a aumentar la liberacioacuten de los faacutermacos adsorbidos en la zona donde se
encuentran los receptores farmacoloacutegicos para asiacute disminuir al miacutenimo su
concentracioacuten en otras zonas del organismo [62 63] Ademaacutes variados estudios
han mostrado que los dendriacutemeros PAMAM poseen una limitada capacidad de
adsorcioacuten de faacutermacos soacutelo de unos cuantos miligramos de faacutermaco por gramo de
dendriacutemero Esto unido a la raacutepida liberacioacuten de las moleacuteculas de faacutermacos bajo
condiciones fisioloacutegicas impone el desarrollo de nuevas estrategias para el disentildeo
de nanotransportadores de faacutermacos en base a dendriacutemeros PAMAM
13 Nanomateriales hiacutebridos oacutexido inorgaacutenicoPAMAM
Dada la capacidad de adsorber faacutermacos del sistema PAMAM y su habilidad de
poder sufrir modificaciones en sus grupos aminos superficiales es que se ha
considerado como un componente que mejorariacutea la capacidad de adsorcioacuten de
faacutermacos poco solubles en sistemas inorgaacutenicos De acuerdo a la experiencia del
grupo de investigacioacuten se sabe que la preparacioacuten de nanotransportadores
hiacutebridos en base a nanotubos de TiO2 y Al2O3 acoplados con dendriacutemeros
PAMAM G3 han demostrado un incremento en la capacidad de adsorcioacuten de
faacutermacos poco solubles como metotrexato silibinina y curcumina [13 14]
En base a las evidencias previas reportadas en relacioacuten al empleo de materiales
hiacutebridos en base a nanotubos de oacutexidos inorgaacutenicos acoplados a dendriacutemeros
PAMAM y las caracteriacutesticas de NM del tipo NT-Fe3O4 es que se ha propuesto la
siacutentesis caracterizacioacuten y evaluacioacuten de la capacidad de adsorcioacuten de faacutermacos
13
de materiales en base a NT-Fe3O4 acoplados a PAMAM G3 los que podriacutean
constituir sistemas con una capacidad de adsorcioacuten superior respecto del NT-
Fe3O4 ademaacutes de exhibir propiedades para- o superpara-magneacuteticas que le
confeririacutean la capacidad de ser magneto-dirigido a los sitios de accioacuten Se espera
realizar la inmovilizacioacuten por medio de la unioacuten covalente entre el NT-Fe3O4 y
PAMAM mediada por un agente de acople de tipo 3-glicidoxipropil-trimetoxisilano
(GPTMS) Los estudios de adsorcioacuten se hicieron con dos faacutermacos poco solubles
como modelos silibinina (SIL) y piroxicam (PRX) empleando como adsorbentes
NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM G3
14
2 HIPOacuteTESIS
La inmovilizacioacuten covalente del dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten en un
NT magneacutetico en base a Fe3O4 permitiraacute adsorber efectivamente faacutermacos que
poseen baja solubilidad en agua
3 OBJETIVOS
31 OBJETIVO GENERAL
Sintetizar un nanotransportador hiacutebrido Fe3O4-PAMAM (G3) con la capacidad de
adsorber faacutermacos con baja solubilidad en agua
32 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
Sintetizar y caracterizar una nanoestructura magneacutetica basada en nanotubos
de Fe3O4 obtenidos por una reduccioacuten de nanotubos Fe2O3
Funcionalizar la nanoestructura magneacutetica con agente de acople por medio de
enlaces covalentes
Obtener un nanomaterial hiacutebrido basado en la inmovilizacioacuten covalente del
dendriacutemero PAMAM en la nanoestructura magneacutetica funcionalizada
Estudiar la adsorcioacuten de los faacutermacos piroxicam y silibinina en el nanomaterial
hiacutebrido
15
4 PARTE EXPERIMENTAL
41 Siacutentesis de los nanotransportadores
411 Siacutentesis de nanotubos de magnetita (Fe3O4)
Para la obtencioacuten de estos nanotubos magneacuteticos primero se realizoacute la siacutentesis de
nanotubos de hematita (α-Fe2O3) como precursor de forma los que fueron
obtenidos por tratamiento hidrotermal de una mezcla de disoluciones de
FeCl36H2O (JTBakerreg) NH4H2PO4 (Sigma-Aldrichreg) y Na2SO4 (Merckreg) de
acuerdo al trabajo reportado por Jia y colaboradores [34] Las relaciones molares
empleadas de la sal precursora y los agentes directores de estructura fueron
FeCl3NH4H2PO4Na2SO4 36121 las que se prepararon en agua desionizada y se
llevaron a un autoclave de 100 mL de capacidad La mezcla se calentoacute a 220degC
durante 48h El precipitado obtenido se separoacute por centrifugacioacuten y se lavoacute tres
veces con agua desionizada y etanol absoluto (Merckreg) respectivamente Despueacutes
el soacutelido se secoacute en una estufa a vaciacuteo por 12h a 80degC para obtener los nanotubos
de Fe2O3 Finalmente los NT-Fe3O4 fueron obtenidos por reduccioacuten de los NT-
Fe2O3 a 360degC bajo flujo continuo de H2 5vv en Ar durante 5h en una rampa de
calentamiento de 1degCmin El rendimiento de la siacutentesis fue de un 91
412 Funcionalizacioacuten de NT-Fe3O4 con el agente de acople
3-glicidoxipropil-trimetoxisilano
Los NT-Fe3O4 se dispersaron en tolueno (Merckreg) seco el cual fue previamente
desgasificado con N2 por 1h en un reactor de vidrio provisto de agitacioacuten mecaacutenica
y atmoacutesfera controlada (ver Figura 6) Al tolueno se agregoacute 1 g de NT- Fe3O4
formando una dispersioacuten negra la que se calentoacute hasta alcanzar la temperatura de
ebullicioacuten Una vez alcanzada la temperatura deseada se inyectoacute el agente de
acople 3-glicidoxipropil-trimetoxisilano (GPTMS 98 Aldrichreg) en relacioacuten 1 mL
GPTMS por 1 g de soporte [13 14] La reaccioacuten se mantuvo a reflujo por 24h Una
16
vez obtenido NT-Fe3O4-GPTMS se lavoacute con acetona (Merckreg) para eliminar el
exceso de GPTMS y se secoacute en estufa a vaciacuteo por 12h a 40degC El rendimiento de
la reaccioacuten acople se determinoacute por medio de anaacutelisis termogravimeacutetrico el cual se
adjunta en la seccioacuten 512
Figura 6 Sistema de reaccioacuten para realizar las modificaciones superficiales de NT-
Fe3O4 Fuente Elaboracioacuten propia
413 Acoplamiento de NT-Fe3O4-GPTMS con dendriacutemero PAMAM
En un reactor de vidrio provisto de agitacioacuten mecaacutenica (Figura 6) se agregaron
050 g de NT-Fe3O4-GPTMS con 25 mL de dimetilsulfoacutexido (DMSO Merckreg) seco
generaacutendose una dispersioacuten negra que se agitoacute durante 1h en N2 a 40degC
Posteriormente se disolvioacute 863 mg de dendriacutemero PAMAM G3 (20 mm en
metanol Sigma-Aldrichreg) seco en 5 mL de DMSO seco y se agregoacute al sistema de
reaccioacuten el cual se mantuvo en agitacioacuten mecaacutenica y a 40degC por un periodo de
48h El material obtenido se lavoacute exhaustivamente con metanol (Merckreg) para
eliminar los restos de DMSO y PAMAM adsorbidos Por uacuteltimo el soacutelido NT-Fe3O4-
PAMAM se secoacute al vaciacuteo a 40degC por un periodo de 24h El rendimiento de la
reaccioacuten conjugacioacuten se determinoacute por medio de anaacutelisis termogravimeacutetrico el cual
se adjunta en la seccioacuten 512
17
42 Caracterizacioacuten de los sistemas
421 Espectroscopia de Infrarrojo con Transformada de Fourier (FT-IR)
Un espectro IR se obtiene al pasar radiacioacuten IR a traveacutes de una muestra y
determinar que fraccioacuten de esta radiacioacuten incidente ha sido absorbida La energiacutea
particular a la que aparece cada banda en el espectro guarda relacioacuten con la
frecuencia de vibracioacuten de una parte de la moleacutecula Los espectros en la regioacuten
infrarroja estaacuten asociados a las transiciones entre niveles de energiacutea vibracional
estos niveles corresponden a vibraciones tensioacuten-contraccioacuten (stretching) y
flexiones (bending) de los enlaces y otros movimientos complejos de las moleacuteculas
[64] La regioacuten IR del espectro electromagneacutetico se encuentra entre 14290-10 cm-1
El intervalo que abarca la espectroscopia infrarroja puede dividirse en tres
regiones IR cercano (NIR) 14290-4000 cm-1 IR medio 4000-400 cm-1 IR lejano
400-10 cm-1 siendo en el IR medio donde se dan la mayoriacutea de las aplicaciones
analiacuteticas tradicionales
En los experimentos comunes de FT-IR un haz de luz infrarroja atraviesa la
muestra y se registra la cantidad de energiacutea absorbida a cada longitud de onda
Esto puede lograrse barriendo el espectro con un haz de luz monocromaacutetico el
cual cambia su longitud de onda a traveacutes del tiempo o usando una transformada de
Fourier para medir todas las longitudes de onda a la vez como se muestra en la
Figura 7 A partir de esto se obtiene un espectro de transmitancia o absorbancia
el cual permite una interpretacioacuten de la naturaleza de los enlaces quiacutemicos
presentes La teacutecnica de FTIR se ha utilizado para estudiar materiales de tamantildeo
nanoescala como moleacuteculas funcionales injertadas covalentemente en nanotubos
de carbono [65] y nanotubos de TiO2 acoplados a dendriacutemero PAMAM [13]
18
Figura 7 Esquema del equipamiento de un FT-IR Fuente Elaboracioacuten propia
Equipamiento
Los materiales puros e hiacutebridos se analizaron en el equipo Nicolet marca Nexus
FT-IR en la zona del IR medio usando como blanco pastilla KBr Para ello se
homogeneizoacute 1 mg de muestra en 100 mg KBr seguido por la obtencioacuten de la
pastilla en prensa hidraacuteulica por uacuteltimo se colocoacute en el portamuestra la pastilla y se
midioacute el espectro a temperatura ambiente barriendo nuacutemeros de onda en el
intervalo medio (4000-400 cm-1) y con un nuacutemero de acumulaciones de 64 scan
422 Difraccioacuten de Rayos X (DRX)
Los rayos X son una forma de radiacioacuten electromagneacutetica que tiene elevada
energiacutea y corta longitud de onda del orden de los espacios interatoacutemicos de los
soacutelidos Cuando un haz de rayos X atraviesa un soacutelido la radiacioacuten se dispersa al
interaccionar con los electrones de los aacutetomos En este caso cada capa de aacutetomos
reflejara parte del haz de rayos X los haces reflejados en las capas sucesivas de
aacutetomos del soacutelido pueden presentar ondas que en una determinada direccioacuten
concuerdan en fase con las ondas reflejadas por otras capas es decir se produce
una interferencia constructiva a este fenoacutemeno se le llama difraccioacuten de rayos X
19
La difraccioacuten de rayos X se puede describir simplemente como la reflexioacuten de un
haz de rayos X incide sobre los planos cristalinos de una muestra soacutelida
empleando la ley de Bragg tal como se muestra en la Figura 8 [64]
Figura 8 Difraccioacuten de Rayos X producida por los diferentes planos de un cristal
Fuente Elaboracioacuten propia
La teacutecnica de difraccioacuten maacutes comuacuten utiliza una muestra pulverizada o policristalina
consistente en muchas partiacuteculas diminutas y orientadas al azar que se exponen a
una radiacioacuten de rayos X monocromaacutetica Como cada partiacutecula de polvo es un
cristal teniendo una gran cantidad de ellos orientados libremente se asegura que
algunas partiacuteculas esteacuten orientadas adecuadamente para que sus planos
cristalograacuteficos cumplan las condiciones para la difraccioacuten y de esta forma obtener
perfiles de difraccioacuten tiacutepicos de cada material
Equipamiento
En este estudio se utilizoacute el difractoacutemetro Rigaku modelo Geigerflex II empleando
el meacutetodo de polvo y usando como estaacutendar interno silicio (cuarzo) La muestra
previamente pulverizada se coloca en un porta objeto para ser irradiado con la
liacutenea κα1 del anticaacutetodo de Fe (λ 19360 Aring) a 35kV y 15mA usando un filtro de
manganeso para eliminar la liacutenea de κβ
20
423 Microscopiacutea Electroacutenica de Transmisioacuten (TEM)
La teacutecnica maacutes utilizada para la caracterizacioacuten de nanomateriales es la
microscopia electroacutenica de transmisioacuten (TEM) la que ofrece imaacutegenes directas de
los nanomateriales con una resolucioacuten espacial hasta el nivel de las dimensiones
atoacutemicas 10-9 m [66] El fundamento del TEM se basa en un haz de electrones que
manejados a traveacutes de lentes electromagneacuteticas se proyecta sobre una muestra
muy delgada situada en una columna de alto vaciacuteo Electrones que atraviesan la
muestran son recogidos y focalizados por la lente objetivo generando una imagen
intermedia ampliada La imagen es ampliada auacuten maacutes gracias a las lentes
proyectoras las cuales controlan la ampliacioacuten de la imagen en la pantalla
fluorescente como se muestra de forma esquemaacutetica en la Figura 9 [67] El TEM
mejora los anaacutelisis morfoloacutegicos y estructurales de nanomateriales ademaacutes
proporciona una mejor resolucioacuten espacial y la capacidad para mediciones
analiacuteticas adicionales [66]
Equipamiento
Las muestras analizadas fueron previamente tratadas tomando una pequentildea
porcioacuten del soacutelido el que se molioacute y disgregoacute en un mortero de aacutegata hasta obtener
un polvo fino Eacuteste se dispersoacute en una mezcla de etanolagua (50 vv) y se
sembroacute en una gradilla de cobre recubierta por una capa de carboacuten y colodioacuten Las
muestras fueron analizadas en un microscopio TEM modelo JEOL JEM -1200EX
II con una resolucioacuten de 5Aring a 120Kv las imaacutegenes obtenidas fueron trabajadas en
el software ImageJ donde se determinaron los diaacutemetros promedio y el largo
promedio de las partiacuteculas empleando la data estadiacutestica entregada directamente
por el software
21
Figura 9 Esquema de un microscopio electroacutenico de transmisioacuten Fuente
Elaboracioacuten propia
424 Microscopia Electroacutenica de Barrido (SEM)
La microscopia electroacutenica de barrido (SEM) es una teacutecnica que permite la
observacioacuten y caracterizacioacuten superficial de materiales inorgaacutenicos y orgaacutenicos
entregando informacioacuten morfoloacutegica del material analizado ademaacutes del
procesamiento y anaacutelisis de imaacutegenes obtenidas Las principales utilidades del
SEM son su alta resolucioacuten la gran profundidad de campo que resuelve una
imagen tridimensional de la muestra y la relativa sencillez de preparacioacuten de las
muestras [66 68] La imagen entregada por el SEM se genera por la interaccioacuten de
un haz de electrones que barre un aacuterea determinada sobre la superficie de la
muestra tal como se muestra la Figura 10 La teacutecnica consiste en hacer incidir en
la muestra un haz de electrones Este bombardeo de electrones provoca la
aparicioacuten de diferentes sentildeales que captadas con detectores adecuados
proporcionan informacioacuten acerca de la naturaleza de la muestra
22
Figura 10 Esquema de un microscopio electroacutenico de barrido Fuente Elaboracioacuten
propia
Equipamiento
Las materiales se analizaron tomando 10 mg de muestra deposinatnadolos en un
porta objeto de aluminio y posteriormente fue analizado en microscopio SEM
modelo JEOL JSM-6380LV
425 Anaacutelisis Termogravimeacutetrico (TGA)
El anaacutelisis termogravimeacutetrico (TGA) es una teacutecnica que consiste en la medida
continua en funcioacuten de la temperatura de la ganancia o peacuterdida de la masa de un
compuesto en una atmoacutesfera determinada [69] Este anaacutelisis suministra
informacioacuten acerca de la estabilidad teacutermica y la composicioacuten porcentual de la
muestra original La instrumentacioacuten utilizada en termogravimetriacutea se denomina
termobalanza y consta baacutesicamente de cinco elementos balanza de precisioacuten
horno calefactor controlado por un programador sensor de temperatura (termopar)
sistema de admisioacuten de gases y sistema de adquisicioacuten de datos Las condiciones
requeridas para la balanza son anaacutelogas a cualquier balanza analiacutetica exactitud
sensibilidad y reproducibilidad
23
Equipamiento
Las muestras fueron llevadas a un analizador teacutermico modelo TGASDTA 851e
Los perfiles de descomposicioacuten teacutermica se barrieron entre 25-1000degC a una
velocidad de calentamiento de 5degC min-1 en un flujo de 20 mLmin-1 de N2 u O2
empleando un crisol de Al2O3
426 Isotermas de Adsorcioacuten-Desorcioacuten de N2 a -196degC
La caracterizacioacuten superficial de materiales porosos como oacutexidos metaacutelicos
zeolitas o poliacutemeros orgaacutenicos mediante isotermas de adsorcioacuten-desorcioacuten permite
determinar paraacutemetros tales como el aacuterea superficial el volumen y la distribucioacuten
del tamantildeo de poros [13 70] Cualquier material soacutelido que contiene cavidades
canales o intersticios puede ser considerado como poroso (Figura 11) Los poros
se pueden clasificar en cerrados y abiertos Los cerrados son aquellos que influyen
en propiedades macroscoacutepicas como densidad o resistencia mecaacutenica pero no
son accesibles a procesos de adsorcioacuten Los abiertos a su vez se pueden
clasificar seguacuten su forma o manera de conexioacuten con el exterior La rugosidad de la
superficie externa de la muestra se distingue de la porosidad en que su
profundidad es menor que su anchura
Figura 11 Representacioacuten esquemaacutetica de un soacutelido poroso [71]
24
La estructura porosa se analiza mediante isotermas de adsorcioacuten de gases Esta
consiste en la adsorcioacuten fiacutesica de un gas (adsorbato) sobre un soacutelido (adsorbente)
a una temperatura dada para distintas presiones relativas de gas
Los adsorbatos maacutes utilizados son el N2 CO2 CO NO benceno y algunos
hidrocarburos alifaacuteticos de cadena corta La adsorcioacuten de N2 a -196degC (77 K) es la
maacutes utilizada debido a que cubre todo el rango de porosidad e interacciona
deacutebilmente con la mayoriacutea de los soacutelidos Ademaacutes la misma isoterma puede ser
utilizada para el anaacutelisis del tamantildeo de poro y para superficie especifica empleando
una variedad de modelos El modelo maacutes usado es el de Brunauer-Emett-Teller
(BET) el cual se basa en dos hipoacutetesis principales a) la superficie del adsorbente
se supone uniforme y no porosa b) las moleacuteculas del gas se adsorben sobre la
superficie en capas sucesivas completas o no en equilibrio dinaacutemico entre siacute y
con las moleacuteculas del gas [72 73]
Equipamiento
Los valores de superficie especiacutefica se obtuvieron a partir de las isotermas de
adsorcioacuten de nitroacutegeno a -196degC realizados en un equipo automaacutetico Micromeritics
modelo ASAP 2010 en el rango de presioacuten relativa de 005-03 Se utilizoacute el meacutetodo
BET para calcular las superficies especiacuteficas utilizando la parte lineal del graacutefico de
acuerdo con las recomendaciones de la IUPAC El volumen de poro y las
distribuciones de tamantildeo de poro fueron calculados a partir de las ramas de
desorcioacuten de las isotermas utilizando el meacutetodo de Barret-Joyner-Halenda (BHJ)
427 Magnetizacioacuten del material
Cuando un material se expone a un campo magneacutetico el giro de sus electrones
producen un momento magneacutetico paralelo al campo al que estaacute expuesto esto es
en el material se ha inducido una magnetizacioacuten (M) que es proporcional al campo
magneacutetico externo (H)
25
En la Figura 12 se observa la curva de magnetizacioacuten de un material
ferromagneacutetico que corresponde a un graacutefico de la magnetizacioacuten (M) frente a un
campo aplicado (H) Inicialmente a medida que aumenta la intensidad del campo
aplicado H M tambieacuten aumenta hasta alcanzar el punto de saturacioacuten Ms
Entonces cuando la intensidad del campo H comienza a disminuir por debajo del
punto de saturacioacuten M no lo hace en la misma proporcioacuten que antes sino que a
valores correspondientes a la curva superior Esto comportamiento se conoce
como histeacuteresis y se produce porque los dominios magneacuteticos que se alinean con
un incremento del campo no vuelven a su orientacioacuten original si el campo es
menor Cuando el campo aplicado H regresa al valor cero el material aun
presenta magnetizacioacuten denominada magnetizacioacuten remanente Mr Para eliminar
la magnetizacioacuten remanente se debe aplicar un campo Hc en sentido contrario al
campo inicialmente aplicado conocido como campo coercitivo Si se continuacutea
aumentando el campo se produce otra saturacioacuten en direccioacuten contraria Si desde
esa posicioacuten se disminuye el campo aplicado se vuelve a repetir el mismo
comportamiento dando lugar auacuten ciclo de histeacuteresis [74]
Figura 12 Representacioacuten de curva de magnetizacioacuten para un material
ferromagneacutetico [74]
26
Los paraacutemetros Ms Mr y Hc obtenidos a partir de la curva de magnetizacioacuten
corresponden a propiedades intriacutensecas de un material aunque los uacuteltimos dos
paraacutemetros mencionados no solo depende del tipo del material sino ademaacutes del
tamantildeo y forma del material temperatura y defecto del material [75]
Con la finalidad de comparar el comportamiento magneacutetico de diferentes materiales
frente a un campo aplicado eacutestos se pueden clasificar en diamagneacutetico
paramagneacutetico ferromagneacutetico (Figura 12) ferrimagneacutetico superparamagneacutetico
antiferromagneacutetico El instrumento maacutes utilizado en los anaacutelisis de materiales
magneacuteticos es el magnetoacutemetro de muestra vibrante (VSM) disentildeado para la
medicioacuten de la magnetizacioacuten y del cual se obtiene el ciclo de histeacuteresis [76 77]
Equipamiento
Para las curvas de magnetizacioacuten se pesaron 10 mg de las muestras las que se
depositaron en caacutepsula de policarbonato Dicha caacutepsula fue llevada al portamuestra
del magnetoacutemetro de muestra vibrante (VSM) modelo MLVSM9 MagLab 9T Oxford
Instrument Todas las mediciones se realizaron a 17degC
428 Adsorcioacuten de Faacutermacos en Nanotubo Fe3O4 y en nanotransportador
hiacutebrido Fe3O4-PAMAM
Los ensayos se disentildearon para seguir la adsorcioacuten del faacutermaco en funcioacuten del
tiempo Para ello en un vaso de precipitado colocado sobre una placa agitadora
con control de temperatura se contactan 200 mL de una disolucioacuten acuosa de SIL
(005 mgmL) con 10 mg del nanotransportador dispersos en 2 mL de agua
desionizada y colocados en el interior de bolsa de diaacutelisis (Thermo Scientific
SnakeSkin Dialysis Tubing 10K MWCO 22mm) tal como se muestra
esquemaacuteticamente en la Figura 13 La cineacutetica de la adsorcioacuten se siguioacute por medio
de espectroscopia de UV-visible tomando aliacutecuotas de 10 mL y monitoreadas a
una longitud de onda de maacutexima absorcioacuten (λmaacutex) del faacutermaco (288 nm) cada una
hora empleando un espectrofotoacutemetro UV-VIS (UV2310IISpectrophotometer) hasta
27
que no se detecta variacioacuten en las lecturas absorbancia en funcioacuten
Figura 13 Esquema del sistema de adsorcioacuten de faacutermacos en los
nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
El mismo procedimiento fue empleado para evaluar la capacidad de encapsulacioacuten
de piroxicam (PRX) donde se empleoacute una concentracioacuten inicial de 001 mgmL y
las medidas de absorbancia se siguieron a λmaacutex = 350 nm Todas las medidas de
absorbancia se realizaron por triplicado y la cuantificacioacuten se realizoacute empleando las
respectivas curvas de calibracioacuten de cada faacutermaco Para ambos sistemas NT-
Fe3O4 y Fe3O4-PAMAM las medidas de encapsulacioacuten se realizaron por duplicado
28
5 DISCUSIOacuteN Y ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
51 Caracterizacioacuten de los nanomateriales
511 Espectroscopia de infrarrojo con transformada de Fourier
La caracterizacioacuten espectroscoacutepica por FT-IR entrega informacioacuten sobre los
grupos superficiales existente en una muestra En la Figura 14 se observa el
espectro de NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM En el caso de NT-Fe3O4 se observa
una banda a 574 cm-1 que corresponde al stretching del enlace de Fe-O de la
magnetita seguido por la banda ubicada entre 945-980 cm-1 asociada al bending
del enlace FendashOndashH atribuido a los grupos hidroxilos adsorbidos en la superficie de
NT-Fe3O4 El bending a 1628 cm-1 se asigna a la vibracioacuten de las moleacuteculas de
H2O fisisorbidas sobre la superficie de la magnetita [78] por uacuteltimo entre 3090-
3430 cm-1 se observa una banda ancha correspondiente al stretching de los
grupos FendashOH superficiales [79 80]
Figura 14 Espectro FT-IR de (a) NT-Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-PAMAM Fuente
Elaboracioacuten propia
29
El NT-Fe3O4-PAMAM tiene un espectro similar al NT-Fe3O4 pero se pueden
identificar la banda asociada al bending N-H de las aminas primarias del PAMAM
a 1541 cm-1 mientras que a 1638 cm-1 se observa una banda atribuida al grupo
carbonilo (C=O) de las amidas que componen ramas de crecimiento internas del
dendriacutemero Las bandas entre 2849-2912 cm-1 corresponden a los stretching de
los grupos metileno (-CH2-) presentes en el agente de acople GPTMS y en la
cadena alifaacutetica del dendriacutemero PAMAM [13 81] Por uacuteltimo la banda de vibracioacuten
atribuida de los grupos ndashNH2 terminales se solapa con la sentildeal de los grupos ndashOH
de la superficie del NT-Fe3O4 Con lo anterior se verifica la presencia del
dendriacutemero PAMAM y la superficie del NT-Fe3O4 utilizando como agente de
acople GPTMS
512 Anaacutelisis Termogravimeacutetrico
Por medio del estudio de TGA se ha podido determinar la cantidad de PAMAM
conjugada en el soacutelido NT-Fe3O4 En la Figura 15 se muestran las curvas de
peacuterdida de masa porcentual en funcioacuten de la temperatura para los tres sistemas
preparados En el caso de NT-Fe3O4 se observa una curva continua hasta
alrededor de los 200degC donde comienza la peacuterdida de materia que corresponde a
desorcioacuten de agua fuertemente fisisorbida en el material En una segunda etapa a
500degC se detecta la peacuterdida en masa atribuida a la oxidacioacuten de las especies Fe2+
a Fe3+ con la consecuente peacuterdida de agua [82 83]
2Fe3O4 (s) + 12O2 (g) rarr 3Fe2O3 (s)
Posterior a 650degC se detecta una continua peacuterdida de masa la que se asume
corresponde a la deshidroxilacioacuten de las especies Fe-OH remanentes de la
formacioacuten de Fe2O3 Cuando al material se le inmoviliza el agente de acople
GPTMS se observa un perfil de peacuterdida en masa diferente al material de partida
La temperatura de inicio es de alrededor de 250degC en la cual comienza la
combustioacuten de la materia orgaacutenica atribuida al anclaje del agente de acople en la
30
superficie de NT-Fe3O4 finalizando alrededor de los 430degC En la zona del
termograma que denota la oxidacioacuten de las especies Fe2+ a Fe3+ se observa un
desplazamiento a 550degC atribuido a la estabilizacioacuten superficial que le confieren
los enlaces Fe-O-Si que se han formado durante el proceso de anclaje [84 85]
Figura 15 Termogramas de los materiales realizados en atmoacutesfera de O2 (a) NT-
Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-GPTMS y (c) NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten
propia
La diferencia en las masas remanentes entre ambas curvas ha permitido estimar
la cantidad de GPTMS que se ha inmovilizado en NT-Fe3O4 el cual se resume en
la Tabla 2 Soacutelo se puede determinar un estimado por esta teacutecnica pues se sabe
que las especies Fe-O-Si presente en la muestra se pueden sustituir en la matriz
del NT-Fe3O4 durante el proceso produciendo la mineralizacioacuten del GPTMS
4(Fe-O)3Si(CH2)3-(CH2OCH2)(s) + 25O2(g) rarr 2(Fe-O)3Si-O-Si(O-Fe)3(s) +
20CO2(g) + 16H2O(g)
31
Lo que al mismo tiempo podriacutea provocar el desplazamiento de la oxidacioacuten de las
especies Fe2+ a temperaturas superiores
Tabla 2 Porcentaje de peacuterdida de masa y material acoplado GPTMS y PAMAM
(G3) al NT-Fe3O4 Fuente Elaboracioacuten propia
Por uacuteltimo para el material hiacutebrido NT-Fe3O4-PAMAM muestra un perfil de
peacuterdida de masa continua desde los 75degC en adelante atribuido a la desorcioacuten de
H2O fisisorbida la que se incrementa respecto de los materiales precursores
atribuidos a la alta capacidad de adsorber agua por parte del dendriacutemero
inmovilizado en superficie Por sobre los 250degC comienza una segunda etapa de
peacuterdida en masa la que corresponde a la calcinacioacuten de la materia orgaacutenica
conferida por GPTMS-PAMAM la que ocurre en dos etapas 1) combustioacuten de la
materia orgaacutenica alifaacutetica (250degC) y 2) a la combustioacuten asociada a los enlaces
amidas de la ramas de crecimiento de PAMAM (450degC) la que al mismo tiempo se
acopla con la oxidacioacuten de la especies Fe2+ del material inorgaacutenico Comparando
los resultados obtenidos para NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-GPTMS se puede estimar el
contenido de PAMAM conjugado a la nanoestructura lo cual se resume en la
Tabla 2 Con estos resultados se puede inferir que la reaccioacuten de inmovilizacioacuten ha
afectado el contenido en masa del material el que se puede atribuir a la
conjugacioacuten de PAMAM en los NT-Fe3O4
513 Isotermas de Adsorcioacuten-Desorcioacuten de N2 a -196degC
Las isotermas de adsorcioacutendesorcioacuten de N2 a -196degC de los materiales NT-Fe3O4
y NT-Fe3O4-PAMAM se presentan en la Figura 16 Ambas isotermas son del tipo
IV de acuerdo a la calificacioacuten BDDT tiacutepica de soacutelidos mesoporosos y con ciclo
de histeacuteresis tipo H1 [72 73] caracteriacutesticas de capilares de forma tubular con
Material () (μmolg) (μmolm2)
NT-Fe3O4-GPTMS 39 165 66
NT-Fe3O4-PAMAM 168 243 097
32
abertura en sus extremos En la Tabla 3 se resumen los valores de superficies
especiacuteficas (SBET) distribuciones de tamantildeo promedio de poro de los materiales
(dPoro) y volumen total (VPoro) mostrando que la funcionalizacioacuten con GPTMS
seguido por la inmovilizacioacuten con dendriacutemero PAMAM en la superficie del NT-
Fe3O4 provoca una disminucioacuten de los valores
Figura 16 Isoterma de adsorcioacutendesorcioacuten de N2 a -196degC para (a) NT-Fe3O4 y (b)
NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Lo anterior se debe a que el GPTMS y PAMAM producen el cubrimiento parcial
de la superficie del material tubular NT-Fe3O4 lo que lleva a que los poros se
cierren o tapen estrechando sus cavidades y haciendo que el proceso de
desorcioacuten ocurra a menores presiones relativas Lo descrito con anterioridad
concuerda con el cambio en el ciclo de histeacuteresis gracias a una disminucioacuten del
diaacutemetro promedio de poro o bien un aumento en el grosor de la pared del
material tubular Esto es una evidencia experimental de la modificacioacuten superficial
del nanotubo la que presumiblemente ocurre de forma preferente en la superficie
interna del material
33
Tabla 3 Superficie especiacutefica tamantildeo promedio de poro y volumen de poro
determinadas por las de BET y BJH [73 86] para los materiales en base a NT-
Fe3O4 sintetizados Fuente Elaboracioacuten propia
condiciones normales Presioacuten y temperatura
514 Difraccioacuten de Rayos X
En la Figura 17 se muestran los perfiles de DRX para de NT α-Fe2O3 NT-Fe3O4 y
NT-Fe3O4-PAMAM El primer material corresponde a NT α-Fe2O3 debido a la
siacutentesis previa de nanotubos de hematita precursor de los nanotubos de
magnetita Se observan las difracciones propias de la hematita la cual coincide
con su estructura hexagonal (JCDS 33-0664) [87-89] Ademaacutes en la figura 17 se
observa la desaparicioacuten y aparicioacuten de picos desde el primer al segundo material
en este uacuteltimo aparecen los picos de la magnetita esto indica la reaccioacuten de
reduccioacuten de la hematita a magnetita con el consecuente cambio estructural
Los materiales NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM se detectan las difracciones tiacutepicas
para Fe3O4 con estructura cristalina del tipo magnetita la cual corresponde a una
estructura cuacutebica centrada en la cara de tipo espinela (AB2O4) inversa (JCPDS 19-
0629) [29 79 80] La modificacioacuten superficial con agente de acople seguido por el
acoplamiento con dendriacutemero PAMAM no provoca cambios en la estructura
cristalina del material NT-Fe3O4
Material SBET
(m2g-1)
dPoro
(nm)
VPoro
(cm3g-1)
NT-Fe3O4 59 33 01
NT-Fe3O4-PAMAM 25 19 005
34
Figura 17 Difractograma de rayos X para (a) NT α-Fe2O3 (b) NT-Fe3O4 y (c) NT-
Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
515 Microscopiacutea Electroacutenica de Barrido y Transmisioacuten
La estructura tubular de estos materiales se siguioacute por medio de microscopiacutea
electroacutenica de barrido y transmisioacuten En relacioacuten a la morfologiacutea superficial se
puede observar en la Figura 18 que en ambos materiales muestran la forma tiacutepica
de materiales nanotubulares huecos lo cual ratifica los resultados en la forma de
los ciclos de histeacuteresis observados en la caracterizacioacuten por isotermas de
adsorcioacuten de N2 a -196degC (Figura 16) En relacioacuten a la modificacioacuten superficial del
material NT-Fe3O4 con GPTMS y PAMAM se mantiene la morfologiacutea del material
inorgaacutenico en acuerdo con la caracterizacioacuten por DRX
35
Figura 18 Imaacutegenes de SEM de los materiales (a) NT-Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-
PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Para poder determinar de forma directa los tamantildeos partiacutecula longitud y diaacutemetro
de NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM se ha realizado la caracterizacioacuten por TEM y
sus respectivas micrografiacuteas se muestran en la Figura 19 Al igual que en el caso
de SEM se observan nanoestructuras que muestran una morfologiacutea definida de
tipo tubular con una cavidad regular abierta en sus extremos
A traveacutes del conteo de los nanotubos y la medicioacuten directa de sus tamantildeos se han
determinado las curvas de distribucioacuten para el largo y diaacutemetro externo de los
nanotubos tal como se muestra en la Figura 19 Los valores promedio del largo
fueron del orden de 280 y 286 nm y los diaacutemetros externos fueron 151 y 159 nm
para NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM respectivamente Al comparar las imaacutegenes y
sus correspondientes dimensiones obtenidas se puede observar que la
morfologiacutea del material no se ve afectada al modificar la superficie del NT-Fe3O4
durante el proceso de conjugacioacuten con el dendriacutemero PAMAM
(b) (a)
36
Figura 19 Micrografiacuteas de TEM de NT-Fe3O4 (a b) NT-Fe3O4-PAMAM (e f) y las
curvas de distribucioacuten del largo (c g) y diaacutemetro externo (d h) para ambos NT-
Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM respectivamente Fuente Elaboracioacuten propia
(a) (b)
(h) (g)
(f) (e)
(d) (c)
37
516 Propiedades magneacuteticas
Las propiedades magneacuteticas de NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM fueron estudiadas
por medio de un anaacutelisis VSM y las curvas de magnetizacioacuten se muestran en la
Figura 20 dando como resultado para ambos materiales la propiedad
ferrimagneacutetica Aquello se debe a que la foacutermula de la magnetita Fe3O4 puede
escribirse en la forma Fe3+[Fe2+Fe3+]O4 seguacuten la foacutermula general AB2O4 de tipo
espinela inversa Donde la mitad de los cationes Fe3+ ocupan sitios tetraeacutedricos
mientras que la otra mitad de Fe3+ y los cationes Fe2+ ocupan los sitios
octaeacutedricos Los cationes de Fe3+ se distribuyen por tanto en dos posiciones
diferentes en la estructura pero con direcciones opuestas de espiacuten magneacutetico por
lo tanto los momentos magneacuteticos de los cationes Fe3+ se anulan entre siacute
mientras que los momentos magneacuteticos de los cationes Fe2+ que posee espiacuten de
menor magnitud comparado con Fe3+ son los responsables del momento
magneacutetico neto en la magnetita [27 77 90] De la graacutefica de la Figura 20 se
observa que el ciclo de magnetizacioacuten muestra un ciclo de histeacuteresis de similares
caracteriacutesticas Este resultado permite suponer que la modificacioacuten con el agente
de acople GPTMS y posterior anclaje de PAMAM no perturboacute las propiedades
magneacuteticas del soporte durante la siacutentesis De la Figura 20 se pueden extraer el
valor de la magnetizacioacuten remanente (Mr) y coercitividad (Hc) en ausencia del
campo aplicado y el valor de magnetizacioacuten de saturacioacuten (Ms) los cuales se
resumen en la Tabla 4
Tabla 4 Resumen de paraacutemetros magneacuteticos para los materiales preparados a
17degC Fuente Elaboracioacuten propia
Material Ms
(emug)
Mr
(emug)
Hc
(Oe)
Fe3O4 bulk 92 - lt 100
NT-Fe3O4 67 16 249
NT-Fe3O4-PAMAM 58 10 240
38
Los valores de Ms que se encuentran en los materiales nanoestructurados son
generalmente maacutes pequentildeos que la magnetita bulk lo cual puede ser atribuido al
aumento de efectos superficiales y a la presencia de dendriacutemero PAMAM A su
vez se han reportado valores experimentales para Ms en nanopartiacuteculas de
magnetita que abarcan entre 30-50 emug inferior al valor del mineral magnetita
90 emug [39 91-93] Por el contrario los valores de Hc encontrados para ambas
nanoestructuras son mayores al ser comparado con la magnetita bulk debido a la
disminucioacuten del tamantildeo de partiacutecula
39
Figura 20 Curva de magnetizacioacuten obtenida para NT-Fe3O4 (a b) y NT-Fe3O4-
PAMAM (c d) utilizando un magnetoacutemetro de muestra vibrante (VSM) a 17degC
Fuente Elaboracioacuten propia
(a) (b)
(c) (d)
40
52 Estudios de la adsorcioacuten de Faacutermacos en Nanotubo Fe3O4 y en
nanotransportador hiacutebrido Fe3O4-PAMAM
521 Faacutermacos de intereacutes
Luego de la caracterizacioacuten de los materiales puro e hiacutebrido se procedioacute a realizar
en cada uno de ellos la adsorcioacuten de faacutermacos Esto con la finalidad de determinar
el tiempo y capacidad maacutexima de adsorcioacuten mediante estudios de cineacutetica de
adsorcioacuten
En esta investigacioacuten se ha decidioacute emplear dos clases de faacutermacos poco solubles
para estudiar la capacidad de adsorcioacuten de los nanotransportadores sintetizados
El piroxicam (PRX M 331348 gmol) es una clase de faacutermaco antiinflamatorio no
esteroidal perteneciente al grupo oxicam [94 95] como se observa en la Figura
21 (a) posee un grupo enoacutelico (pKa 18) y un grupo piridiacutenico (pKa 63) [96 97]
presenta propiedades analgeacutesicas antipireacuteticas a su vez alivia dolores para la
artritis reumatoide la artrosis y los siacutentomas de la dismenorrea [59]
(a) (b)
Figura 21 Estructuras de los faacutermacos de intereacutes (a) Piroxicam y (b) Silibinina
Fuente Elaboracioacuten propia
41
No obstante PRX provoca efectos secundarios principalmente uacutelceras gaacutestricas
ademaacutes es praacutecticamente insoluble en agua [98 99] Para reducir estos efectos
existen investigaciones que tienen relacioacuten con el transporte y liberacioacuten de
faacutermacos que pueden cargar eficazmente el faacutermaco para apuntar hacia el sitio de
accioacuten aumentando la eficacia terapeacuteutica y reducir al miacutenimo los efectos
secundarios donde sistemas de microesferas de albuacutemina de suero bovino han
sido utilizadas para la liberacioacuten piroxicam [100]
El otro faacutermaco de intereacutes estudiado es la silibinina (SIL M 48244 gmol) que es
un flavonoide polifenoacutelico natural que se aiacutesla de la planta de cardo de leche
Silybum marianum Posee cinco grupos hidroxilos un grupo carbonilo y tres
grupos fenilos tal como se muestra en la Figura 21 (b) Esta moleacutecula tiene varios
grupos ionizables con sus respectivos pKa1 70 pKa2 877 pKa3 957 pKa4
1166 [101] y ha sido ampliamente utilizada por sus efectos hepatoprotectores
Sin embargo la eficacia de silibinina como faacutermaco estaacute muy limitada debido a su
escasa solubilidad en agua y una baja biodisponibilidad despueacutes de su
administracioacuten oral A fin de superar los defectos de la silibinina libre muchos
enfoques se han adoptado como son los sistemas de entrega liposomal de
transporte lipiacutedicos nanoestructurados de complejo silibinina-fosfoliacutepido y
nanosuspensiones [102]
Es importante notar que los estudios de la cineacutetica de adsorcioacuten son
determinantes en teacuterminos de conocer coacutemo variacutea la concentracioacuten de faacutermaco
adsorbida en funcioacuten del tiempo para una proporcioacuten faacutermacoadsorbente dada La
cineacutetica de adsorcioacuten permite conocer el tiempo en que se realiza el proceso de
adsorcioacuten y ha de practicarse antes de la determinacioacuten de una isoterma de
adsorcioacuten Puesto que se trabaja con disolucioacuten se debe en cuenta los factores
que influyen en el proceso ya que el tiempo necesario para alcanzar el equilibrio
estaacute en funcioacuten de las caracteriacutesticas del adsorbente y del adsorbato de la
quiacutemica de la disolucioacuten de la temperatura y del pH La data de la cineacutetica de
adsorcioacuten de los faacutermacos en los nanotransportadores se ajustoacute a los modelos
42
cineacuteticos de pseudo-primer orden pseudo-segundo orden y cineacuteticas que
involucran quimisorcioacuten [103-106] para ambos nanotransportadores en presencia
de los faacutermacos PRX y SIL
De forma general se puede decir que el modelo de pseudo-primer orden o modelo
de Lagergren se basa en la suposicioacuten de que cada moleacutecula de adsorbato se
adsorbe en un sitio del adsorbente lo cual en teacuterminos de cineacutetica de reaccioacuten se
expresa como
(1)
y la forma integrada de esta ecuacioacuten queda definida como
(2)
donde la qe y qt (mgfarmgads) son la cantidad maacutexima de faacutermaco adsorbida una
vez alcanzado el equilibrio (trarr) y la cantidad de faacutermaco adsorbida al tiempo t
respectivamente y k1 (h-1) es la constante cineacutetica de pseudo-primer orden
Para el caso del modelo de pseudo-segundo orden o modelo de Ho desarrollado
por Ho y McKay [107] supone que el adsorbato se adsorbe en dos sitios activos
del adsorbente En este caso la ecuacioacuten de la cineacutetica de adsorcioacuten se expresa
como
(3)
y la forma integrada de esta ecuacioacuten queda definida como
(4)
43
donde k2 (gadsmgfarmmiddoth) es la constante cineacutetica de adsorcioacuten de pseudo-segundo
orden Es importante mencionar que ambos modelos cineacuteticos se basan en la
homogeneidad de la superficie del adsorbente y donde soacutelo se considera la
cantidad de sitios involucrados en el proceso Esto se puede interpretar en
teacuterminos cineacuteticos en que la energiacutea de activacioacuten asociada a la adsorcioacuten del
faacutermaco en la superficie es constante y uacutenica en todos los sitios del adsorbente
No obstante cuando la superficie es heterogeacutenea en los sitios de adsorcioacuten se
observa que los modelos propuestos pueden perder validez En estos casos se
prefiere emplear el modelo de Elovich de aplicacioacuten general en procesos de
quimisorcioacuten el cual supone que los sitios activos del adsorbente son
heterogeacuteneos y por ello exhiben diferentes energiacuteas de activacioacuten basaacutendose en
un mecanismo de reaccioacuten de segundo orden para un proceso de reaccioacuten
heterogeacutenea Este modelo ha mostrado resultados satisfactorios en la
identificacioacuten del mecanismo controlante en procesos de adsorcioacuten de un soluto
en fase liacutequida a partir de un soacutelido adsorbente [106 108] y queda descrito
matemaacuteticamente como
(5)
y la forma integrada de esta ecuacioacuten queda definida como
(5)
donde α (mgfarmgadsmiddoth) es la constante de velocidad inicial de adsorcioacuten y β estaacute
relacionado con la superficie cubierta y la energiacutea de activacioacuten por
quimiadsorcioacuten (mgfarmgads) denominada constante de velocidad de desorcioacuten
Finalmente debe considerarse tambieacuten alguna hipoacutetesis sobre el mecanismo de
difusioacuten de los faacutermacos al interior de la estructura de los nanotransportadores Un
modelo aceptado en la literatura es el de difusioacuten intraparticular en el interior de
44
los poros de la partiacutecula de adsorbente el que se basa en el transporte de soluto a
traveacutes de la estructura interna de los poros de adsorbente y la difusioacuten
propiamente dicha en el soacutelido lo que conlleva a asumir que el adsorbente posee
una estructura porosa homogeacutenea Weber y Morris (1963) concluyeron que en un
proceso controlado por la adsorcioacuten en los poros la velocidad inicial es
directamente proporcional a la concentracioacuten del soluto La difusioacuten intraparticular
se caracteriza por la dependencia entre la adsorcioacuten especiacutefica y la raiacutez cuadrada
del tiempo siendo la pendiente la velocidad de difusioacuten intraparticular
Con base en lo anterior la ecuacioacuten que define la difusioacuten intraparticular viene
dada por
(5)
Donde ki (mgfarmgadsmiddoth 12) es la constante de velocidad de difusioacuten intraparticular y
Ci entrega informacioacuten sobre el grosor de la capa de adsorbato [105] Esta
ecuacioacuten ha sido utilizada por diferentes investigadores para determinar si la
difusioacuten intraparticular es la etapa controlante de la dinaacutemica de adsorcioacuten de
especies ioacutenicas [109 110]
522 Adsorcioacuten de PRX
Las cineacuteticas de adsorcioacuten de ambos nanotransportadores para PRX se muestran
en la Figura 22 Para ellos se realizaron ajustes no lineales de la data
experimental y los valores obtenidos los cuales se reportan en la Tabla 5 Los
faacutermacos son moleacuteculas capaces de establecer interacciones supramoleculares
con nanomateriales las que dependeraacuten de los grupos funcionales que posean
del solvente en el cual se encuentran disueltos y el pH del medio Las
interacciones supramoleculares maacutes frecuentes son las electrostaacuteticas enlaces de
hidroacutegeno van der Waals e hidrofoacutebicas [111 112]
45
En el caso de lo nanotransportadores empleados en este estudio se observa que
ambos materiales adsorben PRX y los datos experimentales se ajustan a una
cineacutetica de pseudo-primer orden Se ha elegido este modelo pues las funciones
estadiacutesticas de coeficiente de correlacioacuten (R2) y el test de chi-cuadrado (χ2) el cual
es una prueba de hipoacutetesis que compara la distribucioacuten observada de los datos
con una distribucioacuten esperada de los datos Ambos caacutelculos se realizaron
mediante empleando el software Origin Pro 80 mediante la funcioacuten de anaacutelisis no
lineal donde se ajustaron los tres modelos estudiados
Figura 22 Cineacutetica y ajustes de modelos cineacuteticos de adsorcioacuten para PRX en los
nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Figura 23 Esquema propuesto para la adsorcioacuten de PRX en los sistemas
sintetizados (A) Fe3O4-NT y (B) Fe3O4-NT-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Sistema aislado Sistema en disolucioacuten
Sistema aislado Sistema en disolucioacuten
46
Tabla 5 Modelos cineacuteticos para la adsorcioacuten de PRX en los adsorbentes NT-
Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
qe exp (mgPRXgads) 391 487
Pseudo primer-orden (Modelo de Lagergren)
qe (mgPRXgads) 413 488
k1 (h-1) 0038 0079
R2 09964 09911
χ2 0817 287
Pseudo segundo-orden (Modelo de Ho)
qe (mgPRXgads) 539 566
k2 (gAdsmgPRXmiddoth) 649x10-4 168x10-3
R2 09921 09935
χ2 179 210
Quimisoricioacuten (Modelo de Elovich)
α (mgPRXgadsmiddoth) 595 1629
β (mgPRXg) 0100 0097
R2 09501 09613
χ2 1030 1085
Cabe mencionar que de acuerdo a los reportes Rozou y col [96] el faacutermaco PRX
al pH de adsorcioacuten se encuentra en su forma zwitterioacutenica El Fe3O4 es un material
inorgaacutenico que muestra un pI de 68 [113] A las condiciones de adsorcioacuten
estudiadas el pH del agua fue de 60 luego la superficie del NT-Fe3O4 se
encuentra cargada de forma positiva esperaacutendose que la interaccioacuten del faacutermaco
con el adsorbente sea mediada por interacciones electroestaacuteticas tal como se
muestra en el esquema de la Figura 23
Con la incorporacioacuten del PAMAM a la fase inorgaacutenica se observa un incremento
de un 25 en la capacidad de adsorcioacuten de PRX Esto se puede interpretar en
47
teacuterminos moleculares haciendo la aproximacioacuten de los moles disponibles de
PAMAM en funcioacuten de la cantidad adsorbida en comparacioacuten a NT-Fe3O4 sin
modificar Desde la Tabla 2 se sabe que hay una cantidad de 243 micromol de
PAMAM por gramo de adsorbente debido a que el incremento en la adsorcioacuten
fueron 96 mg de PRX (o 290 micromol de PRX) se puede asumir una estequiometriacutea
PRXPAMAM = 119 De acuerdo a reportes previos publicados por nuestro grupo
de investigacioacuten se sabe que PRX a pH 70 se adsorbe efectivamente en la
estructura PAMAM alcanzando una estequiometriacutea PRXPAMAM = 23 [59] En
este caso pH 60 no hay cambios significativos en la estructura del faacutermaco ni
en la del dendriacutemero por lo que deberiacutea haberse esperado un incremento
significativo de la adsorcioacuten de PRX en relacioacuten al nanotransportador NT-Fe3O4
Sin embargo este efecto no fue observado en el nanotubo hiacutebrido funcionalizado
con PAMAM Con estos resultados se puede asumir que la afinidad del PRX
mucho mayor por la adsorcioacuten en el material inorgaacutenico que por la adsorcioacuten en
los bolsillos de la cavidades internas del PAMAM
En relacioacuten a los resultados cineacuteticos se observa un aumento en la pseudo-
constante cineacutetica de adsorcioacuten siendo k1(NT-Fe3O4) lt k1(NT-Fe3O4-PAMAM) Para poder
interpretar el fenoacutemeno en forma mecaniacutestica la data experimental se ha ajustado
al modelo de difusioacuten intrapartiacutecula de Weber-Morris el que se muestra en la
Figura 24 En esta figura se puede observar tres segmentos lineales lo cual indica
que el proceso de adsorcioacuten de PRX en los nanotubos procede en tres etapas
para ambos sistemas Una situacioacuten similar ha sido observada en el caso de la
cineacutetica de adsorcioacuten de cefalosporina en micropartiacuteculas polimeacutericas por Cigu y
colaboradores quienes han descritos las diferentes etapas de la siguiente
forma[105]
a) Adsorcioacuten del adsorbato en la superficie del adsorbente
b) Difusioacuten intrapartiacutecula desde la zona externa a la superficie del adsorbente
c) Equilibrio de adsorcioacuten donde quedan muy pocos sitios disponibles para la
adsorcioacuten
48
Figura 24 Graacutefico de adsorcioacuten de PRX en los nanotransportadores sintetizados
considerando un modelo de difusioacuten intrapartiacutecula en tres etapas Fuente
Elaboracioacuten propia
Ambos sistemas muestran el mismo perfil de difusioacuten intrapartiacutecula y los valores
de las constantes de velocidad para las etapas (a) y (b) presentan valores
relativamente bajos aunque difieren levemente tal como se resume en la Tabla 6
En el caso de NT-Fe3O4 se observa que la etapa limitante corresponde a la
adsorcioacuten de PRX en la superficie del nanomaterial a diferencia de NT-Fe3O4-
PAMAM donde se observa que la etapa limitante es la difusioacuten intrapartiacutecula Esta
diferencia se puede explicar debido a que PAMAM posee grupos ndashNH2
superficiales que al pH de adsorcioacuten estaacuten protonados (ver Figura 23) lo que
incrementa la carga eleacutectrica superficial del nanotransportador este hecho podriacutea
provocar un aumento en la velocidad inicial de adsorcioacuten de PRX si los efectos
electroestaacuteticos gobiernan la velocidad de reaccioacuten en esta etapa considerando
que el PRX presenta una estructura dipolar a pH 60 Sin embargo en la etapa
subsiguiente caracterizada por la adsorcioacuten gradual de PRX las moleacuteculas de
PAMAM unidas covalentes a la superficie de NT-Fe3O4 dificultan el proceso de
difusioacuten intrapartiacutecula provocando una caiacuteda en la constante k(b)
49
Tabla 6 Modelo de difusioacuten intra-partiacutecula para la adsorcioacuten de PRX en los
adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM considerando dos etapas
determinantes en la adsorcioacuten del faacutermaco y una tercera de equilibrio Fuente
Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
Modelo de difusioacuten intrapartiacutecula (Modelo de Weber-Morris)
k(a) (mgPRXgadsh12) 311 766
R(a)2 09879 09903
k(b) (mgPRXgadsh12) 683 409
R(b)2 09872 09944
523 Adsorcioacuten de SIL
En la Figura 25 se muestran las graacuteficas cineacuteticas para la adsorcioacuten de SIL en los
dos nanotransportadores sintetizados Las consideraciones de ajuste de los
modelos cineacuteticos se hicieron de la misma forma que para los estudios realizados
con PRX y los valores obtenidos se resumen en la Tabla 7
Figura 25 Cineacutetica y ajustes de modelos cineacuteticos de adsorcioacuten para SIL en los
nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
50
El comportamiento de los sistemas frente a la adsorcioacuten de SIL muestra la misma
tendencia que la observada en el caso de PRX Ambos nanomateriales adsorben
SIL y la capacidad maacutexima se ve incrementada por la presencia de PAMAM Sin
embargo en este caso ambos sistemas nanotransportadores presentan una gran
afinidad por el faacutermaco obtenieacutendose cargas maacuteximas superiores a 650 mg de
SIL por gramo de nanomaterial valores muy superiores a los obtenidos en el caso
de PRX
El faacutermaco SIL se encuentra como moleacutecula neutra al pH de adsorcioacuten (pKa1 70
pKa2 877 pKa3 957 pKa4 1166) Para la adsorcioacuten en NT-Fe3O4 se espera
que las fuerzas que estaacuten predominando en la adsorcioacuten del faacutermaco sean del tipo
Van der Waals y enlace de hidroacutegeno entre los grupos funcionales de SIL y los
grupos hidroxilos de la NT-Fe3O4 Por otro lado las contribuciones hidrofoacutebicas
tambieacuten deberiacutean jugar un rol importante en la adsorcioacuten del faacutermaco en estos
nanomateriales especialmente en el sistema hiacutebrido NT-Fe3O4-PAMAM En el
caso del PAMAM estudios recientes realizados en nuestro grupo de investigacioacuten
han mostrado la gran afinidad que presenta el dendriacutemero por SIL y
experimentos NOESY han demostrado la adsorcioacuten de las moleacuteculas de SIL en las
cavidades internas del PAMAM
Asiacute para el material NT-Fe3O4-PAMAM se observa un incremento significativo de
la adsorcioacuten en relacioacuten al material inorgaacutenico En este caso el faacutermaco SIL
interacciona no solo con NT-Fe3O4 sino que tambieacuten con el dendriacutemero presente
Si se hace el caacutelculo entre la cantidad adsorbida de SIL en presencia de PAMAM
(1504 mg o 3117 micromol por gramo de adsorbente respectivamente) se obtiene
una relacioacuten molar de SILPAMAM = 128 Considerando esta evidencia puede
suponerse que el faacutermaco en el adsorbente NT-Fe3O4-PAMAM no soacutelo se adsorbe
en la superficie del oacutexido inorgaacutenico sino que tambieacuten se estaacute adsorbiendo en las
cavidades del PAMAM con estequiometriacuteas similares a las observadas para otros
faacutermacos insolubles previamente estudiados por nuestro grupo [51 59]
51
Tabla 7 Modelos cineacuteticos para la adsorcioacuten de SIL en los adsorbentes NT-Fe3O4
y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
qe exp (mgSILgads) 6750 8254
Pseudo primer-orden (Modelo de Lagergren)
qe (mgSILgads) 6853 8837
k1 (h-1) 0052 0062
R2 09975 09956
χ2 1656 4415
Pseudo segundo-orden (Modelo de Ho)
qe (mgSILgads) 8706 10233
k2 (gAdsmgSILmiddoth) 673x10-5 535x10-5
R2 09936 09954
χ2 4209 4576
Quimisorcioacuten (Modelo de Elovich)
α (mgSILgadsmiddoth) 1319 1956
β (mgSILg) 569x10-3 548x10-3
R2 09695 09510
χ2 18184 45945
En relacioacuten a los modelos de adsorcioacuten se observa que ambos sistemas se
ajustan mejor a cineacuteticas de pseudo-primer orden con respecto a la adsorcioacuten de
SIL con coeficientes de correlacioacuten y test de chi-cuadrado confiables para el
modelo Las constantes pseudo primer-orden son similares para ambos sistemas
k1(NT-Fe3O4) ~ k1(NT-Fe3O4-PAMAM) y del mismo orden de magnitud que las
determinadas en el caso de la adsorcioacuten de PRX En la Figura 25 se observa que
el maacuteximo de adsorcioacuten de SIL se alcanza a tiempos superiores a 50 horas para
ambos adsorbentes
52
Para entender de manera maacutes acabada la forma en que operan los fenoacutemenos
cineacuteticos de adsorcioacuten se ha realizado el ajuste de Weber-Morris para el modelo
de difusioacuten de intrapartiacutecula el que se muestra en la Figura 26 el cual nuevamente
revela un proceso de adsorcioacuten en tres etapas y los valores de las constantes de
velocidad para las etapas (a) y (b) presentan valores relativamente altos como se
resume en la Tabla 8
Figura 26 Graacutefico de adsorcioacuten de SIL en los nanotransportadores sintetizados
considerando un modelo de difusioacuten intrapartiacutecula en tres etapas Fuente
Elaboracioacuten propia
Considerando que a pH 60 el NT- Fe3O4 se encuentra en su forma protonada SIL
para adsorberse en la superficie del material deberaacute desplazar ese equilibrio para
ocupar un sitio de la superficie tal como se muestra en el siguiente esquema
Fe-OH + H2O [Fe-O-H-OH2]+
[Fe-O-H-OH2]+ + SIL [Fe-O-H-O-SIL] + H2O
Este equilibrio es el que determina la cineacutetica del proceso de adsorcioacuten en el caso
del adsorbente NT-Fe3O4 En el caso del nanotransportador hiacutebrido tambieacuten se
53
observa que la etapa de adsorcioacuten es la limitante de la velocidad del proceso
Comparando ambos sistemas se detecta que k(a)(NT-Fe3O4) ~ k(a)(NT-Fe3O4-PAMAM)
Esta diferencia se puede atribuir a la presencia del dendriacutemero PAMAM en el caso
del nanotransportador hiacutebrido En teacuterminos de naturaleza superficial se espera
que la asociacioacuten SIL-PAMAM incremente la velocidad del proceso con respecto al
nanotransportador inorgaacutenico
Tabla 8 Modelo de difusioacuten intra-partiacutecula para la adsorcioacuten de SIL en los
adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM considerando dos etapas
determinantes en la adsorcioacuten del faacutermaco y una tercera de equilibrio Fuente
Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
Modelo de difusioacuten intrapartiacutecula (Modelo de Weber-Morris)
k(a) (mgSILgadsh12) 577 885
R(a)2 09881 09935
k(b) (mgSILgadsh12) 1059 1135
R(b)2 09803 09828
54
6 CONCLUSIONES Y PERSPECTIVAS
Se logroacute sintetizar los nanotubos de magnetita NT-Fe3O4 obtenidos por la
reduccioacuten de los nanotubos de hematita α-Fe2O3 sintetizados a partir de
tratamiento hidrotermal Se verificoacute la estructura de la magnetita su forma tubular
y propiedades magneacuteticas a traveacutes de las teacutecnicas de caracterizacioacuten difraccioacuten de
rayos X microscopiacutea electroacutenica de transmisioacuten y medidas de susceptibilidad
magneacutetica respectivamente
El nanotubo inorgaacutenico obtenido sirvioacute de soporte para la conjugacioacuten de
dendriacutemero de poli-(amidoamina) de tercera generacioacuten el cual se logroacute inmovilizar
en la superficie de NT-Fe3O4 con un contenido del 16 en masa respecto del
material hiacutebrido El proceso de inmovilizacioacuten no perturboacute las propiedades del
soporte inorgaacutenico en relacioacuten a las propiedades magneacuteticas cristalinas o de
tamantildeo y forma
Los materiales obtenidos fueron capaces de actuar como adsorbentes de los
faacutermacos piroxicam y silibinina siendo eacuteste uacuteltimo quien mostroacute incrementar la
capacidad de adsorcioacuten en presencia de PAMAM Para ambos sistemas y
faacutermacos se determinaron las curvas cineacuteticas de adsorcioacuten donde se logroacute
determinar que independiente del faacutermaco ambos nanotransportadores muestran
ajustarse a cineacuteticas de pseudo-primer orden Finalmente la presencia de PAMAM
no soacutelo potencia la capacidad de adsorcioacuten en los faacutermacos testeados sino que
tambieacuten acelera la etapa de adsorcioacuten superficial con respecto a la determinada
para el adsorbente NT-Fe3O4 por medio del modelo de difusioacuten de Weber-Morris
Para el faacutermaco piroxicam se observoacute que la adsorcioacuten fue mediada
principalmente por interacciones del tipo electroestaacuteticas entre la forma
zwitterioacutenica de piroxicam y la superficie de los nanotransportadores La etapa
limitante de la cineacutetica adsorcioacuten para el caso de NT-Fe3O4 fue la adsorcioacuten
55
superficial y en el caso de NT-Fe3O4-PAMAM fue la etapa de difusioacuten
intrapartiacutecula
Finalmente para el faacutermaco silibinina se observoacute que la adsorcioacuten fue mediada
por las fuerzas de tipo Van der Waals y enlace de hidroacutegeno entre los grupos
funcionales de SIL y los grupos hidroxilos de NT-Fe3O4 Por otro lado las
contribuciones hidrofoacutebicas tambieacuten juegan un rol importante en la adsorcioacuten del
faacutermaco en estos nanomateriales especialmente en el sistema hiacutebrido NT-Fe3O4-
PAMAM Por uacuteltimo se determinoacute que la capacidad de adsorcioacuten se vio
directamente mejorada por la asociacioacuten PAMAM-SIL la que alcanzoacute una relacioacuten
molar SILPAMAM = 12 En ambos casos se observoacute que la etapa limitante de la
cineacutetica de adsorcioacuten fue la adsorcioacuten superficial de SIL en los adsorbentes
56
REFERENCIAS
[1] AZ Wilczewska K Niemirowicz KH Markiewicz H Car Pharmacological
Reports 64 (2012) 1020-1037
[2] S Parveen R Misra SK Sahoo Nanomedicine Nanotechnology Biology
and Medicine 8 (2012) 147-166
[3] V Grazu M Moros C Saacutenchez-Espinel MdlF Jesus V Grazu Frontiers
of Nanoscience Elsevier 2012 pp 337-440
[4] F Danhier O Feron V Preacuteat Journal of Controlled Release 148 (2010)
135-146
[5] A Wicki D Witzigmann V Balasubramanian J Huwyler Journal of
Controlled Release 200 (2015) 138-157
[6] JH Lee Y Yeo Chemical Engineering Science 125 (2015) 75-84
[7] S Manchun CR Dass P Sriamornsak Life Sciences 90 (2012
) 381-387
[8] JHE Arts M Hadi AM Keene R Kreiling D Lyon M Maier K Michel
T Petry UG Sauer D Warheit K Wiench R Landsiedel Regulatory Toxicology
and Pharmacology 70 (2014) 492-506
[9] KA Pramod CP Sunny Nanobiomaterials Handbook CRC Press 2011
pp 1-24
[10] A Khorsand S Jamehbozorgi R Ghiasi M Rezvani Physica E Low-
dimensional Systems and Nanostructures 72 (2015) 120-127
[11] V Loacutepez-Daacutevila AM Seifalian M Loizidou Current Opinion in
Pharmacology 12 (2012 ) 414-419
[12] P-C Lee C-L Peng M-J Shieh Journal of Controlled Release 225
(2016) 140-151
[13] CC Torres CH Campos C Diaacutez VA Jimeacutenez F Vidal L Guzmaacuten JB
Alderete Materials Science and Engineering C 65 (2016) 164-171
[14] CH Campos CF Diacuteaz JL Guzmaacuten JB Alderete CC Torres VA
Jimeacutenez Macromolecular Chemistry and Physics 217 (2016) 1712-1722
[15] D Chang Y Gao L Wang G Liu Y Chen T Wang W Tao L Mei L
57
Huang X Zeng Journal of Colloid and Interface Science 463 (2016) 279-287
[16] J Zaloga M Poumlttler G Leitinger RP Friedrich G Almer S Lyer E
Baum R Tietze R Heimke-Brinck H Mangge F Dorje G Lee C Alexiou
European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics 101 (2016) 152-162
[17] RS Dhanikula P Hildgen Bioconjugate Chemistry 17 (2006) 29-41
[18] A Kesavan P Ilaiyaraja W Sofi Beaula V Veena Kumari J Sugin Lal C
Arunkumar G Anjana S Srinivas A Ramesh SK Rayala D Ponraju G
Venkatraman European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics 96
(2015) 255-263
[19] S Biswas P Kumari PM Lakhani B Ghosh European Journal of
Pharmaceutical Sciences 83 (2016) 184-202
[20] ML Tebaldi RM Belardi SR Montoro Design and Applications of
Nanostructured Polymer Blends and Nanocomposite Systems William Andrew
Publishing Boston 2016 pp 171-186
[21] D Bansal A Gulbake J Tiwari SK Jain International Journal of
Biological Macromolecules 82 (2016) 687-695
[22] AS Timin EV Balantseva SY Khashirova EV Rumyantsev TY
Osadchaya Colloids and Surfaces A Physicochemical and Engineering Aspects
477 (2015) 26-34
[23] J Gautier E Allard-Vannier E Munnier M Souceacute I Chourpa Journal of
Controlled Release 169 (2013) 48-61
[24] SL Leung Z Zha C Cohn Z Dai X Wu Colloids and Surfaces B
Biointerfaces 121 (2014) 141-149
[25] Y Liu Y Ng MR Toh GNC Chiu Journal of Controlled Release 220
Part A (2015) 438-446
[26] G Xu L Li Z Shen Z Tao Y Zhang H Tian X Wei G Shen G Han
Journal of Alloys and Compounds 629 (2015) 36-42
[27] MF Horst V Lassalle ML Ferreira Frontiers of Environmental Science amp
Engineering 9 (2015) 746-769
[28] TJ Bastow A Trinchi MR Hill R Harris TH Muster Journal of
Magnetism and Magnetic Materials 321 (2009) 2677-2681
58
[29] S Bagheri D Ramimoghadam A TermehYousefi SB Abd Hamid
International Journal of Hydrogen Energy 40 (2015) 16178-16183
[30] G Kandasamy D Maity International Journal of Pharmaceutics 496 (2015)
191-218
[31] DS Keerthana K Namratha K Byrappa HS Yathirajan Journal of
Magnetism and Magnetic Materials 378 (2015) 551-557
[32] M Darroudi M Hakimi E Goodarzi R Kazemi Oskuee Ceramics
International 40 (2014) 14641-14645
[33] G Sharma P Jeevanandam RSC Advances 3 (2013) 189-200
[34] C-J Jia L-D Sun F Luo X-D Han LJ Heyderman Z-G Yan C-H
Yan K Zheng Z Zhang M Takano N Hayashi M Eltschka M Klaumlui U
Ruumldiger T Kasama L Cervera-Gontard RE Dunin-Borkowski G Tzvetkov J
Raabe Journal of the American Chemical Society 130 (2008) 16968-16977
[35] N Mizutani T Iwasaki S Watano T Yanagida T Kawai Current Applied
Physics 10 (2010) 801-806
[36] C-J Jia L-D Sun Z-G Yan L-P You F Luo X-D Han Y-C Pang Z
Zhang C-H Yan Angewandte Chemie 117 (2005) 4402-4407
[37] Z-G Yue W Wei Z-X You Q-Z Yang H Yue Z-G Su G-H Ma
Advanced Functional Materials 21 (2011) 3446-3453
[38] SJ Son X Bai SB Lee Drug Discovery Today 12 (2007) 650-656
[39] SJ Son J Reichel B He M Schuchman SB Lee Journal of the
American Chemical Society 127 (2005) 7316-7317
[40] GT Hermanson Bioconjugate Techniques (Third edition) Academic Press
Boston 2013 pp 535-548
[41] S Mallakpour M Madani Progress in Organic Coatings 86 (2015) 194-207
[42] P Yu J He L Yang M Pu X Guo Journal of Catalysis 260 (2008) 81-85
[43] X Zheng T Wang H Jiang Y Li T Jiang J Zhang S Wang Asian
Journal of Pharmaceutical Sciences 8 (2013) 278-286
[44] L Tan J Liu W Zhou J Wei Z Peng Materials Science and Engineering
C 45 (2014) 524-529
[45] ER Gillies JMJ Freacutechet Journal of the American Chemical Society 124
59
(2002) 14137-14146
[46] S Khoee K Hemati Polymer 54 (2013) 5574-5585
[47] U Gupta O Perumal SGKTL Deng Natural and Synthetic Biomedical
Polymers Elsevier Oxford 2014 pp 243-257
[48] U Boas PMH Heegaard Chemical Society Reviews 33 (2004) 43-63
[49] U Gupta HB Agashe A Asthana NK Jain Biomacromolecules 7 (2006)
649-658
[50] A Shakhbazau I Isayenka N Kartel N Goncharova I Seviaryn S
Kosmacheva M Potapnev D Shcharbin M Bryszewska International Journal of
Pharmaceutics 383 (2010) 228-235
[51] PA Barra L Barraza VA Jimeacutenez JA Gaviacuten JB Alderete
Macromolecular Chemistry and Physics 215 (2014) 372-383
[52] PM Patel R Patel D Wadia RM Patel Asian Journal of Pharmaceutical
Sciences 10 (2015) 306-313
[53] L Mei Z Zhang L Zhao L Huang X-L Yang J Tang S-S Feng
Advanced Drug Delivery Reviews 65 (2013) 880-890
[54] Sn Svenson DA Tomalia Advanced Drug Delivery Reviews 57 (2005)
2106-2129
[55] L Porcar Y Liu R Verduzco K Hong PD Butler LJ Magid GS Smith
W-R Chen The Journal of Physical Chemistry B 112 (2008) 14772-14778
[56] E Markatou V Gionis GD Chryssikos S Hatziantoniou A
Georgopoulos C Demetzos International Journal of Pharmaceutics 339 (2007)
231-236
[57] K Borowska S Wołowieca A Rubaj K Głowniakc E Sieniawska S
Radej International Journal of Pharmaceutics 426 (2012) 280-283
[58] S Kavyani S Amjad-Iranagh H Modarress The Journal of Physical
Chemistry B 118 (2014) 3257-3266
[59] PA Barra L Barraza VA Jimeacutenez JA Gaviacuten JB Alderete Structural
Chemistry 25 (2014) 1443-1455
[60] C Kojima K Kono K Maruyama T Takagishi Bioconjugate Chemistry 11
(2000) 910-917
60
[61] AK Patri JF Kukowska-Latallo JR Baker Jr Advanced Drug Delivery
Reviews 57 (2005) 2203-2214
[62] D Luong P Kesharwani R Deshmukh MCI Mohd Amin U Gupta K
Greish AK Iyer Acta Biomaterialia 43 (2016) 14-29
[63] X Xu J Li S Han C Tao L Fang Y Sun J Zhu Z Liang F Li
European Journal of Pharmaceutical Sciences 88 (2016) 178-190
[64] P-C Lin S Lin PC Wang R Sridhar Biotechnology Advances 32 (2014)
711-726
[65] C Baudot CM Tan JC Kong Infrared Physics amp Technology 53 (2010)
434-438
[66] JB Hall MA Dobrovolskaia AK Patri SE McNeil Nanomedicine 2
(2007) 709-803
[67] DB Williams CB Carter Transmission Electron Microscopy A Textbook
for Materials Science Springer US Boston MA 2009 pp 3-22
[68] H Wang PK Chu S Bose Characterization of Biomaterials Academic
Press Oxford 2013 pp 105-174
[69] M Rudolph J Erler UA Peuker Colloids and Surfaces A
Physicochemical and Engineering Aspects 397 (2012) 16-23
[70] T Zhao W Luo Y Deng Y Luo P Xu Y Liu L Wang Y Ren W Jiang
Nano Energy 26 (2016) 16-25
[71] F Rouquerol J Rouqueron K Sing Adsorption by Powders and Porous
Solids Academic Press 1999
[72] M Naderi Progress in Filtration and Separation Academic Press Oxford
2015 pp 585-608
[73] J Rouquerol F Rouquerol P Llewellyn G Maurin KSW Sing
Adsorption by powders and porous solids principles methodology and
applications Academic press 2014
[74] CP Poole FJ Owens Introduccioacuten a la nanotecnologiacutea Editorial Reverte
2007
[75] JL Kirschvink DS Jones BJ MacFadden Magnetite Biomineralization
and Magnetoreception in Organisms A New Biomagnetism Springer US 2013
61
[76] TM El-Alaily MK El-Nimr SA Saafan MM Kamel TM Meaz ST
Assar Journal of Magnetism and Magnetic Materials 386 (2015) 25-30
[77] DJ Dunlop Ouml Oumlzdemir Treatise on Geophysics (Second Edition)
Elsevier Oxford 2015 pp 255-308
[78] A Savić D Čokeša S Lazarević B Jokić D Janaćković R Petrović LS
Živković Powder Technology 301 (2016) 511-519
[79] S Rajput CU Pittman Jr D Mohan Journal of Colloid and Interface
Science 468 (2016) 334-346
[80] M Kumari CU Pittman Jr D Mohan Journal of Colloid and Interface
Science 442 (2015) 120-132
[81] Y Mansourpanah Z Jafari Reactive and Functional Polymers 93 (2015)
178-189
[82] S Sundar R Mariappan S Piraman Powder Technology 266 (2014) 321-
328
[83] P Roonasi A Holmgren Applied Surface Science 255 (2009) 5891-5895
[84] J Safari Z Zarnegar Journal of Molecular Structure 1072 (2014) 53-60
[85] KL Pickering S Raa Khimi S Ilanko Composites Part A Applied Science
and Manufacturing 68 (2015) 377-386
[86] AK Ladavos AP Katsoulidis A Iosifidis KS Triantafyllidis TJ
Pinnavaia PJ Pomonis Microporous and Mesoporous Materials 151 (2012) 126-
133
[87] VMdS Rocha MdG Pereira LR Teles MOdG Souza Materials
Science and Engineering B 185 (2014) 13-20
[88] JZ Marinho RHO Montes AP de Moura E Longo JA Varela RAA
Munoz RC Lima Materials Research Bulletin 49 (2014) 572-576
[89] PM Huang Y Li ME Sumner Handbook of Soil Sciences Properties and
Processes Second Edition Taylor amp Francis 2011
[90] C Klein CS Hurlbut Manual de mineralogiacutea Reverte 1996
[91] Y-F Lin J-L Chen C-Y Xu T-W Chung Chemical Engineering Journal
250 (2014) 409-415
[92] AK Gupta M Gupta Biomaterials 26 (2005) 3995-4021
62
[93] C Sun JSH Lee M Zhang Advanced Drug Delivery Reviews 60 (2008)
1252-1265
[94] N Rai M Sarkar S Raha Pharmacological Reports 67 (2015) 1215-1223
[95] Z Lavrič J Pirnat J Lužnik U Puc Z Trontelj S Srčič Journal of
Pharmaceutical Sciences 104 (2015) 1909-1918
[96] S Rozou A Voulgari E Antoniadou-Vyza European Journal of
Pharmaceutical Sciences 21 (2004) 661-669
[97] H-S Gwak J-S Choi H-K Choi International Journal of Pharmaceutics
297 (2005) 156-161
[98] RP Aquino G Auriemma M dacuteAmore AM DacuteUrsi T Mencherini P Del
Gaudio Carbohydrate Polymers 89 (2012) 740-748
[99] IE Shohin JI Kulinich GV Ramenskaya B Abrahamsson S Kopp P
Langguth JE Polli VP Shah DW Groot DM Barends JB Dressman
Journal of Pharmaceutical Sciences 103 (2014) 367-377
[100] R Silva H Ferreira AC Carvalho AC Gomes A Cavaco-Paulo Colloids
and Surfaces B Biointerfaces 92 (2012) 277-285
[101] M Meloun D Burkoˇnovaacute T Syrovyacute A Vraacutena Analytica Chimica Acta 486
(2003) 125-141
[102] D Zheng Y Wang D Zhang Z Liu C Duan L Jia F Wang Y Liu G
Liu L Hao Q Zhang Cancer Letters 307 (2011) 158-164
[103] Q Wang R Liu X Shen L Zou D Wu Journal of Nanoscience and
Nanotechnology 14 (2014) 2871-2877
[104] N Caliskan AR Kul S Alkan EG Sogut I Alacabey Journal of
Hazardous Materials 193 (2011) 27-36
[105] TA Cigu S Vasiliu S Racovita C Lionte V Sunel M Popa C Cheptea
European Polymer Journal 82 (2016) 132-152
[106] M Oumlzacar İA Şengil Process Biochemistry 40 (2005) 565-572
[107] YS Ho G McKay Process Biochemistry 34 (1999) 451-465
[108] AB Peacuterez-Mariacuten VM Zapata JF Ortuntildeo M Aguilar J Saacuteez M Lloreacutens
Journal of Hazardous Materials 139 (2007) 122-131
[109] BF Urbano I Villenas BL Rivas CH Campos Chemical Engineering
63
Journal 268 (2015) 362-370
[110] J Peacuterez L Toledo CH Campos BL Rivas J Yantildeez BF Urbano
Chemical Engineering Journal 287 (2016) 744-754
[111] JW Steed DR Turner K Wallace Core Concepts in Supramolecular
Chemistry and Nanochemistry Wiley 2007
[112] A Buczkowski D Waliszewski P Urbaniak B Palecz International
Journal of Pharmaceutics 505 (2016) 1-13
[113] M Kosmulski Advances in Colloid and Interface Science
5
atmoacutesfera de H2 para producir el material en base a magnetita [34] Este meacutetodo
abre la posibilidad de crear una gama de estructuras tridimensionales variando las
relaciones de iones SO42-H2PO4
- durante el tratamiento de siacutentesis hidrotermal
[34] Se ha demostrado que los iones SO42- tienen el efecto de aumentar el
tamantildeo de partiacutecula debido a que aumenta la superficie de las nanoestruturas
Fe2O3 formadas [35] La presencia de iones H2PO4- es el factor crucial que induce
la formacioacuten de una estructura tubular producto de la adsorcioacuten selectiva de iones
fosfato en la superficie de las partiacuteculas de Fe2O3 y su capacidad de coordinar con
los iones feacuterricos [36] Estas estructuras tubulares o nanotubos magneacuteticos (NT-
Fe3O4) no soacutelo conservan el fondo y la forma de una nanovarilla tambieacuten
proporcionan cavidad interna que lo proyectan como un material que permite la
encapsulacioacuten y liberacioacuten controlada de faacutermacos oligoacutemeros supramoleacuteculas
yo macromoleacuteculas entre otras especies [37] las cuales se pueden transportar
de forma segura en el sistema in vivo evitando la degradacioacuten hidroliacutetica o la
precipitacioacuten de faacutermacos hidroacutefobos durante la entrega en el sitio especiacutefico
La principal ventaja de los NT-Fe3O4 como transportadores de faacutermacos es que
pueden poseer la propiedad del para- o superpara-magnetismo para realizar un
seguimiento de la administracioacuten de faacutermacos El traslado de los NTs puede ser
controlado por un campo magneacutetico externo dirigieacutendolo de forma especiacutefica a los
sitios fisioloacutegicos de accioacuten [38] La combinacioacuten de las propiedades magneacuteticas
con una estructura tubular hace de los NT-Fe3O4 un candidato ideal como
nanotransportador empleado en aplicaciones biomeacutedicas La principal limitante
para el empleo de este tipo de sistemas es el tipo de moleacuteculas que pueden ser
adsorbidas ya que en general se ha observado que moleacuteculas de pequentildeo
tamantildeo no son adsorbidas en forma eficiente [34 39]
Una forma de poder superar la baja capacidad de adsorcioacuten de faacutermacos por parte
de los NT-Fe3O4 es generando sistemas hiacutebridos que sean capaces de incorporar
una segunda unidad que incrementen su capacidad de adsorcioacuten Esto se puede
conseguir recubriendo al NT-Fe3O4 con un segundo componente generalmente de
6
naturaleza orgaacutenica obtenido de una fuente natural o sinteacutetica proveyendo
nanoestructuras hibridas con propiedades mejoradas frente a sus componentes
puros La asociacioacuten del componente orgaacutenico con el NM inorgaacutenico puede
realizarse empleando 3 rutas tal como se muestra en la Figura 2
(a) (b) (c)
Figura 2 Esquemas de asociacioacuten componente orgaacutenico en soportes soacutelidos (a)
Adsorcioacuten (b) Adsorcioacuten por formacioacuten de pares ioacutenicos y (c) Anclaje por enlace
covalente
La asociacioacuten por formacioacuten de enlaces covalentes ha sido la teacutecnica maacutes
prometedora y puede llevarse a cabo gracias al uso de moleacuteculas intermediarias
denominadas agentes de acople los cuales son capaces de modificar la superficie
de un soacutelido inorgaacutenico y a su vez unirse covalentemente al estabilizante a traveacutes
de una funcioacuten orgaacutenica reactiva Algunos agentes de acople (AAC) se pueden
clasificar en cuatro grupos aacutecidos carboxiacutelicos poliacutemeros silanos y moleacuteculas
organofosforadas Los AAC del tipo silano son los maacutes utilizadas en los NM
inorgaacutenicos la formula general de este tipo AAC muestra dos clases de
funcionalidades (R1-(CH2)n-Si-(R2)3) Los grupos R1 representan al grupo orgaacutenico
funcional como NH2 SH epoxi metacrilato etc y los grupos R2 representan a un
grupo funcional hidrolizable tal como OCH3 OCH2CH3 o Cl [40 41]
7
Debido a que la superficie de NM inorgaacutenicos de tipo oacutexido poseen grupos
hidroxilos (-OH) eacutestos se utilizan como sitios de reaccioacuten para el proceso de
anclaje El proceso de acoplamiento se logra a traveacutes de la reaccioacuten quiacutemica
entre los grupos trialcoacutexido del AAC y los grupos hidroxilos superficiales del NM
inorgaacutenico [41] tal como se muestra en el esquema de la Figura 3
Figura 3 Esquema de anclaje del AAC en el soporte [42]
Dependiendo de la naturaleza de la moleacutecula orgaacutenica a anclar hay dos formas de
incorporarla en la superficie del soporte anclaje de AAC en la superficie del NM y
posterior reaccioacuten con la moleacutecula de intereacutes o reaccioacuten previa entre moleacutecula y
AAC para realizar el posterior anclaje en la superficie del NM
En este contexto se ha propuesto que la utilizacioacuten de sistemas
nanotransportadores hiacutebridos podriacutean mejoran las variadas limitaciones que
presentan la mayoriacutea de los sistemas nanotransportadores basados en materiales
inorgaacutenicos con baja capacidad de adsorcioacuten Algunos sistemas hiacutebridos
8
propuestos para la adsorcioacuten de faacutermacos han sido nanopartiacuteculas de siacutelice
funcionalizadas con poliacutemeros que contienen guanidina donde se ha estudiado el
comportamiento de carga y liberacioacuten de doxorrubicina y sulfasalazina [22]
nanopartiacuteculas de ZnO-poli(N-isopropilacrilamida) en las cuales se ha estudiado la
liberacioacuten del faacutermaco doxorrubicina en ceacutelulas tumorales [43] nanotubos de
carbono-dendriacutemero los cuales han permitido el aumento significativo de la
solubilidad del faacutermaco carvedilol [44] nanotubos de TiO2 y Al2O3 acoplados a
dendriacutemeros PAMAM cuyo objetivo es combinar las propiedades de adsorcioacuten y
liberacioacuten de metotrexato silibinina y curcumina [13 14]
12 Dendriacutemeros
En el uacuteltimo tiempo ha habido un creciente intereacutes en el uso de macromoleacuteculas
sinteacuteticas en base a poliacutemeros de masa molar controlada y estructura quiacutemica
definida como vectores en la administracioacuten controlada de faacutermacos y otras
aplicaciones terapeacuteuticas o de diagnoacutestico donde se destacan los dendriacutemeros
[45] Los dendriacutemeros son una clase de macromoleacuteculas polimeacutericas de forma
globular altamente ramificadas y monodispersas que constan de un nuacutecleo
central a partir del cual se originan una serie de ramificaciones La palabra
dendriacutemero deriva del teacutermino griego dendron que significa aacuterbol y meros es
decir parte La estructura de un dendriacutemero incluye tres partes un nuacutecleo central
unidades ramificadas y grupos superficiales Las unidades ramificadas estaacuten
dispuestas en capas denominadas generaciones (G) y la zona de la cual emergen
estas ramificaciones se conoce como nodo [23] tal como se muestra en la Figura
4 El tamantildeo de los dendriacutemeros variacutea entre 10-130 Aring de diaacutemetro dependiendo
de la generacioacuten del dendriacutemero [45-47] A pesar de su gran tamantildeo molecular
muestran una muy baja polidispersidad en comparacioacuten con los poliacutemeros
sinteacuteticos tradicionales [48]
La principal ventaja de los dendriacutemeros es que de acuerdo a su estructura
quiacutemica poseen cavidades hidrofoacutebicas caraacutecter que se acentuacutea a medida que
9
crece la generacioacuten del dendriacutemero Esta propiedad favorece la adsorcioacuten de
faacutermacos poco solubles en su interior destacaacutendolos como agentes de transporte
para faacutermacos poco solubles [49-52]
Figura 4 Esquema general de la estructura de un dendriacutemero
Fuente Elaboracioacuten propia
Por otra parte estos nanotransportadores poseen en su superficie un nuacutemero
definido de grupos funcionales (amino carboxilo hidroxilo etc) los que le
confieren una gran versatilidad ya que no soacutelo poseen capacidad para la
adsorcioacuten de faacutermacos en la cavidad interna de la macromoleacutecula sino que al
mismo tiempo los grupos funcionales superficiales permiten realizar
modificaciones brindaacutendoles una alta capacidad de vectorizacioacuten [17 53]
Los dendriacutemeros poliamidoaminas (PAMAM) fueron la primera familia de
dendriacutemeros sintetizados y caracterizados [54] siendo uno materiales de mayor
intereacutes en estudios de nanotransportadores en relacioacuten a su biocompatibilidad Los
dendriacutemeros PAMAM estaacuten constituidos por un nuacutecleo de 12-etilendiamina y
ramificaciones de poliamidoamina [48] En solucioacuten acuosa estos poliacutemeros se
comportan como polielectrolitos ya que las aminas terciarias presente en la
cavidad interna (pKa 30 ndash 60) y las aminas primarias superficiales del dendriacutemero
Nuacutecleo
Ramas
Punto divergente
Grupos funcionales
superficiales
10
(pKa 94 ndash 97) pueden ser protonadas a diferentes pH [13 51] lo cual conlleva a
un cambio en la conformacioacuten tamantildeo y carga del dendriacutemero Los dendriacutemeros
PAMAM estaacuten disponibles comercialmente hasta la deacutecima generacioacuten (G10) Los
de baja generacioacuten (G1-G3) son poco sensibles a los cambios frente a variaciones
de pH poseen conformaciones abiertas [55] y cavidades internas que permiten la
encapsulacioacuten de faacutermacos hidroacutefobos mientras que los grupos superficiales
estaacuten disponibles para interacciones electrostaacuteticas o conjugacioacuten covalente En la
Figura 5 se observa un dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten (G3)
Figura 5 Dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten (G3) Fuente Elaboracioacuten
propia
En la Tabla 1 se puede observar algunas propiedades de los PAMAM A medida
que aumenta la generacioacuten del dendriacutemero hay un aumento progresivo de su
11
tamantildeo (aprox 10 nm en cada generacioacuten) y como consecuencia se observa un
incremento exponencial en el nuacutemero de grupos aminos superficiales
Los dendriacutemeros PAMAM han demostrado ser efectivos como
nanotransportadores de faacutermacos pues poseen baja citotoxicidad son
biodegradables y no inmunogeacutenicos por lo menos hasta la generacioacuten 5 [56 57]
Tabla 1 Impacto en la masa molecular y en el tamantildeo de los dendriacutemeros
PAMAM seguacuten crece la generacioacuten [48]
Dendriacutemeros
PAMAM
generacioacuten
Masa molecular
(kDa)
Diaacutemetro en
nanoacutemetros (nm)
Nuacutemero de
grupos en
superficie
0 0517 15 4
1 1430 22 8
2 3256 29 16
3 6909 36 32
4 14215 45 64
5 28826 54 128
6 58048 67 256
7 116493 81 512
8 233383 97 1024
9 467162 114 2048
10 934720 135 4096
Algunos ejemplos reportados en bibliografiacutea han demostrado el aumento de la
solubilidad de algunos faacutermacos poco solubles en medio acuoso como nifedipina
adsorbida en PAMAM-G3 y PAMAM-G4 [58] aacutecido mefenaacutemico adsorbida en
PAMAM-G2 y PAMAM-G3 [51] piroxicam en PAMAM-G3 [59] metotrexato y
adriamicina en complejos PAMAM-G3-pegilado y PAMAM-G4-pegilado [60] entre
otros
12
La principal aplicacioacuten de los PAMAM como nanotransportadores ha sido en la
adsorcioacuten y liberacioacuten de faacutermacos antineoplaacutesicos [61] Lamentablemente los
sistemas PAMAM no muestran especificidad como para considerarlos potenciales
candidatos para terapias dirigidas en el tratamiento de enfermedades sin ser
previamente vectorizados Es por esto que la investigacioacuten que se ha desarrollado
en los uacuteltimos 10 antildeos ha estado focalizada en la siacutentesis de nanotransportadores
PAMAM modificados con algunas moleacuteculas capaces de conferirle especificidad
en orden a aumentar la liberacioacuten de los faacutermacos adsorbidos en la zona donde se
encuentran los receptores farmacoloacutegicos para asiacute disminuir al miacutenimo su
concentracioacuten en otras zonas del organismo [62 63] Ademaacutes variados estudios
han mostrado que los dendriacutemeros PAMAM poseen una limitada capacidad de
adsorcioacuten de faacutermacos soacutelo de unos cuantos miligramos de faacutermaco por gramo de
dendriacutemero Esto unido a la raacutepida liberacioacuten de las moleacuteculas de faacutermacos bajo
condiciones fisioloacutegicas impone el desarrollo de nuevas estrategias para el disentildeo
de nanotransportadores de faacutermacos en base a dendriacutemeros PAMAM
13 Nanomateriales hiacutebridos oacutexido inorgaacutenicoPAMAM
Dada la capacidad de adsorber faacutermacos del sistema PAMAM y su habilidad de
poder sufrir modificaciones en sus grupos aminos superficiales es que se ha
considerado como un componente que mejorariacutea la capacidad de adsorcioacuten de
faacutermacos poco solubles en sistemas inorgaacutenicos De acuerdo a la experiencia del
grupo de investigacioacuten se sabe que la preparacioacuten de nanotransportadores
hiacutebridos en base a nanotubos de TiO2 y Al2O3 acoplados con dendriacutemeros
PAMAM G3 han demostrado un incremento en la capacidad de adsorcioacuten de
faacutermacos poco solubles como metotrexato silibinina y curcumina [13 14]
En base a las evidencias previas reportadas en relacioacuten al empleo de materiales
hiacutebridos en base a nanotubos de oacutexidos inorgaacutenicos acoplados a dendriacutemeros
PAMAM y las caracteriacutesticas de NM del tipo NT-Fe3O4 es que se ha propuesto la
siacutentesis caracterizacioacuten y evaluacioacuten de la capacidad de adsorcioacuten de faacutermacos
13
de materiales en base a NT-Fe3O4 acoplados a PAMAM G3 los que podriacutean
constituir sistemas con una capacidad de adsorcioacuten superior respecto del NT-
Fe3O4 ademaacutes de exhibir propiedades para- o superpara-magneacuteticas que le
confeririacutean la capacidad de ser magneto-dirigido a los sitios de accioacuten Se espera
realizar la inmovilizacioacuten por medio de la unioacuten covalente entre el NT-Fe3O4 y
PAMAM mediada por un agente de acople de tipo 3-glicidoxipropil-trimetoxisilano
(GPTMS) Los estudios de adsorcioacuten se hicieron con dos faacutermacos poco solubles
como modelos silibinina (SIL) y piroxicam (PRX) empleando como adsorbentes
NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM G3
14
2 HIPOacuteTESIS
La inmovilizacioacuten covalente del dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten en un
NT magneacutetico en base a Fe3O4 permitiraacute adsorber efectivamente faacutermacos que
poseen baja solubilidad en agua
3 OBJETIVOS
31 OBJETIVO GENERAL
Sintetizar un nanotransportador hiacutebrido Fe3O4-PAMAM (G3) con la capacidad de
adsorber faacutermacos con baja solubilidad en agua
32 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
Sintetizar y caracterizar una nanoestructura magneacutetica basada en nanotubos
de Fe3O4 obtenidos por una reduccioacuten de nanotubos Fe2O3
Funcionalizar la nanoestructura magneacutetica con agente de acople por medio de
enlaces covalentes
Obtener un nanomaterial hiacutebrido basado en la inmovilizacioacuten covalente del
dendriacutemero PAMAM en la nanoestructura magneacutetica funcionalizada
Estudiar la adsorcioacuten de los faacutermacos piroxicam y silibinina en el nanomaterial
hiacutebrido
15
4 PARTE EXPERIMENTAL
41 Siacutentesis de los nanotransportadores
411 Siacutentesis de nanotubos de magnetita (Fe3O4)
Para la obtencioacuten de estos nanotubos magneacuteticos primero se realizoacute la siacutentesis de
nanotubos de hematita (α-Fe2O3) como precursor de forma los que fueron
obtenidos por tratamiento hidrotermal de una mezcla de disoluciones de
FeCl36H2O (JTBakerreg) NH4H2PO4 (Sigma-Aldrichreg) y Na2SO4 (Merckreg) de
acuerdo al trabajo reportado por Jia y colaboradores [34] Las relaciones molares
empleadas de la sal precursora y los agentes directores de estructura fueron
FeCl3NH4H2PO4Na2SO4 36121 las que se prepararon en agua desionizada y se
llevaron a un autoclave de 100 mL de capacidad La mezcla se calentoacute a 220degC
durante 48h El precipitado obtenido se separoacute por centrifugacioacuten y se lavoacute tres
veces con agua desionizada y etanol absoluto (Merckreg) respectivamente Despueacutes
el soacutelido se secoacute en una estufa a vaciacuteo por 12h a 80degC para obtener los nanotubos
de Fe2O3 Finalmente los NT-Fe3O4 fueron obtenidos por reduccioacuten de los NT-
Fe2O3 a 360degC bajo flujo continuo de H2 5vv en Ar durante 5h en una rampa de
calentamiento de 1degCmin El rendimiento de la siacutentesis fue de un 91
412 Funcionalizacioacuten de NT-Fe3O4 con el agente de acople
3-glicidoxipropil-trimetoxisilano
Los NT-Fe3O4 se dispersaron en tolueno (Merckreg) seco el cual fue previamente
desgasificado con N2 por 1h en un reactor de vidrio provisto de agitacioacuten mecaacutenica
y atmoacutesfera controlada (ver Figura 6) Al tolueno se agregoacute 1 g de NT- Fe3O4
formando una dispersioacuten negra la que se calentoacute hasta alcanzar la temperatura de
ebullicioacuten Una vez alcanzada la temperatura deseada se inyectoacute el agente de
acople 3-glicidoxipropil-trimetoxisilano (GPTMS 98 Aldrichreg) en relacioacuten 1 mL
GPTMS por 1 g de soporte [13 14] La reaccioacuten se mantuvo a reflujo por 24h Una
16
vez obtenido NT-Fe3O4-GPTMS se lavoacute con acetona (Merckreg) para eliminar el
exceso de GPTMS y se secoacute en estufa a vaciacuteo por 12h a 40degC El rendimiento de
la reaccioacuten acople se determinoacute por medio de anaacutelisis termogravimeacutetrico el cual se
adjunta en la seccioacuten 512
Figura 6 Sistema de reaccioacuten para realizar las modificaciones superficiales de NT-
Fe3O4 Fuente Elaboracioacuten propia
413 Acoplamiento de NT-Fe3O4-GPTMS con dendriacutemero PAMAM
En un reactor de vidrio provisto de agitacioacuten mecaacutenica (Figura 6) se agregaron
050 g de NT-Fe3O4-GPTMS con 25 mL de dimetilsulfoacutexido (DMSO Merckreg) seco
generaacutendose una dispersioacuten negra que se agitoacute durante 1h en N2 a 40degC
Posteriormente se disolvioacute 863 mg de dendriacutemero PAMAM G3 (20 mm en
metanol Sigma-Aldrichreg) seco en 5 mL de DMSO seco y se agregoacute al sistema de
reaccioacuten el cual se mantuvo en agitacioacuten mecaacutenica y a 40degC por un periodo de
48h El material obtenido se lavoacute exhaustivamente con metanol (Merckreg) para
eliminar los restos de DMSO y PAMAM adsorbidos Por uacuteltimo el soacutelido NT-Fe3O4-
PAMAM se secoacute al vaciacuteo a 40degC por un periodo de 24h El rendimiento de la
reaccioacuten conjugacioacuten se determinoacute por medio de anaacutelisis termogravimeacutetrico el cual
se adjunta en la seccioacuten 512
17
42 Caracterizacioacuten de los sistemas
421 Espectroscopia de Infrarrojo con Transformada de Fourier (FT-IR)
Un espectro IR se obtiene al pasar radiacioacuten IR a traveacutes de una muestra y
determinar que fraccioacuten de esta radiacioacuten incidente ha sido absorbida La energiacutea
particular a la que aparece cada banda en el espectro guarda relacioacuten con la
frecuencia de vibracioacuten de una parte de la moleacutecula Los espectros en la regioacuten
infrarroja estaacuten asociados a las transiciones entre niveles de energiacutea vibracional
estos niveles corresponden a vibraciones tensioacuten-contraccioacuten (stretching) y
flexiones (bending) de los enlaces y otros movimientos complejos de las moleacuteculas
[64] La regioacuten IR del espectro electromagneacutetico se encuentra entre 14290-10 cm-1
El intervalo que abarca la espectroscopia infrarroja puede dividirse en tres
regiones IR cercano (NIR) 14290-4000 cm-1 IR medio 4000-400 cm-1 IR lejano
400-10 cm-1 siendo en el IR medio donde se dan la mayoriacutea de las aplicaciones
analiacuteticas tradicionales
En los experimentos comunes de FT-IR un haz de luz infrarroja atraviesa la
muestra y se registra la cantidad de energiacutea absorbida a cada longitud de onda
Esto puede lograrse barriendo el espectro con un haz de luz monocromaacutetico el
cual cambia su longitud de onda a traveacutes del tiempo o usando una transformada de
Fourier para medir todas las longitudes de onda a la vez como se muestra en la
Figura 7 A partir de esto se obtiene un espectro de transmitancia o absorbancia
el cual permite una interpretacioacuten de la naturaleza de los enlaces quiacutemicos
presentes La teacutecnica de FTIR se ha utilizado para estudiar materiales de tamantildeo
nanoescala como moleacuteculas funcionales injertadas covalentemente en nanotubos
de carbono [65] y nanotubos de TiO2 acoplados a dendriacutemero PAMAM [13]
18
Figura 7 Esquema del equipamiento de un FT-IR Fuente Elaboracioacuten propia
Equipamiento
Los materiales puros e hiacutebridos se analizaron en el equipo Nicolet marca Nexus
FT-IR en la zona del IR medio usando como blanco pastilla KBr Para ello se
homogeneizoacute 1 mg de muestra en 100 mg KBr seguido por la obtencioacuten de la
pastilla en prensa hidraacuteulica por uacuteltimo se colocoacute en el portamuestra la pastilla y se
midioacute el espectro a temperatura ambiente barriendo nuacutemeros de onda en el
intervalo medio (4000-400 cm-1) y con un nuacutemero de acumulaciones de 64 scan
422 Difraccioacuten de Rayos X (DRX)
Los rayos X son una forma de radiacioacuten electromagneacutetica que tiene elevada
energiacutea y corta longitud de onda del orden de los espacios interatoacutemicos de los
soacutelidos Cuando un haz de rayos X atraviesa un soacutelido la radiacioacuten se dispersa al
interaccionar con los electrones de los aacutetomos En este caso cada capa de aacutetomos
reflejara parte del haz de rayos X los haces reflejados en las capas sucesivas de
aacutetomos del soacutelido pueden presentar ondas que en una determinada direccioacuten
concuerdan en fase con las ondas reflejadas por otras capas es decir se produce
una interferencia constructiva a este fenoacutemeno se le llama difraccioacuten de rayos X
19
La difraccioacuten de rayos X se puede describir simplemente como la reflexioacuten de un
haz de rayos X incide sobre los planos cristalinos de una muestra soacutelida
empleando la ley de Bragg tal como se muestra en la Figura 8 [64]
Figura 8 Difraccioacuten de Rayos X producida por los diferentes planos de un cristal
Fuente Elaboracioacuten propia
La teacutecnica de difraccioacuten maacutes comuacuten utiliza una muestra pulverizada o policristalina
consistente en muchas partiacuteculas diminutas y orientadas al azar que se exponen a
una radiacioacuten de rayos X monocromaacutetica Como cada partiacutecula de polvo es un
cristal teniendo una gran cantidad de ellos orientados libremente se asegura que
algunas partiacuteculas esteacuten orientadas adecuadamente para que sus planos
cristalograacuteficos cumplan las condiciones para la difraccioacuten y de esta forma obtener
perfiles de difraccioacuten tiacutepicos de cada material
Equipamiento
En este estudio se utilizoacute el difractoacutemetro Rigaku modelo Geigerflex II empleando
el meacutetodo de polvo y usando como estaacutendar interno silicio (cuarzo) La muestra
previamente pulverizada se coloca en un porta objeto para ser irradiado con la
liacutenea κα1 del anticaacutetodo de Fe (λ 19360 Aring) a 35kV y 15mA usando un filtro de
manganeso para eliminar la liacutenea de κβ
20
423 Microscopiacutea Electroacutenica de Transmisioacuten (TEM)
La teacutecnica maacutes utilizada para la caracterizacioacuten de nanomateriales es la
microscopia electroacutenica de transmisioacuten (TEM) la que ofrece imaacutegenes directas de
los nanomateriales con una resolucioacuten espacial hasta el nivel de las dimensiones
atoacutemicas 10-9 m [66] El fundamento del TEM se basa en un haz de electrones que
manejados a traveacutes de lentes electromagneacuteticas se proyecta sobre una muestra
muy delgada situada en una columna de alto vaciacuteo Electrones que atraviesan la
muestran son recogidos y focalizados por la lente objetivo generando una imagen
intermedia ampliada La imagen es ampliada auacuten maacutes gracias a las lentes
proyectoras las cuales controlan la ampliacioacuten de la imagen en la pantalla
fluorescente como se muestra de forma esquemaacutetica en la Figura 9 [67] El TEM
mejora los anaacutelisis morfoloacutegicos y estructurales de nanomateriales ademaacutes
proporciona una mejor resolucioacuten espacial y la capacidad para mediciones
analiacuteticas adicionales [66]
Equipamiento
Las muestras analizadas fueron previamente tratadas tomando una pequentildea
porcioacuten del soacutelido el que se molioacute y disgregoacute en un mortero de aacutegata hasta obtener
un polvo fino Eacuteste se dispersoacute en una mezcla de etanolagua (50 vv) y se
sembroacute en una gradilla de cobre recubierta por una capa de carboacuten y colodioacuten Las
muestras fueron analizadas en un microscopio TEM modelo JEOL JEM -1200EX
II con una resolucioacuten de 5Aring a 120Kv las imaacutegenes obtenidas fueron trabajadas en
el software ImageJ donde se determinaron los diaacutemetros promedio y el largo
promedio de las partiacuteculas empleando la data estadiacutestica entregada directamente
por el software
21
Figura 9 Esquema de un microscopio electroacutenico de transmisioacuten Fuente
Elaboracioacuten propia
424 Microscopia Electroacutenica de Barrido (SEM)
La microscopia electroacutenica de barrido (SEM) es una teacutecnica que permite la
observacioacuten y caracterizacioacuten superficial de materiales inorgaacutenicos y orgaacutenicos
entregando informacioacuten morfoloacutegica del material analizado ademaacutes del
procesamiento y anaacutelisis de imaacutegenes obtenidas Las principales utilidades del
SEM son su alta resolucioacuten la gran profundidad de campo que resuelve una
imagen tridimensional de la muestra y la relativa sencillez de preparacioacuten de las
muestras [66 68] La imagen entregada por el SEM se genera por la interaccioacuten de
un haz de electrones que barre un aacuterea determinada sobre la superficie de la
muestra tal como se muestra la Figura 10 La teacutecnica consiste en hacer incidir en
la muestra un haz de electrones Este bombardeo de electrones provoca la
aparicioacuten de diferentes sentildeales que captadas con detectores adecuados
proporcionan informacioacuten acerca de la naturaleza de la muestra
22
Figura 10 Esquema de un microscopio electroacutenico de barrido Fuente Elaboracioacuten
propia
Equipamiento
Las materiales se analizaron tomando 10 mg de muestra deposinatnadolos en un
porta objeto de aluminio y posteriormente fue analizado en microscopio SEM
modelo JEOL JSM-6380LV
425 Anaacutelisis Termogravimeacutetrico (TGA)
El anaacutelisis termogravimeacutetrico (TGA) es una teacutecnica que consiste en la medida
continua en funcioacuten de la temperatura de la ganancia o peacuterdida de la masa de un
compuesto en una atmoacutesfera determinada [69] Este anaacutelisis suministra
informacioacuten acerca de la estabilidad teacutermica y la composicioacuten porcentual de la
muestra original La instrumentacioacuten utilizada en termogravimetriacutea se denomina
termobalanza y consta baacutesicamente de cinco elementos balanza de precisioacuten
horno calefactor controlado por un programador sensor de temperatura (termopar)
sistema de admisioacuten de gases y sistema de adquisicioacuten de datos Las condiciones
requeridas para la balanza son anaacutelogas a cualquier balanza analiacutetica exactitud
sensibilidad y reproducibilidad
23
Equipamiento
Las muestras fueron llevadas a un analizador teacutermico modelo TGASDTA 851e
Los perfiles de descomposicioacuten teacutermica se barrieron entre 25-1000degC a una
velocidad de calentamiento de 5degC min-1 en un flujo de 20 mLmin-1 de N2 u O2
empleando un crisol de Al2O3
426 Isotermas de Adsorcioacuten-Desorcioacuten de N2 a -196degC
La caracterizacioacuten superficial de materiales porosos como oacutexidos metaacutelicos
zeolitas o poliacutemeros orgaacutenicos mediante isotermas de adsorcioacuten-desorcioacuten permite
determinar paraacutemetros tales como el aacuterea superficial el volumen y la distribucioacuten
del tamantildeo de poros [13 70] Cualquier material soacutelido que contiene cavidades
canales o intersticios puede ser considerado como poroso (Figura 11) Los poros
se pueden clasificar en cerrados y abiertos Los cerrados son aquellos que influyen
en propiedades macroscoacutepicas como densidad o resistencia mecaacutenica pero no
son accesibles a procesos de adsorcioacuten Los abiertos a su vez se pueden
clasificar seguacuten su forma o manera de conexioacuten con el exterior La rugosidad de la
superficie externa de la muestra se distingue de la porosidad en que su
profundidad es menor que su anchura
Figura 11 Representacioacuten esquemaacutetica de un soacutelido poroso [71]
24
La estructura porosa se analiza mediante isotermas de adsorcioacuten de gases Esta
consiste en la adsorcioacuten fiacutesica de un gas (adsorbato) sobre un soacutelido (adsorbente)
a una temperatura dada para distintas presiones relativas de gas
Los adsorbatos maacutes utilizados son el N2 CO2 CO NO benceno y algunos
hidrocarburos alifaacuteticos de cadena corta La adsorcioacuten de N2 a -196degC (77 K) es la
maacutes utilizada debido a que cubre todo el rango de porosidad e interacciona
deacutebilmente con la mayoriacutea de los soacutelidos Ademaacutes la misma isoterma puede ser
utilizada para el anaacutelisis del tamantildeo de poro y para superficie especifica empleando
una variedad de modelos El modelo maacutes usado es el de Brunauer-Emett-Teller
(BET) el cual se basa en dos hipoacutetesis principales a) la superficie del adsorbente
se supone uniforme y no porosa b) las moleacuteculas del gas se adsorben sobre la
superficie en capas sucesivas completas o no en equilibrio dinaacutemico entre siacute y
con las moleacuteculas del gas [72 73]
Equipamiento
Los valores de superficie especiacutefica se obtuvieron a partir de las isotermas de
adsorcioacuten de nitroacutegeno a -196degC realizados en un equipo automaacutetico Micromeritics
modelo ASAP 2010 en el rango de presioacuten relativa de 005-03 Se utilizoacute el meacutetodo
BET para calcular las superficies especiacuteficas utilizando la parte lineal del graacutefico de
acuerdo con las recomendaciones de la IUPAC El volumen de poro y las
distribuciones de tamantildeo de poro fueron calculados a partir de las ramas de
desorcioacuten de las isotermas utilizando el meacutetodo de Barret-Joyner-Halenda (BHJ)
427 Magnetizacioacuten del material
Cuando un material se expone a un campo magneacutetico el giro de sus electrones
producen un momento magneacutetico paralelo al campo al que estaacute expuesto esto es
en el material se ha inducido una magnetizacioacuten (M) que es proporcional al campo
magneacutetico externo (H)
25
En la Figura 12 se observa la curva de magnetizacioacuten de un material
ferromagneacutetico que corresponde a un graacutefico de la magnetizacioacuten (M) frente a un
campo aplicado (H) Inicialmente a medida que aumenta la intensidad del campo
aplicado H M tambieacuten aumenta hasta alcanzar el punto de saturacioacuten Ms
Entonces cuando la intensidad del campo H comienza a disminuir por debajo del
punto de saturacioacuten M no lo hace en la misma proporcioacuten que antes sino que a
valores correspondientes a la curva superior Esto comportamiento se conoce
como histeacuteresis y se produce porque los dominios magneacuteticos que se alinean con
un incremento del campo no vuelven a su orientacioacuten original si el campo es
menor Cuando el campo aplicado H regresa al valor cero el material aun
presenta magnetizacioacuten denominada magnetizacioacuten remanente Mr Para eliminar
la magnetizacioacuten remanente se debe aplicar un campo Hc en sentido contrario al
campo inicialmente aplicado conocido como campo coercitivo Si se continuacutea
aumentando el campo se produce otra saturacioacuten en direccioacuten contraria Si desde
esa posicioacuten se disminuye el campo aplicado se vuelve a repetir el mismo
comportamiento dando lugar auacuten ciclo de histeacuteresis [74]
Figura 12 Representacioacuten de curva de magnetizacioacuten para un material
ferromagneacutetico [74]
26
Los paraacutemetros Ms Mr y Hc obtenidos a partir de la curva de magnetizacioacuten
corresponden a propiedades intriacutensecas de un material aunque los uacuteltimos dos
paraacutemetros mencionados no solo depende del tipo del material sino ademaacutes del
tamantildeo y forma del material temperatura y defecto del material [75]
Con la finalidad de comparar el comportamiento magneacutetico de diferentes materiales
frente a un campo aplicado eacutestos se pueden clasificar en diamagneacutetico
paramagneacutetico ferromagneacutetico (Figura 12) ferrimagneacutetico superparamagneacutetico
antiferromagneacutetico El instrumento maacutes utilizado en los anaacutelisis de materiales
magneacuteticos es el magnetoacutemetro de muestra vibrante (VSM) disentildeado para la
medicioacuten de la magnetizacioacuten y del cual se obtiene el ciclo de histeacuteresis [76 77]
Equipamiento
Para las curvas de magnetizacioacuten se pesaron 10 mg de las muestras las que se
depositaron en caacutepsula de policarbonato Dicha caacutepsula fue llevada al portamuestra
del magnetoacutemetro de muestra vibrante (VSM) modelo MLVSM9 MagLab 9T Oxford
Instrument Todas las mediciones se realizaron a 17degC
428 Adsorcioacuten de Faacutermacos en Nanotubo Fe3O4 y en nanotransportador
hiacutebrido Fe3O4-PAMAM
Los ensayos se disentildearon para seguir la adsorcioacuten del faacutermaco en funcioacuten del
tiempo Para ello en un vaso de precipitado colocado sobre una placa agitadora
con control de temperatura se contactan 200 mL de una disolucioacuten acuosa de SIL
(005 mgmL) con 10 mg del nanotransportador dispersos en 2 mL de agua
desionizada y colocados en el interior de bolsa de diaacutelisis (Thermo Scientific
SnakeSkin Dialysis Tubing 10K MWCO 22mm) tal como se muestra
esquemaacuteticamente en la Figura 13 La cineacutetica de la adsorcioacuten se siguioacute por medio
de espectroscopia de UV-visible tomando aliacutecuotas de 10 mL y monitoreadas a
una longitud de onda de maacutexima absorcioacuten (λmaacutex) del faacutermaco (288 nm) cada una
hora empleando un espectrofotoacutemetro UV-VIS (UV2310IISpectrophotometer) hasta
27
que no se detecta variacioacuten en las lecturas absorbancia en funcioacuten
Figura 13 Esquema del sistema de adsorcioacuten de faacutermacos en los
nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
El mismo procedimiento fue empleado para evaluar la capacidad de encapsulacioacuten
de piroxicam (PRX) donde se empleoacute una concentracioacuten inicial de 001 mgmL y
las medidas de absorbancia se siguieron a λmaacutex = 350 nm Todas las medidas de
absorbancia se realizaron por triplicado y la cuantificacioacuten se realizoacute empleando las
respectivas curvas de calibracioacuten de cada faacutermaco Para ambos sistemas NT-
Fe3O4 y Fe3O4-PAMAM las medidas de encapsulacioacuten se realizaron por duplicado
28
5 DISCUSIOacuteN Y ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
51 Caracterizacioacuten de los nanomateriales
511 Espectroscopia de infrarrojo con transformada de Fourier
La caracterizacioacuten espectroscoacutepica por FT-IR entrega informacioacuten sobre los
grupos superficiales existente en una muestra En la Figura 14 se observa el
espectro de NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM En el caso de NT-Fe3O4 se observa
una banda a 574 cm-1 que corresponde al stretching del enlace de Fe-O de la
magnetita seguido por la banda ubicada entre 945-980 cm-1 asociada al bending
del enlace FendashOndashH atribuido a los grupos hidroxilos adsorbidos en la superficie de
NT-Fe3O4 El bending a 1628 cm-1 se asigna a la vibracioacuten de las moleacuteculas de
H2O fisisorbidas sobre la superficie de la magnetita [78] por uacuteltimo entre 3090-
3430 cm-1 se observa una banda ancha correspondiente al stretching de los
grupos FendashOH superficiales [79 80]
Figura 14 Espectro FT-IR de (a) NT-Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-PAMAM Fuente
Elaboracioacuten propia
29
El NT-Fe3O4-PAMAM tiene un espectro similar al NT-Fe3O4 pero se pueden
identificar la banda asociada al bending N-H de las aminas primarias del PAMAM
a 1541 cm-1 mientras que a 1638 cm-1 se observa una banda atribuida al grupo
carbonilo (C=O) de las amidas que componen ramas de crecimiento internas del
dendriacutemero Las bandas entre 2849-2912 cm-1 corresponden a los stretching de
los grupos metileno (-CH2-) presentes en el agente de acople GPTMS y en la
cadena alifaacutetica del dendriacutemero PAMAM [13 81] Por uacuteltimo la banda de vibracioacuten
atribuida de los grupos ndashNH2 terminales se solapa con la sentildeal de los grupos ndashOH
de la superficie del NT-Fe3O4 Con lo anterior se verifica la presencia del
dendriacutemero PAMAM y la superficie del NT-Fe3O4 utilizando como agente de
acople GPTMS
512 Anaacutelisis Termogravimeacutetrico
Por medio del estudio de TGA se ha podido determinar la cantidad de PAMAM
conjugada en el soacutelido NT-Fe3O4 En la Figura 15 se muestran las curvas de
peacuterdida de masa porcentual en funcioacuten de la temperatura para los tres sistemas
preparados En el caso de NT-Fe3O4 se observa una curva continua hasta
alrededor de los 200degC donde comienza la peacuterdida de materia que corresponde a
desorcioacuten de agua fuertemente fisisorbida en el material En una segunda etapa a
500degC se detecta la peacuterdida en masa atribuida a la oxidacioacuten de las especies Fe2+
a Fe3+ con la consecuente peacuterdida de agua [82 83]
2Fe3O4 (s) + 12O2 (g) rarr 3Fe2O3 (s)
Posterior a 650degC se detecta una continua peacuterdida de masa la que se asume
corresponde a la deshidroxilacioacuten de las especies Fe-OH remanentes de la
formacioacuten de Fe2O3 Cuando al material se le inmoviliza el agente de acople
GPTMS se observa un perfil de peacuterdida en masa diferente al material de partida
La temperatura de inicio es de alrededor de 250degC en la cual comienza la
combustioacuten de la materia orgaacutenica atribuida al anclaje del agente de acople en la
30
superficie de NT-Fe3O4 finalizando alrededor de los 430degC En la zona del
termograma que denota la oxidacioacuten de las especies Fe2+ a Fe3+ se observa un
desplazamiento a 550degC atribuido a la estabilizacioacuten superficial que le confieren
los enlaces Fe-O-Si que se han formado durante el proceso de anclaje [84 85]
Figura 15 Termogramas de los materiales realizados en atmoacutesfera de O2 (a) NT-
Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-GPTMS y (c) NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten
propia
La diferencia en las masas remanentes entre ambas curvas ha permitido estimar
la cantidad de GPTMS que se ha inmovilizado en NT-Fe3O4 el cual se resume en
la Tabla 2 Soacutelo se puede determinar un estimado por esta teacutecnica pues se sabe
que las especies Fe-O-Si presente en la muestra se pueden sustituir en la matriz
del NT-Fe3O4 durante el proceso produciendo la mineralizacioacuten del GPTMS
4(Fe-O)3Si(CH2)3-(CH2OCH2)(s) + 25O2(g) rarr 2(Fe-O)3Si-O-Si(O-Fe)3(s) +
20CO2(g) + 16H2O(g)
31
Lo que al mismo tiempo podriacutea provocar el desplazamiento de la oxidacioacuten de las
especies Fe2+ a temperaturas superiores
Tabla 2 Porcentaje de peacuterdida de masa y material acoplado GPTMS y PAMAM
(G3) al NT-Fe3O4 Fuente Elaboracioacuten propia
Por uacuteltimo para el material hiacutebrido NT-Fe3O4-PAMAM muestra un perfil de
peacuterdida de masa continua desde los 75degC en adelante atribuido a la desorcioacuten de
H2O fisisorbida la que se incrementa respecto de los materiales precursores
atribuidos a la alta capacidad de adsorber agua por parte del dendriacutemero
inmovilizado en superficie Por sobre los 250degC comienza una segunda etapa de
peacuterdida en masa la que corresponde a la calcinacioacuten de la materia orgaacutenica
conferida por GPTMS-PAMAM la que ocurre en dos etapas 1) combustioacuten de la
materia orgaacutenica alifaacutetica (250degC) y 2) a la combustioacuten asociada a los enlaces
amidas de la ramas de crecimiento de PAMAM (450degC) la que al mismo tiempo se
acopla con la oxidacioacuten de la especies Fe2+ del material inorgaacutenico Comparando
los resultados obtenidos para NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-GPTMS se puede estimar el
contenido de PAMAM conjugado a la nanoestructura lo cual se resume en la
Tabla 2 Con estos resultados se puede inferir que la reaccioacuten de inmovilizacioacuten ha
afectado el contenido en masa del material el que se puede atribuir a la
conjugacioacuten de PAMAM en los NT-Fe3O4
513 Isotermas de Adsorcioacuten-Desorcioacuten de N2 a -196degC
Las isotermas de adsorcioacutendesorcioacuten de N2 a -196degC de los materiales NT-Fe3O4
y NT-Fe3O4-PAMAM se presentan en la Figura 16 Ambas isotermas son del tipo
IV de acuerdo a la calificacioacuten BDDT tiacutepica de soacutelidos mesoporosos y con ciclo
de histeacuteresis tipo H1 [72 73] caracteriacutesticas de capilares de forma tubular con
Material () (μmolg) (μmolm2)
NT-Fe3O4-GPTMS 39 165 66
NT-Fe3O4-PAMAM 168 243 097
32
abertura en sus extremos En la Tabla 3 se resumen los valores de superficies
especiacuteficas (SBET) distribuciones de tamantildeo promedio de poro de los materiales
(dPoro) y volumen total (VPoro) mostrando que la funcionalizacioacuten con GPTMS
seguido por la inmovilizacioacuten con dendriacutemero PAMAM en la superficie del NT-
Fe3O4 provoca una disminucioacuten de los valores
Figura 16 Isoterma de adsorcioacutendesorcioacuten de N2 a -196degC para (a) NT-Fe3O4 y (b)
NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Lo anterior se debe a que el GPTMS y PAMAM producen el cubrimiento parcial
de la superficie del material tubular NT-Fe3O4 lo que lleva a que los poros se
cierren o tapen estrechando sus cavidades y haciendo que el proceso de
desorcioacuten ocurra a menores presiones relativas Lo descrito con anterioridad
concuerda con el cambio en el ciclo de histeacuteresis gracias a una disminucioacuten del
diaacutemetro promedio de poro o bien un aumento en el grosor de la pared del
material tubular Esto es una evidencia experimental de la modificacioacuten superficial
del nanotubo la que presumiblemente ocurre de forma preferente en la superficie
interna del material
33
Tabla 3 Superficie especiacutefica tamantildeo promedio de poro y volumen de poro
determinadas por las de BET y BJH [73 86] para los materiales en base a NT-
Fe3O4 sintetizados Fuente Elaboracioacuten propia
condiciones normales Presioacuten y temperatura
514 Difraccioacuten de Rayos X
En la Figura 17 se muestran los perfiles de DRX para de NT α-Fe2O3 NT-Fe3O4 y
NT-Fe3O4-PAMAM El primer material corresponde a NT α-Fe2O3 debido a la
siacutentesis previa de nanotubos de hematita precursor de los nanotubos de
magnetita Se observan las difracciones propias de la hematita la cual coincide
con su estructura hexagonal (JCDS 33-0664) [87-89] Ademaacutes en la figura 17 se
observa la desaparicioacuten y aparicioacuten de picos desde el primer al segundo material
en este uacuteltimo aparecen los picos de la magnetita esto indica la reaccioacuten de
reduccioacuten de la hematita a magnetita con el consecuente cambio estructural
Los materiales NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM se detectan las difracciones tiacutepicas
para Fe3O4 con estructura cristalina del tipo magnetita la cual corresponde a una
estructura cuacutebica centrada en la cara de tipo espinela (AB2O4) inversa (JCPDS 19-
0629) [29 79 80] La modificacioacuten superficial con agente de acople seguido por el
acoplamiento con dendriacutemero PAMAM no provoca cambios en la estructura
cristalina del material NT-Fe3O4
Material SBET
(m2g-1)
dPoro
(nm)
VPoro
(cm3g-1)
NT-Fe3O4 59 33 01
NT-Fe3O4-PAMAM 25 19 005
34
Figura 17 Difractograma de rayos X para (a) NT α-Fe2O3 (b) NT-Fe3O4 y (c) NT-
Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
515 Microscopiacutea Electroacutenica de Barrido y Transmisioacuten
La estructura tubular de estos materiales se siguioacute por medio de microscopiacutea
electroacutenica de barrido y transmisioacuten En relacioacuten a la morfologiacutea superficial se
puede observar en la Figura 18 que en ambos materiales muestran la forma tiacutepica
de materiales nanotubulares huecos lo cual ratifica los resultados en la forma de
los ciclos de histeacuteresis observados en la caracterizacioacuten por isotermas de
adsorcioacuten de N2 a -196degC (Figura 16) En relacioacuten a la modificacioacuten superficial del
material NT-Fe3O4 con GPTMS y PAMAM se mantiene la morfologiacutea del material
inorgaacutenico en acuerdo con la caracterizacioacuten por DRX
35
Figura 18 Imaacutegenes de SEM de los materiales (a) NT-Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-
PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Para poder determinar de forma directa los tamantildeos partiacutecula longitud y diaacutemetro
de NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM se ha realizado la caracterizacioacuten por TEM y
sus respectivas micrografiacuteas se muestran en la Figura 19 Al igual que en el caso
de SEM se observan nanoestructuras que muestran una morfologiacutea definida de
tipo tubular con una cavidad regular abierta en sus extremos
A traveacutes del conteo de los nanotubos y la medicioacuten directa de sus tamantildeos se han
determinado las curvas de distribucioacuten para el largo y diaacutemetro externo de los
nanotubos tal como se muestra en la Figura 19 Los valores promedio del largo
fueron del orden de 280 y 286 nm y los diaacutemetros externos fueron 151 y 159 nm
para NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM respectivamente Al comparar las imaacutegenes y
sus correspondientes dimensiones obtenidas se puede observar que la
morfologiacutea del material no se ve afectada al modificar la superficie del NT-Fe3O4
durante el proceso de conjugacioacuten con el dendriacutemero PAMAM
(b) (a)
36
Figura 19 Micrografiacuteas de TEM de NT-Fe3O4 (a b) NT-Fe3O4-PAMAM (e f) y las
curvas de distribucioacuten del largo (c g) y diaacutemetro externo (d h) para ambos NT-
Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM respectivamente Fuente Elaboracioacuten propia
(a) (b)
(h) (g)
(f) (e)
(d) (c)
37
516 Propiedades magneacuteticas
Las propiedades magneacuteticas de NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM fueron estudiadas
por medio de un anaacutelisis VSM y las curvas de magnetizacioacuten se muestran en la
Figura 20 dando como resultado para ambos materiales la propiedad
ferrimagneacutetica Aquello se debe a que la foacutermula de la magnetita Fe3O4 puede
escribirse en la forma Fe3+[Fe2+Fe3+]O4 seguacuten la foacutermula general AB2O4 de tipo
espinela inversa Donde la mitad de los cationes Fe3+ ocupan sitios tetraeacutedricos
mientras que la otra mitad de Fe3+ y los cationes Fe2+ ocupan los sitios
octaeacutedricos Los cationes de Fe3+ se distribuyen por tanto en dos posiciones
diferentes en la estructura pero con direcciones opuestas de espiacuten magneacutetico por
lo tanto los momentos magneacuteticos de los cationes Fe3+ se anulan entre siacute
mientras que los momentos magneacuteticos de los cationes Fe2+ que posee espiacuten de
menor magnitud comparado con Fe3+ son los responsables del momento
magneacutetico neto en la magnetita [27 77 90] De la graacutefica de la Figura 20 se
observa que el ciclo de magnetizacioacuten muestra un ciclo de histeacuteresis de similares
caracteriacutesticas Este resultado permite suponer que la modificacioacuten con el agente
de acople GPTMS y posterior anclaje de PAMAM no perturboacute las propiedades
magneacuteticas del soporte durante la siacutentesis De la Figura 20 se pueden extraer el
valor de la magnetizacioacuten remanente (Mr) y coercitividad (Hc) en ausencia del
campo aplicado y el valor de magnetizacioacuten de saturacioacuten (Ms) los cuales se
resumen en la Tabla 4
Tabla 4 Resumen de paraacutemetros magneacuteticos para los materiales preparados a
17degC Fuente Elaboracioacuten propia
Material Ms
(emug)
Mr
(emug)
Hc
(Oe)
Fe3O4 bulk 92 - lt 100
NT-Fe3O4 67 16 249
NT-Fe3O4-PAMAM 58 10 240
38
Los valores de Ms que se encuentran en los materiales nanoestructurados son
generalmente maacutes pequentildeos que la magnetita bulk lo cual puede ser atribuido al
aumento de efectos superficiales y a la presencia de dendriacutemero PAMAM A su
vez se han reportado valores experimentales para Ms en nanopartiacuteculas de
magnetita que abarcan entre 30-50 emug inferior al valor del mineral magnetita
90 emug [39 91-93] Por el contrario los valores de Hc encontrados para ambas
nanoestructuras son mayores al ser comparado con la magnetita bulk debido a la
disminucioacuten del tamantildeo de partiacutecula
39
Figura 20 Curva de magnetizacioacuten obtenida para NT-Fe3O4 (a b) y NT-Fe3O4-
PAMAM (c d) utilizando un magnetoacutemetro de muestra vibrante (VSM) a 17degC
Fuente Elaboracioacuten propia
(a) (b)
(c) (d)
40
52 Estudios de la adsorcioacuten de Faacutermacos en Nanotubo Fe3O4 y en
nanotransportador hiacutebrido Fe3O4-PAMAM
521 Faacutermacos de intereacutes
Luego de la caracterizacioacuten de los materiales puro e hiacutebrido se procedioacute a realizar
en cada uno de ellos la adsorcioacuten de faacutermacos Esto con la finalidad de determinar
el tiempo y capacidad maacutexima de adsorcioacuten mediante estudios de cineacutetica de
adsorcioacuten
En esta investigacioacuten se ha decidioacute emplear dos clases de faacutermacos poco solubles
para estudiar la capacidad de adsorcioacuten de los nanotransportadores sintetizados
El piroxicam (PRX M 331348 gmol) es una clase de faacutermaco antiinflamatorio no
esteroidal perteneciente al grupo oxicam [94 95] como se observa en la Figura
21 (a) posee un grupo enoacutelico (pKa 18) y un grupo piridiacutenico (pKa 63) [96 97]
presenta propiedades analgeacutesicas antipireacuteticas a su vez alivia dolores para la
artritis reumatoide la artrosis y los siacutentomas de la dismenorrea [59]
(a) (b)
Figura 21 Estructuras de los faacutermacos de intereacutes (a) Piroxicam y (b) Silibinina
Fuente Elaboracioacuten propia
41
No obstante PRX provoca efectos secundarios principalmente uacutelceras gaacutestricas
ademaacutes es praacutecticamente insoluble en agua [98 99] Para reducir estos efectos
existen investigaciones que tienen relacioacuten con el transporte y liberacioacuten de
faacutermacos que pueden cargar eficazmente el faacutermaco para apuntar hacia el sitio de
accioacuten aumentando la eficacia terapeacuteutica y reducir al miacutenimo los efectos
secundarios donde sistemas de microesferas de albuacutemina de suero bovino han
sido utilizadas para la liberacioacuten piroxicam [100]
El otro faacutermaco de intereacutes estudiado es la silibinina (SIL M 48244 gmol) que es
un flavonoide polifenoacutelico natural que se aiacutesla de la planta de cardo de leche
Silybum marianum Posee cinco grupos hidroxilos un grupo carbonilo y tres
grupos fenilos tal como se muestra en la Figura 21 (b) Esta moleacutecula tiene varios
grupos ionizables con sus respectivos pKa1 70 pKa2 877 pKa3 957 pKa4
1166 [101] y ha sido ampliamente utilizada por sus efectos hepatoprotectores
Sin embargo la eficacia de silibinina como faacutermaco estaacute muy limitada debido a su
escasa solubilidad en agua y una baja biodisponibilidad despueacutes de su
administracioacuten oral A fin de superar los defectos de la silibinina libre muchos
enfoques se han adoptado como son los sistemas de entrega liposomal de
transporte lipiacutedicos nanoestructurados de complejo silibinina-fosfoliacutepido y
nanosuspensiones [102]
Es importante notar que los estudios de la cineacutetica de adsorcioacuten son
determinantes en teacuterminos de conocer coacutemo variacutea la concentracioacuten de faacutermaco
adsorbida en funcioacuten del tiempo para una proporcioacuten faacutermacoadsorbente dada La
cineacutetica de adsorcioacuten permite conocer el tiempo en que se realiza el proceso de
adsorcioacuten y ha de practicarse antes de la determinacioacuten de una isoterma de
adsorcioacuten Puesto que se trabaja con disolucioacuten se debe en cuenta los factores
que influyen en el proceso ya que el tiempo necesario para alcanzar el equilibrio
estaacute en funcioacuten de las caracteriacutesticas del adsorbente y del adsorbato de la
quiacutemica de la disolucioacuten de la temperatura y del pH La data de la cineacutetica de
adsorcioacuten de los faacutermacos en los nanotransportadores se ajustoacute a los modelos
42
cineacuteticos de pseudo-primer orden pseudo-segundo orden y cineacuteticas que
involucran quimisorcioacuten [103-106] para ambos nanotransportadores en presencia
de los faacutermacos PRX y SIL
De forma general se puede decir que el modelo de pseudo-primer orden o modelo
de Lagergren se basa en la suposicioacuten de que cada moleacutecula de adsorbato se
adsorbe en un sitio del adsorbente lo cual en teacuterminos de cineacutetica de reaccioacuten se
expresa como
(1)
y la forma integrada de esta ecuacioacuten queda definida como
(2)
donde la qe y qt (mgfarmgads) son la cantidad maacutexima de faacutermaco adsorbida una
vez alcanzado el equilibrio (trarr) y la cantidad de faacutermaco adsorbida al tiempo t
respectivamente y k1 (h-1) es la constante cineacutetica de pseudo-primer orden
Para el caso del modelo de pseudo-segundo orden o modelo de Ho desarrollado
por Ho y McKay [107] supone que el adsorbato se adsorbe en dos sitios activos
del adsorbente En este caso la ecuacioacuten de la cineacutetica de adsorcioacuten se expresa
como
(3)
y la forma integrada de esta ecuacioacuten queda definida como
(4)
43
donde k2 (gadsmgfarmmiddoth) es la constante cineacutetica de adsorcioacuten de pseudo-segundo
orden Es importante mencionar que ambos modelos cineacuteticos se basan en la
homogeneidad de la superficie del adsorbente y donde soacutelo se considera la
cantidad de sitios involucrados en el proceso Esto se puede interpretar en
teacuterminos cineacuteticos en que la energiacutea de activacioacuten asociada a la adsorcioacuten del
faacutermaco en la superficie es constante y uacutenica en todos los sitios del adsorbente
No obstante cuando la superficie es heterogeacutenea en los sitios de adsorcioacuten se
observa que los modelos propuestos pueden perder validez En estos casos se
prefiere emplear el modelo de Elovich de aplicacioacuten general en procesos de
quimisorcioacuten el cual supone que los sitios activos del adsorbente son
heterogeacuteneos y por ello exhiben diferentes energiacuteas de activacioacuten basaacutendose en
un mecanismo de reaccioacuten de segundo orden para un proceso de reaccioacuten
heterogeacutenea Este modelo ha mostrado resultados satisfactorios en la
identificacioacuten del mecanismo controlante en procesos de adsorcioacuten de un soluto
en fase liacutequida a partir de un soacutelido adsorbente [106 108] y queda descrito
matemaacuteticamente como
(5)
y la forma integrada de esta ecuacioacuten queda definida como
(5)
donde α (mgfarmgadsmiddoth) es la constante de velocidad inicial de adsorcioacuten y β estaacute
relacionado con la superficie cubierta y la energiacutea de activacioacuten por
quimiadsorcioacuten (mgfarmgads) denominada constante de velocidad de desorcioacuten
Finalmente debe considerarse tambieacuten alguna hipoacutetesis sobre el mecanismo de
difusioacuten de los faacutermacos al interior de la estructura de los nanotransportadores Un
modelo aceptado en la literatura es el de difusioacuten intraparticular en el interior de
44
los poros de la partiacutecula de adsorbente el que se basa en el transporte de soluto a
traveacutes de la estructura interna de los poros de adsorbente y la difusioacuten
propiamente dicha en el soacutelido lo que conlleva a asumir que el adsorbente posee
una estructura porosa homogeacutenea Weber y Morris (1963) concluyeron que en un
proceso controlado por la adsorcioacuten en los poros la velocidad inicial es
directamente proporcional a la concentracioacuten del soluto La difusioacuten intraparticular
se caracteriza por la dependencia entre la adsorcioacuten especiacutefica y la raiacutez cuadrada
del tiempo siendo la pendiente la velocidad de difusioacuten intraparticular
Con base en lo anterior la ecuacioacuten que define la difusioacuten intraparticular viene
dada por
(5)
Donde ki (mgfarmgadsmiddoth 12) es la constante de velocidad de difusioacuten intraparticular y
Ci entrega informacioacuten sobre el grosor de la capa de adsorbato [105] Esta
ecuacioacuten ha sido utilizada por diferentes investigadores para determinar si la
difusioacuten intraparticular es la etapa controlante de la dinaacutemica de adsorcioacuten de
especies ioacutenicas [109 110]
522 Adsorcioacuten de PRX
Las cineacuteticas de adsorcioacuten de ambos nanotransportadores para PRX se muestran
en la Figura 22 Para ellos se realizaron ajustes no lineales de la data
experimental y los valores obtenidos los cuales se reportan en la Tabla 5 Los
faacutermacos son moleacuteculas capaces de establecer interacciones supramoleculares
con nanomateriales las que dependeraacuten de los grupos funcionales que posean
del solvente en el cual se encuentran disueltos y el pH del medio Las
interacciones supramoleculares maacutes frecuentes son las electrostaacuteticas enlaces de
hidroacutegeno van der Waals e hidrofoacutebicas [111 112]
45
En el caso de lo nanotransportadores empleados en este estudio se observa que
ambos materiales adsorben PRX y los datos experimentales se ajustan a una
cineacutetica de pseudo-primer orden Se ha elegido este modelo pues las funciones
estadiacutesticas de coeficiente de correlacioacuten (R2) y el test de chi-cuadrado (χ2) el cual
es una prueba de hipoacutetesis que compara la distribucioacuten observada de los datos
con una distribucioacuten esperada de los datos Ambos caacutelculos se realizaron
mediante empleando el software Origin Pro 80 mediante la funcioacuten de anaacutelisis no
lineal donde se ajustaron los tres modelos estudiados
Figura 22 Cineacutetica y ajustes de modelos cineacuteticos de adsorcioacuten para PRX en los
nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Figura 23 Esquema propuesto para la adsorcioacuten de PRX en los sistemas
sintetizados (A) Fe3O4-NT y (B) Fe3O4-NT-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Sistema aislado Sistema en disolucioacuten
Sistema aislado Sistema en disolucioacuten
46
Tabla 5 Modelos cineacuteticos para la adsorcioacuten de PRX en los adsorbentes NT-
Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
qe exp (mgPRXgads) 391 487
Pseudo primer-orden (Modelo de Lagergren)
qe (mgPRXgads) 413 488
k1 (h-1) 0038 0079
R2 09964 09911
χ2 0817 287
Pseudo segundo-orden (Modelo de Ho)
qe (mgPRXgads) 539 566
k2 (gAdsmgPRXmiddoth) 649x10-4 168x10-3
R2 09921 09935
χ2 179 210
Quimisoricioacuten (Modelo de Elovich)
α (mgPRXgadsmiddoth) 595 1629
β (mgPRXg) 0100 0097
R2 09501 09613
χ2 1030 1085
Cabe mencionar que de acuerdo a los reportes Rozou y col [96] el faacutermaco PRX
al pH de adsorcioacuten se encuentra en su forma zwitterioacutenica El Fe3O4 es un material
inorgaacutenico que muestra un pI de 68 [113] A las condiciones de adsorcioacuten
estudiadas el pH del agua fue de 60 luego la superficie del NT-Fe3O4 se
encuentra cargada de forma positiva esperaacutendose que la interaccioacuten del faacutermaco
con el adsorbente sea mediada por interacciones electroestaacuteticas tal como se
muestra en el esquema de la Figura 23
Con la incorporacioacuten del PAMAM a la fase inorgaacutenica se observa un incremento
de un 25 en la capacidad de adsorcioacuten de PRX Esto se puede interpretar en
47
teacuterminos moleculares haciendo la aproximacioacuten de los moles disponibles de
PAMAM en funcioacuten de la cantidad adsorbida en comparacioacuten a NT-Fe3O4 sin
modificar Desde la Tabla 2 se sabe que hay una cantidad de 243 micromol de
PAMAM por gramo de adsorbente debido a que el incremento en la adsorcioacuten
fueron 96 mg de PRX (o 290 micromol de PRX) se puede asumir una estequiometriacutea
PRXPAMAM = 119 De acuerdo a reportes previos publicados por nuestro grupo
de investigacioacuten se sabe que PRX a pH 70 se adsorbe efectivamente en la
estructura PAMAM alcanzando una estequiometriacutea PRXPAMAM = 23 [59] En
este caso pH 60 no hay cambios significativos en la estructura del faacutermaco ni
en la del dendriacutemero por lo que deberiacutea haberse esperado un incremento
significativo de la adsorcioacuten de PRX en relacioacuten al nanotransportador NT-Fe3O4
Sin embargo este efecto no fue observado en el nanotubo hiacutebrido funcionalizado
con PAMAM Con estos resultados se puede asumir que la afinidad del PRX
mucho mayor por la adsorcioacuten en el material inorgaacutenico que por la adsorcioacuten en
los bolsillos de la cavidades internas del PAMAM
En relacioacuten a los resultados cineacuteticos se observa un aumento en la pseudo-
constante cineacutetica de adsorcioacuten siendo k1(NT-Fe3O4) lt k1(NT-Fe3O4-PAMAM) Para poder
interpretar el fenoacutemeno en forma mecaniacutestica la data experimental se ha ajustado
al modelo de difusioacuten intrapartiacutecula de Weber-Morris el que se muestra en la
Figura 24 En esta figura se puede observar tres segmentos lineales lo cual indica
que el proceso de adsorcioacuten de PRX en los nanotubos procede en tres etapas
para ambos sistemas Una situacioacuten similar ha sido observada en el caso de la
cineacutetica de adsorcioacuten de cefalosporina en micropartiacuteculas polimeacutericas por Cigu y
colaboradores quienes han descritos las diferentes etapas de la siguiente
forma[105]
a) Adsorcioacuten del adsorbato en la superficie del adsorbente
b) Difusioacuten intrapartiacutecula desde la zona externa a la superficie del adsorbente
c) Equilibrio de adsorcioacuten donde quedan muy pocos sitios disponibles para la
adsorcioacuten
48
Figura 24 Graacutefico de adsorcioacuten de PRX en los nanotransportadores sintetizados
considerando un modelo de difusioacuten intrapartiacutecula en tres etapas Fuente
Elaboracioacuten propia
Ambos sistemas muestran el mismo perfil de difusioacuten intrapartiacutecula y los valores
de las constantes de velocidad para las etapas (a) y (b) presentan valores
relativamente bajos aunque difieren levemente tal como se resume en la Tabla 6
En el caso de NT-Fe3O4 se observa que la etapa limitante corresponde a la
adsorcioacuten de PRX en la superficie del nanomaterial a diferencia de NT-Fe3O4-
PAMAM donde se observa que la etapa limitante es la difusioacuten intrapartiacutecula Esta
diferencia se puede explicar debido a que PAMAM posee grupos ndashNH2
superficiales que al pH de adsorcioacuten estaacuten protonados (ver Figura 23) lo que
incrementa la carga eleacutectrica superficial del nanotransportador este hecho podriacutea
provocar un aumento en la velocidad inicial de adsorcioacuten de PRX si los efectos
electroestaacuteticos gobiernan la velocidad de reaccioacuten en esta etapa considerando
que el PRX presenta una estructura dipolar a pH 60 Sin embargo en la etapa
subsiguiente caracterizada por la adsorcioacuten gradual de PRX las moleacuteculas de
PAMAM unidas covalentes a la superficie de NT-Fe3O4 dificultan el proceso de
difusioacuten intrapartiacutecula provocando una caiacuteda en la constante k(b)
49
Tabla 6 Modelo de difusioacuten intra-partiacutecula para la adsorcioacuten de PRX en los
adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM considerando dos etapas
determinantes en la adsorcioacuten del faacutermaco y una tercera de equilibrio Fuente
Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
Modelo de difusioacuten intrapartiacutecula (Modelo de Weber-Morris)
k(a) (mgPRXgadsh12) 311 766
R(a)2 09879 09903
k(b) (mgPRXgadsh12) 683 409
R(b)2 09872 09944
523 Adsorcioacuten de SIL
En la Figura 25 se muestran las graacuteficas cineacuteticas para la adsorcioacuten de SIL en los
dos nanotransportadores sintetizados Las consideraciones de ajuste de los
modelos cineacuteticos se hicieron de la misma forma que para los estudios realizados
con PRX y los valores obtenidos se resumen en la Tabla 7
Figura 25 Cineacutetica y ajustes de modelos cineacuteticos de adsorcioacuten para SIL en los
nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
50
El comportamiento de los sistemas frente a la adsorcioacuten de SIL muestra la misma
tendencia que la observada en el caso de PRX Ambos nanomateriales adsorben
SIL y la capacidad maacutexima se ve incrementada por la presencia de PAMAM Sin
embargo en este caso ambos sistemas nanotransportadores presentan una gran
afinidad por el faacutermaco obtenieacutendose cargas maacuteximas superiores a 650 mg de
SIL por gramo de nanomaterial valores muy superiores a los obtenidos en el caso
de PRX
El faacutermaco SIL se encuentra como moleacutecula neutra al pH de adsorcioacuten (pKa1 70
pKa2 877 pKa3 957 pKa4 1166) Para la adsorcioacuten en NT-Fe3O4 se espera
que las fuerzas que estaacuten predominando en la adsorcioacuten del faacutermaco sean del tipo
Van der Waals y enlace de hidroacutegeno entre los grupos funcionales de SIL y los
grupos hidroxilos de la NT-Fe3O4 Por otro lado las contribuciones hidrofoacutebicas
tambieacuten deberiacutean jugar un rol importante en la adsorcioacuten del faacutermaco en estos
nanomateriales especialmente en el sistema hiacutebrido NT-Fe3O4-PAMAM En el
caso del PAMAM estudios recientes realizados en nuestro grupo de investigacioacuten
han mostrado la gran afinidad que presenta el dendriacutemero por SIL y
experimentos NOESY han demostrado la adsorcioacuten de las moleacuteculas de SIL en las
cavidades internas del PAMAM
Asiacute para el material NT-Fe3O4-PAMAM se observa un incremento significativo de
la adsorcioacuten en relacioacuten al material inorgaacutenico En este caso el faacutermaco SIL
interacciona no solo con NT-Fe3O4 sino que tambieacuten con el dendriacutemero presente
Si se hace el caacutelculo entre la cantidad adsorbida de SIL en presencia de PAMAM
(1504 mg o 3117 micromol por gramo de adsorbente respectivamente) se obtiene
una relacioacuten molar de SILPAMAM = 128 Considerando esta evidencia puede
suponerse que el faacutermaco en el adsorbente NT-Fe3O4-PAMAM no soacutelo se adsorbe
en la superficie del oacutexido inorgaacutenico sino que tambieacuten se estaacute adsorbiendo en las
cavidades del PAMAM con estequiometriacuteas similares a las observadas para otros
faacutermacos insolubles previamente estudiados por nuestro grupo [51 59]
51
Tabla 7 Modelos cineacuteticos para la adsorcioacuten de SIL en los adsorbentes NT-Fe3O4
y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
qe exp (mgSILgads) 6750 8254
Pseudo primer-orden (Modelo de Lagergren)
qe (mgSILgads) 6853 8837
k1 (h-1) 0052 0062
R2 09975 09956
χ2 1656 4415
Pseudo segundo-orden (Modelo de Ho)
qe (mgSILgads) 8706 10233
k2 (gAdsmgSILmiddoth) 673x10-5 535x10-5
R2 09936 09954
χ2 4209 4576
Quimisorcioacuten (Modelo de Elovich)
α (mgSILgadsmiddoth) 1319 1956
β (mgSILg) 569x10-3 548x10-3
R2 09695 09510
χ2 18184 45945
En relacioacuten a los modelos de adsorcioacuten se observa que ambos sistemas se
ajustan mejor a cineacuteticas de pseudo-primer orden con respecto a la adsorcioacuten de
SIL con coeficientes de correlacioacuten y test de chi-cuadrado confiables para el
modelo Las constantes pseudo primer-orden son similares para ambos sistemas
k1(NT-Fe3O4) ~ k1(NT-Fe3O4-PAMAM) y del mismo orden de magnitud que las
determinadas en el caso de la adsorcioacuten de PRX En la Figura 25 se observa que
el maacuteximo de adsorcioacuten de SIL se alcanza a tiempos superiores a 50 horas para
ambos adsorbentes
52
Para entender de manera maacutes acabada la forma en que operan los fenoacutemenos
cineacuteticos de adsorcioacuten se ha realizado el ajuste de Weber-Morris para el modelo
de difusioacuten de intrapartiacutecula el que se muestra en la Figura 26 el cual nuevamente
revela un proceso de adsorcioacuten en tres etapas y los valores de las constantes de
velocidad para las etapas (a) y (b) presentan valores relativamente altos como se
resume en la Tabla 8
Figura 26 Graacutefico de adsorcioacuten de SIL en los nanotransportadores sintetizados
considerando un modelo de difusioacuten intrapartiacutecula en tres etapas Fuente
Elaboracioacuten propia
Considerando que a pH 60 el NT- Fe3O4 se encuentra en su forma protonada SIL
para adsorberse en la superficie del material deberaacute desplazar ese equilibrio para
ocupar un sitio de la superficie tal como se muestra en el siguiente esquema
Fe-OH + H2O [Fe-O-H-OH2]+
[Fe-O-H-OH2]+ + SIL [Fe-O-H-O-SIL] + H2O
Este equilibrio es el que determina la cineacutetica del proceso de adsorcioacuten en el caso
del adsorbente NT-Fe3O4 En el caso del nanotransportador hiacutebrido tambieacuten se
53
observa que la etapa de adsorcioacuten es la limitante de la velocidad del proceso
Comparando ambos sistemas se detecta que k(a)(NT-Fe3O4) ~ k(a)(NT-Fe3O4-PAMAM)
Esta diferencia se puede atribuir a la presencia del dendriacutemero PAMAM en el caso
del nanotransportador hiacutebrido En teacuterminos de naturaleza superficial se espera
que la asociacioacuten SIL-PAMAM incremente la velocidad del proceso con respecto al
nanotransportador inorgaacutenico
Tabla 8 Modelo de difusioacuten intra-partiacutecula para la adsorcioacuten de SIL en los
adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM considerando dos etapas
determinantes en la adsorcioacuten del faacutermaco y una tercera de equilibrio Fuente
Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
Modelo de difusioacuten intrapartiacutecula (Modelo de Weber-Morris)
k(a) (mgSILgadsh12) 577 885
R(a)2 09881 09935
k(b) (mgSILgadsh12) 1059 1135
R(b)2 09803 09828
54
6 CONCLUSIONES Y PERSPECTIVAS
Se logroacute sintetizar los nanotubos de magnetita NT-Fe3O4 obtenidos por la
reduccioacuten de los nanotubos de hematita α-Fe2O3 sintetizados a partir de
tratamiento hidrotermal Se verificoacute la estructura de la magnetita su forma tubular
y propiedades magneacuteticas a traveacutes de las teacutecnicas de caracterizacioacuten difraccioacuten de
rayos X microscopiacutea electroacutenica de transmisioacuten y medidas de susceptibilidad
magneacutetica respectivamente
El nanotubo inorgaacutenico obtenido sirvioacute de soporte para la conjugacioacuten de
dendriacutemero de poli-(amidoamina) de tercera generacioacuten el cual se logroacute inmovilizar
en la superficie de NT-Fe3O4 con un contenido del 16 en masa respecto del
material hiacutebrido El proceso de inmovilizacioacuten no perturboacute las propiedades del
soporte inorgaacutenico en relacioacuten a las propiedades magneacuteticas cristalinas o de
tamantildeo y forma
Los materiales obtenidos fueron capaces de actuar como adsorbentes de los
faacutermacos piroxicam y silibinina siendo eacuteste uacuteltimo quien mostroacute incrementar la
capacidad de adsorcioacuten en presencia de PAMAM Para ambos sistemas y
faacutermacos se determinaron las curvas cineacuteticas de adsorcioacuten donde se logroacute
determinar que independiente del faacutermaco ambos nanotransportadores muestran
ajustarse a cineacuteticas de pseudo-primer orden Finalmente la presencia de PAMAM
no soacutelo potencia la capacidad de adsorcioacuten en los faacutermacos testeados sino que
tambieacuten acelera la etapa de adsorcioacuten superficial con respecto a la determinada
para el adsorbente NT-Fe3O4 por medio del modelo de difusioacuten de Weber-Morris
Para el faacutermaco piroxicam se observoacute que la adsorcioacuten fue mediada
principalmente por interacciones del tipo electroestaacuteticas entre la forma
zwitterioacutenica de piroxicam y la superficie de los nanotransportadores La etapa
limitante de la cineacutetica adsorcioacuten para el caso de NT-Fe3O4 fue la adsorcioacuten
55
superficial y en el caso de NT-Fe3O4-PAMAM fue la etapa de difusioacuten
intrapartiacutecula
Finalmente para el faacutermaco silibinina se observoacute que la adsorcioacuten fue mediada
por las fuerzas de tipo Van der Waals y enlace de hidroacutegeno entre los grupos
funcionales de SIL y los grupos hidroxilos de NT-Fe3O4 Por otro lado las
contribuciones hidrofoacutebicas tambieacuten juegan un rol importante en la adsorcioacuten del
faacutermaco en estos nanomateriales especialmente en el sistema hiacutebrido NT-Fe3O4-
PAMAM Por uacuteltimo se determinoacute que la capacidad de adsorcioacuten se vio
directamente mejorada por la asociacioacuten PAMAM-SIL la que alcanzoacute una relacioacuten
molar SILPAMAM = 12 En ambos casos se observoacute que la etapa limitante de la
cineacutetica de adsorcioacuten fue la adsorcioacuten superficial de SIL en los adsorbentes
56
REFERENCIAS
[1] AZ Wilczewska K Niemirowicz KH Markiewicz H Car Pharmacological
Reports 64 (2012) 1020-1037
[2] S Parveen R Misra SK Sahoo Nanomedicine Nanotechnology Biology
and Medicine 8 (2012) 147-166
[3] V Grazu M Moros C Saacutenchez-Espinel MdlF Jesus V Grazu Frontiers
of Nanoscience Elsevier 2012 pp 337-440
[4] F Danhier O Feron V Preacuteat Journal of Controlled Release 148 (2010)
135-146
[5] A Wicki D Witzigmann V Balasubramanian J Huwyler Journal of
Controlled Release 200 (2015) 138-157
[6] JH Lee Y Yeo Chemical Engineering Science 125 (2015) 75-84
[7] S Manchun CR Dass P Sriamornsak Life Sciences 90 (2012
) 381-387
[8] JHE Arts M Hadi AM Keene R Kreiling D Lyon M Maier K Michel
T Petry UG Sauer D Warheit K Wiench R Landsiedel Regulatory Toxicology
and Pharmacology 70 (2014) 492-506
[9] KA Pramod CP Sunny Nanobiomaterials Handbook CRC Press 2011
pp 1-24
[10] A Khorsand S Jamehbozorgi R Ghiasi M Rezvani Physica E Low-
dimensional Systems and Nanostructures 72 (2015) 120-127
[11] V Loacutepez-Daacutevila AM Seifalian M Loizidou Current Opinion in
Pharmacology 12 (2012 ) 414-419
[12] P-C Lee C-L Peng M-J Shieh Journal of Controlled Release 225
(2016) 140-151
[13] CC Torres CH Campos C Diaacutez VA Jimeacutenez F Vidal L Guzmaacuten JB
Alderete Materials Science and Engineering C 65 (2016) 164-171
[14] CH Campos CF Diacuteaz JL Guzmaacuten JB Alderete CC Torres VA
Jimeacutenez Macromolecular Chemistry and Physics 217 (2016) 1712-1722
[15] D Chang Y Gao L Wang G Liu Y Chen T Wang W Tao L Mei L
57
Huang X Zeng Journal of Colloid and Interface Science 463 (2016) 279-287
[16] J Zaloga M Poumlttler G Leitinger RP Friedrich G Almer S Lyer E
Baum R Tietze R Heimke-Brinck H Mangge F Dorje G Lee C Alexiou
European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics 101 (2016) 152-162
[17] RS Dhanikula P Hildgen Bioconjugate Chemistry 17 (2006) 29-41
[18] A Kesavan P Ilaiyaraja W Sofi Beaula V Veena Kumari J Sugin Lal C
Arunkumar G Anjana S Srinivas A Ramesh SK Rayala D Ponraju G
Venkatraman European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics 96
(2015) 255-263
[19] S Biswas P Kumari PM Lakhani B Ghosh European Journal of
Pharmaceutical Sciences 83 (2016) 184-202
[20] ML Tebaldi RM Belardi SR Montoro Design and Applications of
Nanostructured Polymer Blends and Nanocomposite Systems William Andrew
Publishing Boston 2016 pp 171-186
[21] D Bansal A Gulbake J Tiwari SK Jain International Journal of
Biological Macromolecules 82 (2016) 687-695
[22] AS Timin EV Balantseva SY Khashirova EV Rumyantsev TY
Osadchaya Colloids and Surfaces A Physicochemical and Engineering Aspects
477 (2015) 26-34
[23] J Gautier E Allard-Vannier E Munnier M Souceacute I Chourpa Journal of
Controlled Release 169 (2013) 48-61
[24] SL Leung Z Zha C Cohn Z Dai X Wu Colloids and Surfaces B
Biointerfaces 121 (2014) 141-149
[25] Y Liu Y Ng MR Toh GNC Chiu Journal of Controlled Release 220
Part A (2015) 438-446
[26] G Xu L Li Z Shen Z Tao Y Zhang H Tian X Wei G Shen G Han
Journal of Alloys and Compounds 629 (2015) 36-42
[27] MF Horst V Lassalle ML Ferreira Frontiers of Environmental Science amp
Engineering 9 (2015) 746-769
[28] TJ Bastow A Trinchi MR Hill R Harris TH Muster Journal of
Magnetism and Magnetic Materials 321 (2009) 2677-2681
58
[29] S Bagheri D Ramimoghadam A TermehYousefi SB Abd Hamid
International Journal of Hydrogen Energy 40 (2015) 16178-16183
[30] G Kandasamy D Maity International Journal of Pharmaceutics 496 (2015)
191-218
[31] DS Keerthana K Namratha K Byrappa HS Yathirajan Journal of
Magnetism and Magnetic Materials 378 (2015) 551-557
[32] M Darroudi M Hakimi E Goodarzi R Kazemi Oskuee Ceramics
International 40 (2014) 14641-14645
[33] G Sharma P Jeevanandam RSC Advances 3 (2013) 189-200
[34] C-J Jia L-D Sun F Luo X-D Han LJ Heyderman Z-G Yan C-H
Yan K Zheng Z Zhang M Takano N Hayashi M Eltschka M Klaumlui U
Ruumldiger T Kasama L Cervera-Gontard RE Dunin-Borkowski G Tzvetkov J
Raabe Journal of the American Chemical Society 130 (2008) 16968-16977
[35] N Mizutani T Iwasaki S Watano T Yanagida T Kawai Current Applied
Physics 10 (2010) 801-806
[36] C-J Jia L-D Sun Z-G Yan L-P You F Luo X-D Han Y-C Pang Z
Zhang C-H Yan Angewandte Chemie 117 (2005) 4402-4407
[37] Z-G Yue W Wei Z-X You Q-Z Yang H Yue Z-G Su G-H Ma
Advanced Functional Materials 21 (2011) 3446-3453
[38] SJ Son X Bai SB Lee Drug Discovery Today 12 (2007) 650-656
[39] SJ Son J Reichel B He M Schuchman SB Lee Journal of the
American Chemical Society 127 (2005) 7316-7317
[40] GT Hermanson Bioconjugate Techniques (Third edition) Academic Press
Boston 2013 pp 535-548
[41] S Mallakpour M Madani Progress in Organic Coatings 86 (2015) 194-207
[42] P Yu J He L Yang M Pu X Guo Journal of Catalysis 260 (2008) 81-85
[43] X Zheng T Wang H Jiang Y Li T Jiang J Zhang S Wang Asian
Journal of Pharmaceutical Sciences 8 (2013) 278-286
[44] L Tan J Liu W Zhou J Wei Z Peng Materials Science and Engineering
C 45 (2014) 524-529
[45] ER Gillies JMJ Freacutechet Journal of the American Chemical Society 124
59
(2002) 14137-14146
[46] S Khoee K Hemati Polymer 54 (2013) 5574-5585
[47] U Gupta O Perumal SGKTL Deng Natural and Synthetic Biomedical
Polymers Elsevier Oxford 2014 pp 243-257
[48] U Boas PMH Heegaard Chemical Society Reviews 33 (2004) 43-63
[49] U Gupta HB Agashe A Asthana NK Jain Biomacromolecules 7 (2006)
649-658
[50] A Shakhbazau I Isayenka N Kartel N Goncharova I Seviaryn S
Kosmacheva M Potapnev D Shcharbin M Bryszewska International Journal of
Pharmaceutics 383 (2010) 228-235
[51] PA Barra L Barraza VA Jimeacutenez JA Gaviacuten JB Alderete
Macromolecular Chemistry and Physics 215 (2014) 372-383
[52] PM Patel R Patel D Wadia RM Patel Asian Journal of Pharmaceutical
Sciences 10 (2015) 306-313
[53] L Mei Z Zhang L Zhao L Huang X-L Yang J Tang S-S Feng
Advanced Drug Delivery Reviews 65 (2013) 880-890
[54] Sn Svenson DA Tomalia Advanced Drug Delivery Reviews 57 (2005)
2106-2129
[55] L Porcar Y Liu R Verduzco K Hong PD Butler LJ Magid GS Smith
W-R Chen The Journal of Physical Chemistry B 112 (2008) 14772-14778
[56] E Markatou V Gionis GD Chryssikos S Hatziantoniou A
Georgopoulos C Demetzos International Journal of Pharmaceutics 339 (2007)
231-236
[57] K Borowska S Wołowieca A Rubaj K Głowniakc E Sieniawska S
Radej International Journal of Pharmaceutics 426 (2012) 280-283
[58] S Kavyani S Amjad-Iranagh H Modarress The Journal of Physical
Chemistry B 118 (2014) 3257-3266
[59] PA Barra L Barraza VA Jimeacutenez JA Gaviacuten JB Alderete Structural
Chemistry 25 (2014) 1443-1455
[60] C Kojima K Kono K Maruyama T Takagishi Bioconjugate Chemistry 11
(2000) 910-917
60
[61] AK Patri JF Kukowska-Latallo JR Baker Jr Advanced Drug Delivery
Reviews 57 (2005) 2203-2214
[62] D Luong P Kesharwani R Deshmukh MCI Mohd Amin U Gupta K
Greish AK Iyer Acta Biomaterialia 43 (2016) 14-29
[63] X Xu J Li S Han C Tao L Fang Y Sun J Zhu Z Liang F Li
European Journal of Pharmaceutical Sciences 88 (2016) 178-190
[64] P-C Lin S Lin PC Wang R Sridhar Biotechnology Advances 32 (2014)
711-726
[65] C Baudot CM Tan JC Kong Infrared Physics amp Technology 53 (2010)
434-438
[66] JB Hall MA Dobrovolskaia AK Patri SE McNeil Nanomedicine 2
(2007) 709-803
[67] DB Williams CB Carter Transmission Electron Microscopy A Textbook
for Materials Science Springer US Boston MA 2009 pp 3-22
[68] H Wang PK Chu S Bose Characterization of Biomaterials Academic
Press Oxford 2013 pp 105-174
[69] M Rudolph J Erler UA Peuker Colloids and Surfaces A
Physicochemical and Engineering Aspects 397 (2012) 16-23
[70] T Zhao W Luo Y Deng Y Luo P Xu Y Liu L Wang Y Ren W Jiang
Nano Energy 26 (2016) 16-25
[71] F Rouquerol J Rouqueron K Sing Adsorption by Powders and Porous
Solids Academic Press 1999
[72] M Naderi Progress in Filtration and Separation Academic Press Oxford
2015 pp 585-608
[73] J Rouquerol F Rouquerol P Llewellyn G Maurin KSW Sing
Adsorption by powders and porous solids principles methodology and
applications Academic press 2014
[74] CP Poole FJ Owens Introduccioacuten a la nanotecnologiacutea Editorial Reverte
2007
[75] JL Kirschvink DS Jones BJ MacFadden Magnetite Biomineralization
and Magnetoreception in Organisms A New Biomagnetism Springer US 2013
61
[76] TM El-Alaily MK El-Nimr SA Saafan MM Kamel TM Meaz ST
Assar Journal of Magnetism and Magnetic Materials 386 (2015) 25-30
[77] DJ Dunlop Ouml Oumlzdemir Treatise on Geophysics (Second Edition)
Elsevier Oxford 2015 pp 255-308
[78] A Savić D Čokeša S Lazarević B Jokić D Janaćković R Petrović LS
Živković Powder Technology 301 (2016) 511-519
[79] S Rajput CU Pittman Jr D Mohan Journal of Colloid and Interface
Science 468 (2016) 334-346
[80] M Kumari CU Pittman Jr D Mohan Journal of Colloid and Interface
Science 442 (2015) 120-132
[81] Y Mansourpanah Z Jafari Reactive and Functional Polymers 93 (2015)
178-189
[82] S Sundar R Mariappan S Piraman Powder Technology 266 (2014) 321-
328
[83] P Roonasi A Holmgren Applied Surface Science 255 (2009) 5891-5895
[84] J Safari Z Zarnegar Journal of Molecular Structure 1072 (2014) 53-60
[85] KL Pickering S Raa Khimi S Ilanko Composites Part A Applied Science
and Manufacturing 68 (2015) 377-386
[86] AK Ladavos AP Katsoulidis A Iosifidis KS Triantafyllidis TJ
Pinnavaia PJ Pomonis Microporous and Mesoporous Materials 151 (2012) 126-
133
[87] VMdS Rocha MdG Pereira LR Teles MOdG Souza Materials
Science and Engineering B 185 (2014) 13-20
[88] JZ Marinho RHO Montes AP de Moura E Longo JA Varela RAA
Munoz RC Lima Materials Research Bulletin 49 (2014) 572-576
[89] PM Huang Y Li ME Sumner Handbook of Soil Sciences Properties and
Processes Second Edition Taylor amp Francis 2011
[90] C Klein CS Hurlbut Manual de mineralogiacutea Reverte 1996
[91] Y-F Lin J-L Chen C-Y Xu T-W Chung Chemical Engineering Journal
250 (2014) 409-415
[92] AK Gupta M Gupta Biomaterials 26 (2005) 3995-4021
62
[93] C Sun JSH Lee M Zhang Advanced Drug Delivery Reviews 60 (2008)
1252-1265
[94] N Rai M Sarkar S Raha Pharmacological Reports 67 (2015) 1215-1223
[95] Z Lavrič J Pirnat J Lužnik U Puc Z Trontelj S Srčič Journal of
Pharmaceutical Sciences 104 (2015) 1909-1918
[96] S Rozou A Voulgari E Antoniadou-Vyza European Journal of
Pharmaceutical Sciences 21 (2004) 661-669
[97] H-S Gwak J-S Choi H-K Choi International Journal of Pharmaceutics
297 (2005) 156-161
[98] RP Aquino G Auriemma M dacuteAmore AM DacuteUrsi T Mencherini P Del
Gaudio Carbohydrate Polymers 89 (2012) 740-748
[99] IE Shohin JI Kulinich GV Ramenskaya B Abrahamsson S Kopp P
Langguth JE Polli VP Shah DW Groot DM Barends JB Dressman
Journal of Pharmaceutical Sciences 103 (2014) 367-377
[100] R Silva H Ferreira AC Carvalho AC Gomes A Cavaco-Paulo Colloids
and Surfaces B Biointerfaces 92 (2012) 277-285
[101] M Meloun D Burkoˇnovaacute T Syrovyacute A Vraacutena Analytica Chimica Acta 486
(2003) 125-141
[102] D Zheng Y Wang D Zhang Z Liu C Duan L Jia F Wang Y Liu G
Liu L Hao Q Zhang Cancer Letters 307 (2011) 158-164
[103] Q Wang R Liu X Shen L Zou D Wu Journal of Nanoscience and
Nanotechnology 14 (2014) 2871-2877
[104] N Caliskan AR Kul S Alkan EG Sogut I Alacabey Journal of
Hazardous Materials 193 (2011) 27-36
[105] TA Cigu S Vasiliu S Racovita C Lionte V Sunel M Popa C Cheptea
European Polymer Journal 82 (2016) 132-152
[106] M Oumlzacar İA Şengil Process Biochemistry 40 (2005) 565-572
[107] YS Ho G McKay Process Biochemistry 34 (1999) 451-465
[108] AB Peacuterez-Mariacuten VM Zapata JF Ortuntildeo M Aguilar J Saacuteez M Lloreacutens
Journal of Hazardous Materials 139 (2007) 122-131
[109] BF Urbano I Villenas BL Rivas CH Campos Chemical Engineering
63
Journal 268 (2015) 362-370
[110] J Peacuterez L Toledo CH Campos BL Rivas J Yantildeez BF Urbano
Chemical Engineering Journal 287 (2016) 744-754
[111] JW Steed DR Turner K Wallace Core Concepts in Supramolecular
Chemistry and Nanochemistry Wiley 2007
[112] A Buczkowski D Waliszewski P Urbaniak B Palecz International
Journal of Pharmaceutics 505 (2016) 1-13
[113] M Kosmulski Advances in Colloid and Interface Science
6
naturaleza orgaacutenica obtenido de una fuente natural o sinteacutetica proveyendo
nanoestructuras hibridas con propiedades mejoradas frente a sus componentes
puros La asociacioacuten del componente orgaacutenico con el NM inorgaacutenico puede
realizarse empleando 3 rutas tal como se muestra en la Figura 2
(a) (b) (c)
Figura 2 Esquemas de asociacioacuten componente orgaacutenico en soportes soacutelidos (a)
Adsorcioacuten (b) Adsorcioacuten por formacioacuten de pares ioacutenicos y (c) Anclaje por enlace
covalente
La asociacioacuten por formacioacuten de enlaces covalentes ha sido la teacutecnica maacutes
prometedora y puede llevarse a cabo gracias al uso de moleacuteculas intermediarias
denominadas agentes de acople los cuales son capaces de modificar la superficie
de un soacutelido inorgaacutenico y a su vez unirse covalentemente al estabilizante a traveacutes
de una funcioacuten orgaacutenica reactiva Algunos agentes de acople (AAC) se pueden
clasificar en cuatro grupos aacutecidos carboxiacutelicos poliacutemeros silanos y moleacuteculas
organofosforadas Los AAC del tipo silano son los maacutes utilizadas en los NM
inorgaacutenicos la formula general de este tipo AAC muestra dos clases de
funcionalidades (R1-(CH2)n-Si-(R2)3) Los grupos R1 representan al grupo orgaacutenico
funcional como NH2 SH epoxi metacrilato etc y los grupos R2 representan a un
grupo funcional hidrolizable tal como OCH3 OCH2CH3 o Cl [40 41]
7
Debido a que la superficie de NM inorgaacutenicos de tipo oacutexido poseen grupos
hidroxilos (-OH) eacutestos se utilizan como sitios de reaccioacuten para el proceso de
anclaje El proceso de acoplamiento se logra a traveacutes de la reaccioacuten quiacutemica
entre los grupos trialcoacutexido del AAC y los grupos hidroxilos superficiales del NM
inorgaacutenico [41] tal como se muestra en el esquema de la Figura 3
Figura 3 Esquema de anclaje del AAC en el soporte [42]
Dependiendo de la naturaleza de la moleacutecula orgaacutenica a anclar hay dos formas de
incorporarla en la superficie del soporte anclaje de AAC en la superficie del NM y
posterior reaccioacuten con la moleacutecula de intereacutes o reaccioacuten previa entre moleacutecula y
AAC para realizar el posterior anclaje en la superficie del NM
En este contexto se ha propuesto que la utilizacioacuten de sistemas
nanotransportadores hiacutebridos podriacutean mejoran las variadas limitaciones que
presentan la mayoriacutea de los sistemas nanotransportadores basados en materiales
inorgaacutenicos con baja capacidad de adsorcioacuten Algunos sistemas hiacutebridos
8
propuestos para la adsorcioacuten de faacutermacos han sido nanopartiacuteculas de siacutelice
funcionalizadas con poliacutemeros que contienen guanidina donde se ha estudiado el
comportamiento de carga y liberacioacuten de doxorrubicina y sulfasalazina [22]
nanopartiacuteculas de ZnO-poli(N-isopropilacrilamida) en las cuales se ha estudiado la
liberacioacuten del faacutermaco doxorrubicina en ceacutelulas tumorales [43] nanotubos de
carbono-dendriacutemero los cuales han permitido el aumento significativo de la
solubilidad del faacutermaco carvedilol [44] nanotubos de TiO2 y Al2O3 acoplados a
dendriacutemeros PAMAM cuyo objetivo es combinar las propiedades de adsorcioacuten y
liberacioacuten de metotrexato silibinina y curcumina [13 14]
12 Dendriacutemeros
En el uacuteltimo tiempo ha habido un creciente intereacutes en el uso de macromoleacuteculas
sinteacuteticas en base a poliacutemeros de masa molar controlada y estructura quiacutemica
definida como vectores en la administracioacuten controlada de faacutermacos y otras
aplicaciones terapeacuteuticas o de diagnoacutestico donde se destacan los dendriacutemeros
[45] Los dendriacutemeros son una clase de macromoleacuteculas polimeacutericas de forma
globular altamente ramificadas y monodispersas que constan de un nuacutecleo
central a partir del cual se originan una serie de ramificaciones La palabra
dendriacutemero deriva del teacutermino griego dendron que significa aacuterbol y meros es
decir parte La estructura de un dendriacutemero incluye tres partes un nuacutecleo central
unidades ramificadas y grupos superficiales Las unidades ramificadas estaacuten
dispuestas en capas denominadas generaciones (G) y la zona de la cual emergen
estas ramificaciones se conoce como nodo [23] tal como se muestra en la Figura
4 El tamantildeo de los dendriacutemeros variacutea entre 10-130 Aring de diaacutemetro dependiendo
de la generacioacuten del dendriacutemero [45-47] A pesar de su gran tamantildeo molecular
muestran una muy baja polidispersidad en comparacioacuten con los poliacutemeros
sinteacuteticos tradicionales [48]
La principal ventaja de los dendriacutemeros es que de acuerdo a su estructura
quiacutemica poseen cavidades hidrofoacutebicas caraacutecter que se acentuacutea a medida que
9
crece la generacioacuten del dendriacutemero Esta propiedad favorece la adsorcioacuten de
faacutermacos poco solubles en su interior destacaacutendolos como agentes de transporte
para faacutermacos poco solubles [49-52]
Figura 4 Esquema general de la estructura de un dendriacutemero
Fuente Elaboracioacuten propia
Por otra parte estos nanotransportadores poseen en su superficie un nuacutemero
definido de grupos funcionales (amino carboxilo hidroxilo etc) los que le
confieren una gran versatilidad ya que no soacutelo poseen capacidad para la
adsorcioacuten de faacutermacos en la cavidad interna de la macromoleacutecula sino que al
mismo tiempo los grupos funcionales superficiales permiten realizar
modificaciones brindaacutendoles una alta capacidad de vectorizacioacuten [17 53]
Los dendriacutemeros poliamidoaminas (PAMAM) fueron la primera familia de
dendriacutemeros sintetizados y caracterizados [54] siendo uno materiales de mayor
intereacutes en estudios de nanotransportadores en relacioacuten a su biocompatibilidad Los
dendriacutemeros PAMAM estaacuten constituidos por un nuacutecleo de 12-etilendiamina y
ramificaciones de poliamidoamina [48] En solucioacuten acuosa estos poliacutemeros se
comportan como polielectrolitos ya que las aminas terciarias presente en la
cavidad interna (pKa 30 ndash 60) y las aminas primarias superficiales del dendriacutemero
Nuacutecleo
Ramas
Punto divergente
Grupos funcionales
superficiales
10
(pKa 94 ndash 97) pueden ser protonadas a diferentes pH [13 51] lo cual conlleva a
un cambio en la conformacioacuten tamantildeo y carga del dendriacutemero Los dendriacutemeros
PAMAM estaacuten disponibles comercialmente hasta la deacutecima generacioacuten (G10) Los
de baja generacioacuten (G1-G3) son poco sensibles a los cambios frente a variaciones
de pH poseen conformaciones abiertas [55] y cavidades internas que permiten la
encapsulacioacuten de faacutermacos hidroacutefobos mientras que los grupos superficiales
estaacuten disponibles para interacciones electrostaacuteticas o conjugacioacuten covalente En la
Figura 5 se observa un dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten (G3)
Figura 5 Dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten (G3) Fuente Elaboracioacuten
propia
En la Tabla 1 se puede observar algunas propiedades de los PAMAM A medida
que aumenta la generacioacuten del dendriacutemero hay un aumento progresivo de su
11
tamantildeo (aprox 10 nm en cada generacioacuten) y como consecuencia se observa un
incremento exponencial en el nuacutemero de grupos aminos superficiales
Los dendriacutemeros PAMAM han demostrado ser efectivos como
nanotransportadores de faacutermacos pues poseen baja citotoxicidad son
biodegradables y no inmunogeacutenicos por lo menos hasta la generacioacuten 5 [56 57]
Tabla 1 Impacto en la masa molecular y en el tamantildeo de los dendriacutemeros
PAMAM seguacuten crece la generacioacuten [48]
Dendriacutemeros
PAMAM
generacioacuten
Masa molecular
(kDa)
Diaacutemetro en
nanoacutemetros (nm)
Nuacutemero de
grupos en
superficie
0 0517 15 4
1 1430 22 8
2 3256 29 16
3 6909 36 32
4 14215 45 64
5 28826 54 128
6 58048 67 256
7 116493 81 512
8 233383 97 1024
9 467162 114 2048
10 934720 135 4096
Algunos ejemplos reportados en bibliografiacutea han demostrado el aumento de la
solubilidad de algunos faacutermacos poco solubles en medio acuoso como nifedipina
adsorbida en PAMAM-G3 y PAMAM-G4 [58] aacutecido mefenaacutemico adsorbida en
PAMAM-G2 y PAMAM-G3 [51] piroxicam en PAMAM-G3 [59] metotrexato y
adriamicina en complejos PAMAM-G3-pegilado y PAMAM-G4-pegilado [60] entre
otros
12
La principal aplicacioacuten de los PAMAM como nanotransportadores ha sido en la
adsorcioacuten y liberacioacuten de faacutermacos antineoplaacutesicos [61] Lamentablemente los
sistemas PAMAM no muestran especificidad como para considerarlos potenciales
candidatos para terapias dirigidas en el tratamiento de enfermedades sin ser
previamente vectorizados Es por esto que la investigacioacuten que se ha desarrollado
en los uacuteltimos 10 antildeos ha estado focalizada en la siacutentesis de nanotransportadores
PAMAM modificados con algunas moleacuteculas capaces de conferirle especificidad
en orden a aumentar la liberacioacuten de los faacutermacos adsorbidos en la zona donde se
encuentran los receptores farmacoloacutegicos para asiacute disminuir al miacutenimo su
concentracioacuten en otras zonas del organismo [62 63] Ademaacutes variados estudios
han mostrado que los dendriacutemeros PAMAM poseen una limitada capacidad de
adsorcioacuten de faacutermacos soacutelo de unos cuantos miligramos de faacutermaco por gramo de
dendriacutemero Esto unido a la raacutepida liberacioacuten de las moleacuteculas de faacutermacos bajo
condiciones fisioloacutegicas impone el desarrollo de nuevas estrategias para el disentildeo
de nanotransportadores de faacutermacos en base a dendriacutemeros PAMAM
13 Nanomateriales hiacutebridos oacutexido inorgaacutenicoPAMAM
Dada la capacidad de adsorber faacutermacos del sistema PAMAM y su habilidad de
poder sufrir modificaciones en sus grupos aminos superficiales es que se ha
considerado como un componente que mejorariacutea la capacidad de adsorcioacuten de
faacutermacos poco solubles en sistemas inorgaacutenicos De acuerdo a la experiencia del
grupo de investigacioacuten se sabe que la preparacioacuten de nanotransportadores
hiacutebridos en base a nanotubos de TiO2 y Al2O3 acoplados con dendriacutemeros
PAMAM G3 han demostrado un incremento en la capacidad de adsorcioacuten de
faacutermacos poco solubles como metotrexato silibinina y curcumina [13 14]
En base a las evidencias previas reportadas en relacioacuten al empleo de materiales
hiacutebridos en base a nanotubos de oacutexidos inorgaacutenicos acoplados a dendriacutemeros
PAMAM y las caracteriacutesticas de NM del tipo NT-Fe3O4 es que se ha propuesto la
siacutentesis caracterizacioacuten y evaluacioacuten de la capacidad de adsorcioacuten de faacutermacos
13
de materiales en base a NT-Fe3O4 acoplados a PAMAM G3 los que podriacutean
constituir sistemas con una capacidad de adsorcioacuten superior respecto del NT-
Fe3O4 ademaacutes de exhibir propiedades para- o superpara-magneacuteticas que le
confeririacutean la capacidad de ser magneto-dirigido a los sitios de accioacuten Se espera
realizar la inmovilizacioacuten por medio de la unioacuten covalente entre el NT-Fe3O4 y
PAMAM mediada por un agente de acople de tipo 3-glicidoxipropil-trimetoxisilano
(GPTMS) Los estudios de adsorcioacuten se hicieron con dos faacutermacos poco solubles
como modelos silibinina (SIL) y piroxicam (PRX) empleando como adsorbentes
NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM G3
14
2 HIPOacuteTESIS
La inmovilizacioacuten covalente del dendriacutemero PAMAM de tercera generacioacuten en un
NT magneacutetico en base a Fe3O4 permitiraacute adsorber efectivamente faacutermacos que
poseen baja solubilidad en agua
3 OBJETIVOS
31 OBJETIVO GENERAL
Sintetizar un nanotransportador hiacutebrido Fe3O4-PAMAM (G3) con la capacidad de
adsorber faacutermacos con baja solubilidad en agua
32 OBJETIVOS ESPECIacuteFICOS
Sintetizar y caracterizar una nanoestructura magneacutetica basada en nanotubos
de Fe3O4 obtenidos por una reduccioacuten de nanotubos Fe2O3
Funcionalizar la nanoestructura magneacutetica con agente de acople por medio de
enlaces covalentes
Obtener un nanomaterial hiacutebrido basado en la inmovilizacioacuten covalente del
dendriacutemero PAMAM en la nanoestructura magneacutetica funcionalizada
Estudiar la adsorcioacuten de los faacutermacos piroxicam y silibinina en el nanomaterial
hiacutebrido
15
4 PARTE EXPERIMENTAL
41 Siacutentesis de los nanotransportadores
411 Siacutentesis de nanotubos de magnetita (Fe3O4)
Para la obtencioacuten de estos nanotubos magneacuteticos primero se realizoacute la siacutentesis de
nanotubos de hematita (α-Fe2O3) como precursor de forma los que fueron
obtenidos por tratamiento hidrotermal de una mezcla de disoluciones de
FeCl36H2O (JTBakerreg) NH4H2PO4 (Sigma-Aldrichreg) y Na2SO4 (Merckreg) de
acuerdo al trabajo reportado por Jia y colaboradores [34] Las relaciones molares
empleadas de la sal precursora y los agentes directores de estructura fueron
FeCl3NH4H2PO4Na2SO4 36121 las que se prepararon en agua desionizada y se
llevaron a un autoclave de 100 mL de capacidad La mezcla se calentoacute a 220degC
durante 48h El precipitado obtenido se separoacute por centrifugacioacuten y se lavoacute tres
veces con agua desionizada y etanol absoluto (Merckreg) respectivamente Despueacutes
el soacutelido se secoacute en una estufa a vaciacuteo por 12h a 80degC para obtener los nanotubos
de Fe2O3 Finalmente los NT-Fe3O4 fueron obtenidos por reduccioacuten de los NT-
Fe2O3 a 360degC bajo flujo continuo de H2 5vv en Ar durante 5h en una rampa de
calentamiento de 1degCmin El rendimiento de la siacutentesis fue de un 91
412 Funcionalizacioacuten de NT-Fe3O4 con el agente de acople
3-glicidoxipropil-trimetoxisilano
Los NT-Fe3O4 se dispersaron en tolueno (Merckreg) seco el cual fue previamente
desgasificado con N2 por 1h en un reactor de vidrio provisto de agitacioacuten mecaacutenica
y atmoacutesfera controlada (ver Figura 6) Al tolueno se agregoacute 1 g de NT- Fe3O4
formando una dispersioacuten negra la que se calentoacute hasta alcanzar la temperatura de
ebullicioacuten Una vez alcanzada la temperatura deseada se inyectoacute el agente de
acople 3-glicidoxipropil-trimetoxisilano (GPTMS 98 Aldrichreg) en relacioacuten 1 mL
GPTMS por 1 g de soporte [13 14] La reaccioacuten se mantuvo a reflujo por 24h Una
16
vez obtenido NT-Fe3O4-GPTMS se lavoacute con acetona (Merckreg) para eliminar el
exceso de GPTMS y se secoacute en estufa a vaciacuteo por 12h a 40degC El rendimiento de
la reaccioacuten acople se determinoacute por medio de anaacutelisis termogravimeacutetrico el cual se
adjunta en la seccioacuten 512
Figura 6 Sistema de reaccioacuten para realizar las modificaciones superficiales de NT-
Fe3O4 Fuente Elaboracioacuten propia
413 Acoplamiento de NT-Fe3O4-GPTMS con dendriacutemero PAMAM
En un reactor de vidrio provisto de agitacioacuten mecaacutenica (Figura 6) se agregaron
050 g de NT-Fe3O4-GPTMS con 25 mL de dimetilsulfoacutexido (DMSO Merckreg) seco
generaacutendose una dispersioacuten negra que se agitoacute durante 1h en N2 a 40degC
Posteriormente se disolvioacute 863 mg de dendriacutemero PAMAM G3 (20 mm en
metanol Sigma-Aldrichreg) seco en 5 mL de DMSO seco y se agregoacute al sistema de
reaccioacuten el cual se mantuvo en agitacioacuten mecaacutenica y a 40degC por un periodo de
48h El material obtenido se lavoacute exhaustivamente con metanol (Merckreg) para
eliminar los restos de DMSO y PAMAM adsorbidos Por uacuteltimo el soacutelido NT-Fe3O4-
PAMAM se secoacute al vaciacuteo a 40degC por un periodo de 24h El rendimiento de la
reaccioacuten conjugacioacuten se determinoacute por medio de anaacutelisis termogravimeacutetrico el cual
se adjunta en la seccioacuten 512
17
42 Caracterizacioacuten de los sistemas
421 Espectroscopia de Infrarrojo con Transformada de Fourier (FT-IR)
Un espectro IR se obtiene al pasar radiacioacuten IR a traveacutes de una muestra y
determinar que fraccioacuten de esta radiacioacuten incidente ha sido absorbida La energiacutea
particular a la que aparece cada banda en el espectro guarda relacioacuten con la
frecuencia de vibracioacuten de una parte de la moleacutecula Los espectros en la regioacuten
infrarroja estaacuten asociados a las transiciones entre niveles de energiacutea vibracional
estos niveles corresponden a vibraciones tensioacuten-contraccioacuten (stretching) y
flexiones (bending) de los enlaces y otros movimientos complejos de las moleacuteculas
[64] La regioacuten IR del espectro electromagneacutetico se encuentra entre 14290-10 cm-1
El intervalo que abarca la espectroscopia infrarroja puede dividirse en tres
regiones IR cercano (NIR) 14290-4000 cm-1 IR medio 4000-400 cm-1 IR lejano
400-10 cm-1 siendo en el IR medio donde se dan la mayoriacutea de las aplicaciones
analiacuteticas tradicionales
En los experimentos comunes de FT-IR un haz de luz infrarroja atraviesa la
muestra y se registra la cantidad de energiacutea absorbida a cada longitud de onda
Esto puede lograrse barriendo el espectro con un haz de luz monocromaacutetico el
cual cambia su longitud de onda a traveacutes del tiempo o usando una transformada de
Fourier para medir todas las longitudes de onda a la vez como se muestra en la
Figura 7 A partir de esto se obtiene un espectro de transmitancia o absorbancia
el cual permite una interpretacioacuten de la naturaleza de los enlaces quiacutemicos
presentes La teacutecnica de FTIR se ha utilizado para estudiar materiales de tamantildeo
nanoescala como moleacuteculas funcionales injertadas covalentemente en nanotubos
de carbono [65] y nanotubos de TiO2 acoplados a dendriacutemero PAMAM [13]
18
Figura 7 Esquema del equipamiento de un FT-IR Fuente Elaboracioacuten propia
Equipamiento
Los materiales puros e hiacutebridos se analizaron en el equipo Nicolet marca Nexus
FT-IR en la zona del IR medio usando como blanco pastilla KBr Para ello se
homogeneizoacute 1 mg de muestra en 100 mg KBr seguido por la obtencioacuten de la
pastilla en prensa hidraacuteulica por uacuteltimo se colocoacute en el portamuestra la pastilla y se
midioacute el espectro a temperatura ambiente barriendo nuacutemeros de onda en el
intervalo medio (4000-400 cm-1) y con un nuacutemero de acumulaciones de 64 scan
422 Difraccioacuten de Rayos X (DRX)
Los rayos X son una forma de radiacioacuten electromagneacutetica que tiene elevada
energiacutea y corta longitud de onda del orden de los espacios interatoacutemicos de los
soacutelidos Cuando un haz de rayos X atraviesa un soacutelido la radiacioacuten se dispersa al
interaccionar con los electrones de los aacutetomos En este caso cada capa de aacutetomos
reflejara parte del haz de rayos X los haces reflejados en las capas sucesivas de
aacutetomos del soacutelido pueden presentar ondas que en una determinada direccioacuten
concuerdan en fase con las ondas reflejadas por otras capas es decir se produce
una interferencia constructiva a este fenoacutemeno se le llama difraccioacuten de rayos X
19
La difraccioacuten de rayos X se puede describir simplemente como la reflexioacuten de un
haz de rayos X incide sobre los planos cristalinos de una muestra soacutelida
empleando la ley de Bragg tal como se muestra en la Figura 8 [64]
Figura 8 Difraccioacuten de Rayos X producida por los diferentes planos de un cristal
Fuente Elaboracioacuten propia
La teacutecnica de difraccioacuten maacutes comuacuten utiliza una muestra pulverizada o policristalina
consistente en muchas partiacuteculas diminutas y orientadas al azar que se exponen a
una radiacioacuten de rayos X monocromaacutetica Como cada partiacutecula de polvo es un
cristal teniendo una gran cantidad de ellos orientados libremente se asegura que
algunas partiacuteculas esteacuten orientadas adecuadamente para que sus planos
cristalograacuteficos cumplan las condiciones para la difraccioacuten y de esta forma obtener
perfiles de difraccioacuten tiacutepicos de cada material
Equipamiento
En este estudio se utilizoacute el difractoacutemetro Rigaku modelo Geigerflex II empleando
el meacutetodo de polvo y usando como estaacutendar interno silicio (cuarzo) La muestra
previamente pulverizada se coloca en un porta objeto para ser irradiado con la
liacutenea κα1 del anticaacutetodo de Fe (λ 19360 Aring) a 35kV y 15mA usando un filtro de
manganeso para eliminar la liacutenea de κβ
20
423 Microscopiacutea Electroacutenica de Transmisioacuten (TEM)
La teacutecnica maacutes utilizada para la caracterizacioacuten de nanomateriales es la
microscopia electroacutenica de transmisioacuten (TEM) la que ofrece imaacutegenes directas de
los nanomateriales con una resolucioacuten espacial hasta el nivel de las dimensiones
atoacutemicas 10-9 m [66] El fundamento del TEM se basa en un haz de electrones que
manejados a traveacutes de lentes electromagneacuteticas se proyecta sobre una muestra
muy delgada situada en una columna de alto vaciacuteo Electrones que atraviesan la
muestran son recogidos y focalizados por la lente objetivo generando una imagen
intermedia ampliada La imagen es ampliada auacuten maacutes gracias a las lentes
proyectoras las cuales controlan la ampliacioacuten de la imagen en la pantalla
fluorescente como se muestra de forma esquemaacutetica en la Figura 9 [67] El TEM
mejora los anaacutelisis morfoloacutegicos y estructurales de nanomateriales ademaacutes
proporciona una mejor resolucioacuten espacial y la capacidad para mediciones
analiacuteticas adicionales [66]
Equipamiento
Las muestras analizadas fueron previamente tratadas tomando una pequentildea
porcioacuten del soacutelido el que se molioacute y disgregoacute en un mortero de aacutegata hasta obtener
un polvo fino Eacuteste se dispersoacute en una mezcla de etanolagua (50 vv) y se
sembroacute en una gradilla de cobre recubierta por una capa de carboacuten y colodioacuten Las
muestras fueron analizadas en un microscopio TEM modelo JEOL JEM -1200EX
II con una resolucioacuten de 5Aring a 120Kv las imaacutegenes obtenidas fueron trabajadas en
el software ImageJ donde se determinaron los diaacutemetros promedio y el largo
promedio de las partiacuteculas empleando la data estadiacutestica entregada directamente
por el software
21
Figura 9 Esquema de un microscopio electroacutenico de transmisioacuten Fuente
Elaboracioacuten propia
424 Microscopia Electroacutenica de Barrido (SEM)
La microscopia electroacutenica de barrido (SEM) es una teacutecnica que permite la
observacioacuten y caracterizacioacuten superficial de materiales inorgaacutenicos y orgaacutenicos
entregando informacioacuten morfoloacutegica del material analizado ademaacutes del
procesamiento y anaacutelisis de imaacutegenes obtenidas Las principales utilidades del
SEM son su alta resolucioacuten la gran profundidad de campo que resuelve una
imagen tridimensional de la muestra y la relativa sencillez de preparacioacuten de las
muestras [66 68] La imagen entregada por el SEM se genera por la interaccioacuten de
un haz de electrones que barre un aacuterea determinada sobre la superficie de la
muestra tal como se muestra la Figura 10 La teacutecnica consiste en hacer incidir en
la muestra un haz de electrones Este bombardeo de electrones provoca la
aparicioacuten de diferentes sentildeales que captadas con detectores adecuados
proporcionan informacioacuten acerca de la naturaleza de la muestra
22
Figura 10 Esquema de un microscopio electroacutenico de barrido Fuente Elaboracioacuten
propia
Equipamiento
Las materiales se analizaron tomando 10 mg de muestra deposinatnadolos en un
porta objeto de aluminio y posteriormente fue analizado en microscopio SEM
modelo JEOL JSM-6380LV
425 Anaacutelisis Termogravimeacutetrico (TGA)
El anaacutelisis termogravimeacutetrico (TGA) es una teacutecnica que consiste en la medida
continua en funcioacuten de la temperatura de la ganancia o peacuterdida de la masa de un
compuesto en una atmoacutesfera determinada [69] Este anaacutelisis suministra
informacioacuten acerca de la estabilidad teacutermica y la composicioacuten porcentual de la
muestra original La instrumentacioacuten utilizada en termogravimetriacutea se denomina
termobalanza y consta baacutesicamente de cinco elementos balanza de precisioacuten
horno calefactor controlado por un programador sensor de temperatura (termopar)
sistema de admisioacuten de gases y sistema de adquisicioacuten de datos Las condiciones
requeridas para la balanza son anaacutelogas a cualquier balanza analiacutetica exactitud
sensibilidad y reproducibilidad
23
Equipamiento
Las muestras fueron llevadas a un analizador teacutermico modelo TGASDTA 851e
Los perfiles de descomposicioacuten teacutermica se barrieron entre 25-1000degC a una
velocidad de calentamiento de 5degC min-1 en un flujo de 20 mLmin-1 de N2 u O2
empleando un crisol de Al2O3
426 Isotermas de Adsorcioacuten-Desorcioacuten de N2 a -196degC
La caracterizacioacuten superficial de materiales porosos como oacutexidos metaacutelicos
zeolitas o poliacutemeros orgaacutenicos mediante isotermas de adsorcioacuten-desorcioacuten permite
determinar paraacutemetros tales como el aacuterea superficial el volumen y la distribucioacuten
del tamantildeo de poros [13 70] Cualquier material soacutelido que contiene cavidades
canales o intersticios puede ser considerado como poroso (Figura 11) Los poros
se pueden clasificar en cerrados y abiertos Los cerrados son aquellos que influyen
en propiedades macroscoacutepicas como densidad o resistencia mecaacutenica pero no
son accesibles a procesos de adsorcioacuten Los abiertos a su vez se pueden
clasificar seguacuten su forma o manera de conexioacuten con el exterior La rugosidad de la
superficie externa de la muestra se distingue de la porosidad en que su
profundidad es menor que su anchura
Figura 11 Representacioacuten esquemaacutetica de un soacutelido poroso [71]
24
La estructura porosa se analiza mediante isotermas de adsorcioacuten de gases Esta
consiste en la adsorcioacuten fiacutesica de un gas (adsorbato) sobre un soacutelido (adsorbente)
a una temperatura dada para distintas presiones relativas de gas
Los adsorbatos maacutes utilizados son el N2 CO2 CO NO benceno y algunos
hidrocarburos alifaacuteticos de cadena corta La adsorcioacuten de N2 a -196degC (77 K) es la
maacutes utilizada debido a que cubre todo el rango de porosidad e interacciona
deacutebilmente con la mayoriacutea de los soacutelidos Ademaacutes la misma isoterma puede ser
utilizada para el anaacutelisis del tamantildeo de poro y para superficie especifica empleando
una variedad de modelos El modelo maacutes usado es el de Brunauer-Emett-Teller
(BET) el cual se basa en dos hipoacutetesis principales a) la superficie del adsorbente
se supone uniforme y no porosa b) las moleacuteculas del gas se adsorben sobre la
superficie en capas sucesivas completas o no en equilibrio dinaacutemico entre siacute y
con las moleacuteculas del gas [72 73]
Equipamiento
Los valores de superficie especiacutefica se obtuvieron a partir de las isotermas de
adsorcioacuten de nitroacutegeno a -196degC realizados en un equipo automaacutetico Micromeritics
modelo ASAP 2010 en el rango de presioacuten relativa de 005-03 Se utilizoacute el meacutetodo
BET para calcular las superficies especiacuteficas utilizando la parte lineal del graacutefico de
acuerdo con las recomendaciones de la IUPAC El volumen de poro y las
distribuciones de tamantildeo de poro fueron calculados a partir de las ramas de
desorcioacuten de las isotermas utilizando el meacutetodo de Barret-Joyner-Halenda (BHJ)
427 Magnetizacioacuten del material
Cuando un material se expone a un campo magneacutetico el giro de sus electrones
producen un momento magneacutetico paralelo al campo al que estaacute expuesto esto es
en el material se ha inducido una magnetizacioacuten (M) que es proporcional al campo
magneacutetico externo (H)
25
En la Figura 12 se observa la curva de magnetizacioacuten de un material
ferromagneacutetico que corresponde a un graacutefico de la magnetizacioacuten (M) frente a un
campo aplicado (H) Inicialmente a medida que aumenta la intensidad del campo
aplicado H M tambieacuten aumenta hasta alcanzar el punto de saturacioacuten Ms
Entonces cuando la intensidad del campo H comienza a disminuir por debajo del
punto de saturacioacuten M no lo hace en la misma proporcioacuten que antes sino que a
valores correspondientes a la curva superior Esto comportamiento se conoce
como histeacuteresis y se produce porque los dominios magneacuteticos que se alinean con
un incremento del campo no vuelven a su orientacioacuten original si el campo es
menor Cuando el campo aplicado H regresa al valor cero el material aun
presenta magnetizacioacuten denominada magnetizacioacuten remanente Mr Para eliminar
la magnetizacioacuten remanente se debe aplicar un campo Hc en sentido contrario al
campo inicialmente aplicado conocido como campo coercitivo Si se continuacutea
aumentando el campo se produce otra saturacioacuten en direccioacuten contraria Si desde
esa posicioacuten se disminuye el campo aplicado se vuelve a repetir el mismo
comportamiento dando lugar auacuten ciclo de histeacuteresis [74]
Figura 12 Representacioacuten de curva de magnetizacioacuten para un material
ferromagneacutetico [74]
26
Los paraacutemetros Ms Mr y Hc obtenidos a partir de la curva de magnetizacioacuten
corresponden a propiedades intriacutensecas de un material aunque los uacuteltimos dos
paraacutemetros mencionados no solo depende del tipo del material sino ademaacutes del
tamantildeo y forma del material temperatura y defecto del material [75]
Con la finalidad de comparar el comportamiento magneacutetico de diferentes materiales
frente a un campo aplicado eacutestos se pueden clasificar en diamagneacutetico
paramagneacutetico ferromagneacutetico (Figura 12) ferrimagneacutetico superparamagneacutetico
antiferromagneacutetico El instrumento maacutes utilizado en los anaacutelisis de materiales
magneacuteticos es el magnetoacutemetro de muestra vibrante (VSM) disentildeado para la
medicioacuten de la magnetizacioacuten y del cual se obtiene el ciclo de histeacuteresis [76 77]
Equipamiento
Para las curvas de magnetizacioacuten se pesaron 10 mg de las muestras las que se
depositaron en caacutepsula de policarbonato Dicha caacutepsula fue llevada al portamuestra
del magnetoacutemetro de muestra vibrante (VSM) modelo MLVSM9 MagLab 9T Oxford
Instrument Todas las mediciones se realizaron a 17degC
428 Adsorcioacuten de Faacutermacos en Nanotubo Fe3O4 y en nanotransportador
hiacutebrido Fe3O4-PAMAM
Los ensayos se disentildearon para seguir la adsorcioacuten del faacutermaco en funcioacuten del
tiempo Para ello en un vaso de precipitado colocado sobre una placa agitadora
con control de temperatura se contactan 200 mL de una disolucioacuten acuosa de SIL
(005 mgmL) con 10 mg del nanotransportador dispersos en 2 mL de agua
desionizada y colocados en el interior de bolsa de diaacutelisis (Thermo Scientific
SnakeSkin Dialysis Tubing 10K MWCO 22mm) tal como se muestra
esquemaacuteticamente en la Figura 13 La cineacutetica de la adsorcioacuten se siguioacute por medio
de espectroscopia de UV-visible tomando aliacutecuotas de 10 mL y monitoreadas a
una longitud de onda de maacutexima absorcioacuten (λmaacutex) del faacutermaco (288 nm) cada una
hora empleando un espectrofotoacutemetro UV-VIS (UV2310IISpectrophotometer) hasta
27
que no se detecta variacioacuten en las lecturas absorbancia en funcioacuten
Figura 13 Esquema del sistema de adsorcioacuten de faacutermacos en los
nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
El mismo procedimiento fue empleado para evaluar la capacidad de encapsulacioacuten
de piroxicam (PRX) donde se empleoacute una concentracioacuten inicial de 001 mgmL y
las medidas de absorbancia se siguieron a λmaacutex = 350 nm Todas las medidas de
absorbancia se realizaron por triplicado y la cuantificacioacuten se realizoacute empleando las
respectivas curvas de calibracioacuten de cada faacutermaco Para ambos sistemas NT-
Fe3O4 y Fe3O4-PAMAM las medidas de encapsulacioacuten se realizaron por duplicado
28
5 DISCUSIOacuteN Y ANAacuteLISIS DE RESULTADOS
51 Caracterizacioacuten de los nanomateriales
511 Espectroscopia de infrarrojo con transformada de Fourier
La caracterizacioacuten espectroscoacutepica por FT-IR entrega informacioacuten sobre los
grupos superficiales existente en una muestra En la Figura 14 se observa el
espectro de NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM En el caso de NT-Fe3O4 se observa
una banda a 574 cm-1 que corresponde al stretching del enlace de Fe-O de la
magnetita seguido por la banda ubicada entre 945-980 cm-1 asociada al bending
del enlace FendashOndashH atribuido a los grupos hidroxilos adsorbidos en la superficie de
NT-Fe3O4 El bending a 1628 cm-1 se asigna a la vibracioacuten de las moleacuteculas de
H2O fisisorbidas sobre la superficie de la magnetita [78] por uacuteltimo entre 3090-
3430 cm-1 se observa una banda ancha correspondiente al stretching de los
grupos FendashOH superficiales [79 80]
Figura 14 Espectro FT-IR de (a) NT-Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-PAMAM Fuente
Elaboracioacuten propia
29
El NT-Fe3O4-PAMAM tiene un espectro similar al NT-Fe3O4 pero se pueden
identificar la banda asociada al bending N-H de las aminas primarias del PAMAM
a 1541 cm-1 mientras que a 1638 cm-1 se observa una banda atribuida al grupo
carbonilo (C=O) de las amidas que componen ramas de crecimiento internas del
dendriacutemero Las bandas entre 2849-2912 cm-1 corresponden a los stretching de
los grupos metileno (-CH2-) presentes en el agente de acople GPTMS y en la
cadena alifaacutetica del dendriacutemero PAMAM [13 81] Por uacuteltimo la banda de vibracioacuten
atribuida de los grupos ndashNH2 terminales se solapa con la sentildeal de los grupos ndashOH
de la superficie del NT-Fe3O4 Con lo anterior se verifica la presencia del
dendriacutemero PAMAM y la superficie del NT-Fe3O4 utilizando como agente de
acople GPTMS
512 Anaacutelisis Termogravimeacutetrico
Por medio del estudio de TGA se ha podido determinar la cantidad de PAMAM
conjugada en el soacutelido NT-Fe3O4 En la Figura 15 se muestran las curvas de
peacuterdida de masa porcentual en funcioacuten de la temperatura para los tres sistemas
preparados En el caso de NT-Fe3O4 se observa una curva continua hasta
alrededor de los 200degC donde comienza la peacuterdida de materia que corresponde a
desorcioacuten de agua fuertemente fisisorbida en el material En una segunda etapa a
500degC se detecta la peacuterdida en masa atribuida a la oxidacioacuten de las especies Fe2+
a Fe3+ con la consecuente peacuterdida de agua [82 83]
2Fe3O4 (s) + 12O2 (g) rarr 3Fe2O3 (s)
Posterior a 650degC se detecta una continua peacuterdida de masa la que se asume
corresponde a la deshidroxilacioacuten de las especies Fe-OH remanentes de la
formacioacuten de Fe2O3 Cuando al material se le inmoviliza el agente de acople
GPTMS se observa un perfil de peacuterdida en masa diferente al material de partida
La temperatura de inicio es de alrededor de 250degC en la cual comienza la
combustioacuten de la materia orgaacutenica atribuida al anclaje del agente de acople en la
30
superficie de NT-Fe3O4 finalizando alrededor de los 430degC En la zona del
termograma que denota la oxidacioacuten de las especies Fe2+ a Fe3+ se observa un
desplazamiento a 550degC atribuido a la estabilizacioacuten superficial que le confieren
los enlaces Fe-O-Si que se han formado durante el proceso de anclaje [84 85]
Figura 15 Termogramas de los materiales realizados en atmoacutesfera de O2 (a) NT-
Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-GPTMS y (c) NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten
propia
La diferencia en las masas remanentes entre ambas curvas ha permitido estimar
la cantidad de GPTMS que se ha inmovilizado en NT-Fe3O4 el cual se resume en
la Tabla 2 Soacutelo se puede determinar un estimado por esta teacutecnica pues se sabe
que las especies Fe-O-Si presente en la muestra se pueden sustituir en la matriz
del NT-Fe3O4 durante el proceso produciendo la mineralizacioacuten del GPTMS
4(Fe-O)3Si(CH2)3-(CH2OCH2)(s) + 25O2(g) rarr 2(Fe-O)3Si-O-Si(O-Fe)3(s) +
20CO2(g) + 16H2O(g)
31
Lo que al mismo tiempo podriacutea provocar el desplazamiento de la oxidacioacuten de las
especies Fe2+ a temperaturas superiores
Tabla 2 Porcentaje de peacuterdida de masa y material acoplado GPTMS y PAMAM
(G3) al NT-Fe3O4 Fuente Elaboracioacuten propia
Por uacuteltimo para el material hiacutebrido NT-Fe3O4-PAMAM muestra un perfil de
peacuterdida de masa continua desde los 75degC en adelante atribuido a la desorcioacuten de
H2O fisisorbida la que se incrementa respecto de los materiales precursores
atribuidos a la alta capacidad de adsorber agua por parte del dendriacutemero
inmovilizado en superficie Por sobre los 250degC comienza una segunda etapa de
peacuterdida en masa la que corresponde a la calcinacioacuten de la materia orgaacutenica
conferida por GPTMS-PAMAM la que ocurre en dos etapas 1) combustioacuten de la
materia orgaacutenica alifaacutetica (250degC) y 2) a la combustioacuten asociada a los enlaces
amidas de la ramas de crecimiento de PAMAM (450degC) la que al mismo tiempo se
acopla con la oxidacioacuten de la especies Fe2+ del material inorgaacutenico Comparando
los resultados obtenidos para NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-GPTMS se puede estimar el
contenido de PAMAM conjugado a la nanoestructura lo cual se resume en la
Tabla 2 Con estos resultados se puede inferir que la reaccioacuten de inmovilizacioacuten ha
afectado el contenido en masa del material el que se puede atribuir a la
conjugacioacuten de PAMAM en los NT-Fe3O4
513 Isotermas de Adsorcioacuten-Desorcioacuten de N2 a -196degC
Las isotermas de adsorcioacutendesorcioacuten de N2 a -196degC de los materiales NT-Fe3O4
y NT-Fe3O4-PAMAM se presentan en la Figura 16 Ambas isotermas son del tipo
IV de acuerdo a la calificacioacuten BDDT tiacutepica de soacutelidos mesoporosos y con ciclo
de histeacuteresis tipo H1 [72 73] caracteriacutesticas de capilares de forma tubular con
Material () (μmolg) (μmolm2)
NT-Fe3O4-GPTMS 39 165 66
NT-Fe3O4-PAMAM 168 243 097
32
abertura en sus extremos En la Tabla 3 se resumen los valores de superficies
especiacuteficas (SBET) distribuciones de tamantildeo promedio de poro de los materiales
(dPoro) y volumen total (VPoro) mostrando que la funcionalizacioacuten con GPTMS
seguido por la inmovilizacioacuten con dendriacutemero PAMAM en la superficie del NT-
Fe3O4 provoca una disminucioacuten de los valores
Figura 16 Isoterma de adsorcioacutendesorcioacuten de N2 a -196degC para (a) NT-Fe3O4 y (b)
NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Lo anterior se debe a que el GPTMS y PAMAM producen el cubrimiento parcial
de la superficie del material tubular NT-Fe3O4 lo que lleva a que los poros se
cierren o tapen estrechando sus cavidades y haciendo que el proceso de
desorcioacuten ocurra a menores presiones relativas Lo descrito con anterioridad
concuerda con el cambio en el ciclo de histeacuteresis gracias a una disminucioacuten del
diaacutemetro promedio de poro o bien un aumento en el grosor de la pared del
material tubular Esto es una evidencia experimental de la modificacioacuten superficial
del nanotubo la que presumiblemente ocurre de forma preferente en la superficie
interna del material
33
Tabla 3 Superficie especiacutefica tamantildeo promedio de poro y volumen de poro
determinadas por las de BET y BJH [73 86] para los materiales en base a NT-
Fe3O4 sintetizados Fuente Elaboracioacuten propia
condiciones normales Presioacuten y temperatura
514 Difraccioacuten de Rayos X
En la Figura 17 se muestran los perfiles de DRX para de NT α-Fe2O3 NT-Fe3O4 y
NT-Fe3O4-PAMAM El primer material corresponde a NT α-Fe2O3 debido a la
siacutentesis previa de nanotubos de hematita precursor de los nanotubos de
magnetita Se observan las difracciones propias de la hematita la cual coincide
con su estructura hexagonal (JCDS 33-0664) [87-89] Ademaacutes en la figura 17 se
observa la desaparicioacuten y aparicioacuten de picos desde el primer al segundo material
en este uacuteltimo aparecen los picos de la magnetita esto indica la reaccioacuten de
reduccioacuten de la hematita a magnetita con el consecuente cambio estructural
Los materiales NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM se detectan las difracciones tiacutepicas
para Fe3O4 con estructura cristalina del tipo magnetita la cual corresponde a una
estructura cuacutebica centrada en la cara de tipo espinela (AB2O4) inversa (JCPDS 19-
0629) [29 79 80] La modificacioacuten superficial con agente de acople seguido por el
acoplamiento con dendriacutemero PAMAM no provoca cambios en la estructura
cristalina del material NT-Fe3O4
Material SBET
(m2g-1)
dPoro
(nm)
VPoro
(cm3g-1)
NT-Fe3O4 59 33 01
NT-Fe3O4-PAMAM 25 19 005
34
Figura 17 Difractograma de rayos X para (a) NT α-Fe2O3 (b) NT-Fe3O4 y (c) NT-
Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
515 Microscopiacutea Electroacutenica de Barrido y Transmisioacuten
La estructura tubular de estos materiales se siguioacute por medio de microscopiacutea
electroacutenica de barrido y transmisioacuten En relacioacuten a la morfologiacutea superficial se
puede observar en la Figura 18 que en ambos materiales muestran la forma tiacutepica
de materiales nanotubulares huecos lo cual ratifica los resultados en la forma de
los ciclos de histeacuteresis observados en la caracterizacioacuten por isotermas de
adsorcioacuten de N2 a -196degC (Figura 16) En relacioacuten a la modificacioacuten superficial del
material NT-Fe3O4 con GPTMS y PAMAM se mantiene la morfologiacutea del material
inorgaacutenico en acuerdo con la caracterizacioacuten por DRX
35
Figura 18 Imaacutegenes de SEM de los materiales (a) NT-Fe3O4 (b) NT-Fe3O4-
PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Para poder determinar de forma directa los tamantildeos partiacutecula longitud y diaacutemetro
de NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM se ha realizado la caracterizacioacuten por TEM y
sus respectivas micrografiacuteas se muestran en la Figura 19 Al igual que en el caso
de SEM se observan nanoestructuras que muestran una morfologiacutea definida de
tipo tubular con una cavidad regular abierta en sus extremos
A traveacutes del conteo de los nanotubos y la medicioacuten directa de sus tamantildeos se han
determinado las curvas de distribucioacuten para el largo y diaacutemetro externo de los
nanotubos tal como se muestra en la Figura 19 Los valores promedio del largo
fueron del orden de 280 y 286 nm y los diaacutemetros externos fueron 151 y 159 nm
para NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM respectivamente Al comparar las imaacutegenes y
sus correspondientes dimensiones obtenidas se puede observar que la
morfologiacutea del material no se ve afectada al modificar la superficie del NT-Fe3O4
durante el proceso de conjugacioacuten con el dendriacutemero PAMAM
(b) (a)
36
Figura 19 Micrografiacuteas de TEM de NT-Fe3O4 (a b) NT-Fe3O4-PAMAM (e f) y las
curvas de distribucioacuten del largo (c g) y diaacutemetro externo (d h) para ambos NT-
Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM respectivamente Fuente Elaboracioacuten propia
(a) (b)
(h) (g)
(f) (e)
(d) (c)
37
516 Propiedades magneacuteticas
Las propiedades magneacuteticas de NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM fueron estudiadas
por medio de un anaacutelisis VSM y las curvas de magnetizacioacuten se muestran en la
Figura 20 dando como resultado para ambos materiales la propiedad
ferrimagneacutetica Aquello se debe a que la foacutermula de la magnetita Fe3O4 puede
escribirse en la forma Fe3+[Fe2+Fe3+]O4 seguacuten la foacutermula general AB2O4 de tipo
espinela inversa Donde la mitad de los cationes Fe3+ ocupan sitios tetraeacutedricos
mientras que la otra mitad de Fe3+ y los cationes Fe2+ ocupan los sitios
octaeacutedricos Los cationes de Fe3+ se distribuyen por tanto en dos posiciones
diferentes en la estructura pero con direcciones opuestas de espiacuten magneacutetico por
lo tanto los momentos magneacuteticos de los cationes Fe3+ se anulan entre siacute
mientras que los momentos magneacuteticos de los cationes Fe2+ que posee espiacuten de
menor magnitud comparado con Fe3+ son los responsables del momento
magneacutetico neto en la magnetita [27 77 90] De la graacutefica de la Figura 20 se
observa que el ciclo de magnetizacioacuten muestra un ciclo de histeacuteresis de similares
caracteriacutesticas Este resultado permite suponer que la modificacioacuten con el agente
de acople GPTMS y posterior anclaje de PAMAM no perturboacute las propiedades
magneacuteticas del soporte durante la siacutentesis De la Figura 20 se pueden extraer el
valor de la magnetizacioacuten remanente (Mr) y coercitividad (Hc) en ausencia del
campo aplicado y el valor de magnetizacioacuten de saturacioacuten (Ms) los cuales se
resumen en la Tabla 4
Tabla 4 Resumen de paraacutemetros magneacuteticos para los materiales preparados a
17degC Fuente Elaboracioacuten propia
Material Ms
(emug)
Mr
(emug)
Hc
(Oe)
Fe3O4 bulk 92 - lt 100
NT-Fe3O4 67 16 249
NT-Fe3O4-PAMAM 58 10 240
38
Los valores de Ms que se encuentran en los materiales nanoestructurados son
generalmente maacutes pequentildeos que la magnetita bulk lo cual puede ser atribuido al
aumento de efectos superficiales y a la presencia de dendriacutemero PAMAM A su
vez se han reportado valores experimentales para Ms en nanopartiacuteculas de
magnetita que abarcan entre 30-50 emug inferior al valor del mineral magnetita
90 emug [39 91-93] Por el contrario los valores de Hc encontrados para ambas
nanoestructuras son mayores al ser comparado con la magnetita bulk debido a la
disminucioacuten del tamantildeo de partiacutecula
39
Figura 20 Curva de magnetizacioacuten obtenida para NT-Fe3O4 (a b) y NT-Fe3O4-
PAMAM (c d) utilizando un magnetoacutemetro de muestra vibrante (VSM) a 17degC
Fuente Elaboracioacuten propia
(a) (b)
(c) (d)
40
52 Estudios de la adsorcioacuten de Faacutermacos en Nanotubo Fe3O4 y en
nanotransportador hiacutebrido Fe3O4-PAMAM
521 Faacutermacos de intereacutes
Luego de la caracterizacioacuten de los materiales puro e hiacutebrido se procedioacute a realizar
en cada uno de ellos la adsorcioacuten de faacutermacos Esto con la finalidad de determinar
el tiempo y capacidad maacutexima de adsorcioacuten mediante estudios de cineacutetica de
adsorcioacuten
En esta investigacioacuten se ha decidioacute emplear dos clases de faacutermacos poco solubles
para estudiar la capacidad de adsorcioacuten de los nanotransportadores sintetizados
El piroxicam (PRX M 331348 gmol) es una clase de faacutermaco antiinflamatorio no
esteroidal perteneciente al grupo oxicam [94 95] como se observa en la Figura
21 (a) posee un grupo enoacutelico (pKa 18) y un grupo piridiacutenico (pKa 63) [96 97]
presenta propiedades analgeacutesicas antipireacuteticas a su vez alivia dolores para la
artritis reumatoide la artrosis y los siacutentomas de la dismenorrea [59]
(a) (b)
Figura 21 Estructuras de los faacutermacos de intereacutes (a) Piroxicam y (b) Silibinina
Fuente Elaboracioacuten propia
41
No obstante PRX provoca efectos secundarios principalmente uacutelceras gaacutestricas
ademaacutes es praacutecticamente insoluble en agua [98 99] Para reducir estos efectos
existen investigaciones que tienen relacioacuten con el transporte y liberacioacuten de
faacutermacos que pueden cargar eficazmente el faacutermaco para apuntar hacia el sitio de
accioacuten aumentando la eficacia terapeacuteutica y reducir al miacutenimo los efectos
secundarios donde sistemas de microesferas de albuacutemina de suero bovino han
sido utilizadas para la liberacioacuten piroxicam [100]
El otro faacutermaco de intereacutes estudiado es la silibinina (SIL M 48244 gmol) que es
un flavonoide polifenoacutelico natural que se aiacutesla de la planta de cardo de leche
Silybum marianum Posee cinco grupos hidroxilos un grupo carbonilo y tres
grupos fenilos tal como se muestra en la Figura 21 (b) Esta moleacutecula tiene varios
grupos ionizables con sus respectivos pKa1 70 pKa2 877 pKa3 957 pKa4
1166 [101] y ha sido ampliamente utilizada por sus efectos hepatoprotectores
Sin embargo la eficacia de silibinina como faacutermaco estaacute muy limitada debido a su
escasa solubilidad en agua y una baja biodisponibilidad despueacutes de su
administracioacuten oral A fin de superar los defectos de la silibinina libre muchos
enfoques se han adoptado como son los sistemas de entrega liposomal de
transporte lipiacutedicos nanoestructurados de complejo silibinina-fosfoliacutepido y
nanosuspensiones [102]
Es importante notar que los estudios de la cineacutetica de adsorcioacuten son
determinantes en teacuterminos de conocer coacutemo variacutea la concentracioacuten de faacutermaco
adsorbida en funcioacuten del tiempo para una proporcioacuten faacutermacoadsorbente dada La
cineacutetica de adsorcioacuten permite conocer el tiempo en que se realiza el proceso de
adsorcioacuten y ha de practicarse antes de la determinacioacuten de una isoterma de
adsorcioacuten Puesto que se trabaja con disolucioacuten se debe en cuenta los factores
que influyen en el proceso ya que el tiempo necesario para alcanzar el equilibrio
estaacute en funcioacuten de las caracteriacutesticas del adsorbente y del adsorbato de la
quiacutemica de la disolucioacuten de la temperatura y del pH La data de la cineacutetica de
adsorcioacuten de los faacutermacos en los nanotransportadores se ajustoacute a los modelos
42
cineacuteticos de pseudo-primer orden pseudo-segundo orden y cineacuteticas que
involucran quimisorcioacuten [103-106] para ambos nanotransportadores en presencia
de los faacutermacos PRX y SIL
De forma general se puede decir que el modelo de pseudo-primer orden o modelo
de Lagergren se basa en la suposicioacuten de que cada moleacutecula de adsorbato se
adsorbe en un sitio del adsorbente lo cual en teacuterminos de cineacutetica de reaccioacuten se
expresa como
(1)
y la forma integrada de esta ecuacioacuten queda definida como
(2)
donde la qe y qt (mgfarmgads) son la cantidad maacutexima de faacutermaco adsorbida una
vez alcanzado el equilibrio (trarr) y la cantidad de faacutermaco adsorbida al tiempo t
respectivamente y k1 (h-1) es la constante cineacutetica de pseudo-primer orden
Para el caso del modelo de pseudo-segundo orden o modelo de Ho desarrollado
por Ho y McKay [107] supone que el adsorbato se adsorbe en dos sitios activos
del adsorbente En este caso la ecuacioacuten de la cineacutetica de adsorcioacuten se expresa
como
(3)
y la forma integrada de esta ecuacioacuten queda definida como
(4)
43
donde k2 (gadsmgfarmmiddoth) es la constante cineacutetica de adsorcioacuten de pseudo-segundo
orden Es importante mencionar que ambos modelos cineacuteticos se basan en la
homogeneidad de la superficie del adsorbente y donde soacutelo se considera la
cantidad de sitios involucrados en el proceso Esto se puede interpretar en
teacuterminos cineacuteticos en que la energiacutea de activacioacuten asociada a la adsorcioacuten del
faacutermaco en la superficie es constante y uacutenica en todos los sitios del adsorbente
No obstante cuando la superficie es heterogeacutenea en los sitios de adsorcioacuten se
observa que los modelos propuestos pueden perder validez En estos casos se
prefiere emplear el modelo de Elovich de aplicacioacuten general en procesos de
quimisorcioacuten el cual supone que los sitios activos del adsorbente son
heterogeacuteneos y por ello exhiben diferentes energiacuteas de activacioacuten basaacutendose en
un mecanismo de reaccioacuten de segundo orden para un proceso de reaccioacuten
heterogeacutenea Este modelo ha mostrado resultados satisfactorios en la
identificacioacuten del mecanismo controlante en procesos de adsorcioacuten de un soluto
en fase liacutequida a partir de un soacutelido adsorbente [106 108] y queda descrito
matemaacuteticamente como
(5)
y la forma integrada de esta ecuacioacuten queda definida como
(5)
donde α (mgfarmgadsmiddoth) es la constante de velocidad inicial de adsorcioacuten y β estaacute
relacionado con la superficie cubierta y la energiacutea de activacioacuten por
quimiadsorcioacuten (mgfarmgads) denominada constante de velocidad de desorcioacuten
Finalmente debe considerarse tambieacuten alguna hipoacutetesis sobre el mecanismo de
difusioacuten de los faacutermacos al interior de la estructura de los nanotransportadores Un
modelo aceptado en la literatura es el de difusioacuten intraparticular en el interior de
44
los poros de la partiacutecula de adsorbente el que se basa en el transporte de soluto a
traveacutes de la estructura interna de los poros de adsorbente y la difusioacuten
propiamente dicha en el soacutelido lo que conlleva a asumir que el adsorbente posee
una estructura porosa homogeacutenea Weber y Morris (1963) concluyeron que en un
proceso controlado por la adsorcioacuten en los poros la velocidad inicial es
directamente proporcional a la concentracioacuten del soluto La difusioacuten intraparticular
se caracteriza por la dependencia entre la adsorcioacuten especiacutefica y la raiacutez cuadrada
del tiempo siendo la pendiente la velocidad de difusioacuten intraparticular
Con base en lo anterior la ecuacioacuten que define la difusioacuten intraparticular viene
dada por
(5)
Donde ki (mgfarmgadsmiddoth 12) es la constante de velocidad de difusioacuten intraparticular y
Ci entrega informacioacuten sobre el grosor de la capa de adsorbato [105] Esta
ecuacioacuten ha sido utilizada por diferentes investigadores para determinar si la
difusioacuten intraparticular es la etapa controlante de la dinaacutemica de adsorcioacuten de
especies ioacutenicas [109 110]
522 Adsorcioacuten de PRX
Las cineacuteticas de adsorcioacuten de ambos nanotransportadores para PRX se muestran
en la Figura 22 Para ellos se realizaron ajustes no lineales de la data
experimental y los valores obtenidos los cuales se reportan en la Tabla 5 Los
faacutermacos son moleacuteculas capaces de establecer interacciones supramoleculares
con nanomateriales las que dependeraacuten de los grupos funcionales que posean
del solvente en el cual se encuentran disueltos y el pH del medio Las
interacciones supramoleculares maacutes frecuentes son las electrostaacuteticas enlaces de
hidroacutegeno van der Waals e hidrofoacutebicas [111 112]
45
En el caso de lo nanotransportadores empleados en este estudio se observa que
ambos materiales adsorben PRX y los datos experimentales se ajustan a una
cineacutetica de pseudo-primer orden Se ha elegido este modelo pues las funciones
estadiacutesticas de coeficiente de correlacioacuten (R2) y el test de chi-cuadrado (χ2) el cual
es una prueba de hipoacutetesis que compara la distribucioacuten observada de los datos
con una distribucioacuten esperada de los datos Ambos caacutelculos se realizaron
mediante empleando el software Origin Pro 80 mediante la funcioacuten de anaacutelisis no
lineal donde se ajustaron los tres modelos estudiados
Figura 22 Cineacutetica y ajustes de modelos cineacuteticos de adsorcioacuten para PRX en los
nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Figura 23 Esquema propuesto para la adsorcioacuten de PRX en los sistemas
sintetizados (A) Fe3O4-NT y (B) Fe3O4-NT-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Sistema aislado Sistema en disolucioacuten
Sistema aislado Sistema en disolucioacuten
46
Tabla 5 Modelos cineacuteticos para la adsorcioacuten de PRX en los adsorbentes NT-
Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
qe exp (mgPRXgads) 391 487
Pseudo primer-orden (Modelo de Lagergren)
qe (mgPRXgads) 413 488
k1 (h-1) 0038 0079
R2 09964 09911
χ2 0817 287
Pseudo segundo-orden (Modelo de Ho)
qe (mgPRXgads) 539 566
k2 (gAdsmgPRXmiddoth) 649x10-4 168x10-3
R2 09921 09935
χ2 179 210
Quimisoricioacuten (Modelo de Elovich)
α (mgPRXgadsmiddoth) 595 1629
β (mgPRXg) 0100 0097
R2 09501 09613
χ2 1030 1085
Cabe mencionar que de acuerdo a los reportes Rozou y col [96] el faacutermaco PRX
al pH de adsorcioacuten se encuentra en su forma zwitterioacutenica El Fe3O4 es un material
inorgaacutenico que muestra un pI de 68 [113] A las condiciones de adsorcioacuten
estudiadas el pH del agua fue de 60 luego la superficie del NT-Fe3O4 se
encuentra cargada de forma positiva esperaacutendose que la interaccioacuten del faacutermaco
con el adsorbente sea mediada por interacciones electroestaacuteticas tal como se
muestra en el esquema de la Figura 23
Con la incorporacioacuten del PAMAM a la fase inorgaacutenica se observa un incremento
de un 25 en la capacidad de adsorcioacuten de PRX Esto se puede interpretar en
47
teacuterminos moleculares haciendo la aproximacioacuten de los moles disponibles de
PAMAM en funcioacuten de la cantidad adsorbida en comparacioacuten a NT-Fe3O4 sin
modificar Desde la Tabla 2 se sabe que hay una cantidad de 243 micromol de
PAMAM por gramo de adsorbente debido a que el incremento en la adsorcioacuten
fueron 96 mg de PRX (o 290 micromol de PRX) se puede asumir una estequiometriacutea
PRXPAMAM = 119 De acuerdo a reportes previos publicados por nuestro grupo
de investigacioacuten se sabe que PRX a pH 70 se adsorbe efectivamente en la
estructura PAMAM alcanzando una estequiometriacutea PRXPAMAM = 23 [59] En
este caso pH 60 no hay cambios significativos en la estructura del faacutermaco ni
en la del dendriacutemero por lo que deberiacutea haberse esperado un incremento
significativo de la adsorcioacuten de PRX en relacioacuten al nanotransportador NT-Fe3O4
Sin embargo este efecto no fue observado en el nanotubo hiacutebrido funcionalizado
con PAMAM Con estos resultados se puede asumir que la afinidad del PRX
mucho mayor por la adsorcioacuten en el material inorgaacutenico que por la adsorcioacuten en
los bolsillos de la cavidades internas del PAMAM
En relacioacuten a los resultados cineacuteticos se observa un aumento en la pseudo-
constante cineacutetica de adsorcioacuten siendo k1(NT-Fe3O4) lt k1(NT-Fe3O4-PAMAM) Para poder
interpretar el fenoacutemeno en forma mecaniacutestica la data experimental se ha ajustado
al modelo de difusioacuten intrapartiacutecula de Weber-Morris el que se muestra en la
Figura 24 En esta figura se puede observar tres segmentos lineales lo cual indica
que el proceso de adsorcioacuten de PRX en los nanotubos procede en tres etapas
para ambos sistemas Una situacioacuten similar ha sido observada en el caso de la
cineacutetica de adsorcioacuten de cefalosporina en micropartiacuteculas polimeacutericas por Cigu y
colaboradores quienes han descritos las diferentes etapas de la siguiente
forma[105]
a) Adsorcioacuten del adsorbato en la superficie del adsorbente
b) Difusioacuten intrapartiacutecula desde la zona externa a la superficie del adsorbente
c) Equilibrio de adsorcioacuten donde quedan muy pocos sitios disponibles para la
adsorcioacuten
48
Figura 24 Graacutefico de adsorcioacuten de PRX en los nanotransportadores sintetizados
considerando un modelo de difusioacuten intrapartiacutecula en tres etapas Fuente
Elaboracioacuten propia
Ambos sistemas muestran el mismo perfil de difusioacuten intrapartiacutecula y los valores
de las constantes de velocidad para las etapas (a) y (b) presentan valores
relativamente bajos aunque difieren levemente tal como se resume en la Tabla 6
En el caso de NT-Fe3O4 se observa que la etapa limitante corresponde a la
adsorcioacuten de PRX en la superficie del nanomaterial a diferencia de NT-Fe3O4-
PAMAM donde se observa que la etapa limitante es la difusioacuten intrapartiacutecula Esta
diferencia se puede explicar debido a que PAMAM posee grupos ndashNH2
superficiales que al pH de adsorcioacuten estaacuten protonados (ver Figura 23) lo que
incrementa la carga eleacutectrica superficial del nanotransportador este hecho podriacutea
provocar un aumento en la velocidad inicial de adsorcioacuten de PRX si los efectos
electroestaacuteticos gobiernan la velocidad de reaccioacuten en esta etapa considerando
que el PRX presenta una estructura dipolar a pH 60 Sin embargo en la etapa
subsiguiente caracterizada por la adsorcioacuten gradual de PRX las moleacuteculas de
PAMAM unidas covalentes a la superficie de NT-Fe3O4 dificultan el proceso de
difusioacuten intrapartiacutecula provocando una caiacuteda en la constante k(b)
49
Tabla 6 Modelo de difusioacuten intra-partiacutecula para la adsorcioacuten de PRX en los
adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM considerando dos etapas
determinantes en la adsorcioacuten del faacutermaco y una tercera de equilibrio Fuente
Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
Modelo de difusioacuten intrapartiacutecula (Modelo de Weber-Morris)
k(a) (mgPRXgadsh12) 311 766
R(a)2 09879 09903
k(b) (mgPRXgadsh12) 683 409
R(b)2 09872 09944
523 Adsorcioacuten de SIL
En la Figura 25 se muestran las graacuteficas cineacuteticas para la adsorcioacuten de SIL en los
dos nanotransportadores sintetizados Las consideraciones de ajuste de los
modelos cineacuteticos se hicieron de la misma forma que para los estudios realizados
con PRX y los valores obtenidos se resumen en la Tabla 7
Figura 25 Cineacutetica y ajustes de modelos cineacuteticos de adsorcioacuten para SIL en los
nanotransportadores NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
50
El comportamiento de los sistemas frente a la adsorcioacuten de SIL muestra la misma
tendencia que la observada en el caso de PRX Ambos nanomateriales adsorben
SIL y la capacidad maacutexima se ve incrementada por la presencia de PAMAM Sin
embargo en este caso ambos sistemas nanotransportadores presentan una gran
afinidad por el faacutermaco obtenieacutendose cargas maacuteximas superiores a 650 mg de
SIL por gramo de nanomaterial valores muy superiores a los obtenidos en el caso
de PRX
El faacutermaco SIL se encuentra como moleacutecula neutra al pH de adsorcioacuten (pKa1 70
pKa2 877 pKa3 957 pKa4 1166) Para la adsorcioacuten en NT-Fe3O4 se espera
que las fuerzas que estaacuten predominando en la adsorcioacuten del faacutermaco sean del tipo
Van der Waals y enlace de hidroacutegeno entre los grupos funcionales de SIL y los
grupos hidroxilos de la NT-Fe3O4 Por otro lado las contribuciones hidrofoacutebicas
tambieacuten deberiacutean jugar un rol importante en la adsorcioacuten del faacutermaco en estos
nanomateriales especialmente en el sistema hiacutebrido NT-Fe3O4-PAMAM En el
caso del PAMAM estudios recientes realizados en nuestro grupo de investigacioacuten
han mostrado la gran afinidad que presenta el dendriacutemero por SIL y
experimentos NOESY han demostrado la adsorcioacuten de las moleacuteculas de SIL en las
cavidades internas del PAMAM
Asiacute para el material NT-Fe3O4-PAMAM se observa un incremento significativo de
la adsorcioacuten en relacioacuten al material inorgaacutenico En este caso el faacutermaco SIL
interacciona no solo con NT-Fe3O4 sino que tambieacuten con el dendriacutemero presente
Si se hace el caacutelculo entre la cantidad adsorbida de SIL en presencia de PAMAM
(1504 mg o 3117 micromol por gramo de adsorbente respectivamente) se obtiene
una relacioacuten molar de SILPAMAM = 128 Considerando esta evidencia puede
suponerse que el faacutermaco en el adsorbente NT-Fe3O4-PAMAM no soacutelo se adsorbe
en la superficie del oacutexido inorgaacutenico sino que tambieacuten se estaacute adsorbiendo en las
cavidades del PAMAM con estequiometriacuteas similares a las observadas para otros
faacutermacos insolubles previamente estudiados por nuestro grupo [51 59]
51
Tabla 7 Modelos cineacuteticos para la adsorcioacuten de SIL en los adsorbentes NT-Fe3O4
y NT-Fe3O4-PAMAM Fuente Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
qe exp (mgSILgads) 6750 8254
Pseudo primer-orden (Modelo de Lagergren)
qe (mgSILgads) 6853 8837
k1 (h-1) 0052 0062
R2 09975 09956
χ2 1656 4415
Pseudo segundo-orden (Modelo de Ho)
qe (mgSILgads) 8706 10233
k2 (gAdsmgSILmiddoth) 673x10-5 535x10-5
R2 09936 09954
χ2 4209 4576
Quimisorcioacuten (Modelo de Elovich)
α (mgSILgadsmiddoth) 1319 1956
β (mgSILg) 569x10-3 548x10-3
R2 09695 09510
χ2 18184 45945
En relacioacuten a los modelos de adsorcioacuten se observa que ambos sistemas se
ajustan mejor a cineacuteticas de pseudo-primer orden con respecto a la adsorcioacuten de
SIL con coeficientes de correlacioacuten y test de chi-cuadrado confiables para el
modelo Las constantes pseudo primer-orden son similares para ambos sistemas
k1(NT-Fe3O4) ~ k1(NT-Fe3O4-PAMAM) y del mismo orden de magnitud que las
determinadas en el caso de la adsorcioacuten de PRX En la Figura 25 se observa que
el maacuteximo de adsorcioacuten de SIL se alcanza a tiempos superiores a 50 horas para
ambos adsorbentes
52
Para entender de manera maacutes acabada la forma en que operan los fenoacutemenos
cineacuteticos de adsorcioacuten se ha realizado el ajuste de Weber-Morris para el modelo
de difusioacuten de intrapartiacutecula el que se muestra en la Figura 26 el cual nuevamente
revela un proceso de adsorcioacuten en tres etapas y los valores de las constantes de
velocidad para las etapas (a) y (b) presentan valores relativamente altos como se
resume en la Tabla 8
Figura 26 Graacutefico de adsorcioacuten de SIL en los nanotransportadores sintetizados
considerando un modelo de difusioacuten intrapartiacutecula en tres etapas Fuente
Elaboracioacuten propia
Considerando que a pH 60 el NT- Fe3O4 se encuentra en su forma protonada SIL
para adsorberse en la superficie del material deberaacute desplazar ese equilibrio para
ocupar un sitio de la superficie tal como se muestra en el siguiente esquema
Fe-OH + H2O [Fe-O-H-OH2]+
[Fe-O-H-OH2]+ + SIL [Fe-O-H-O-SIL] + H2O
Este equilibrio es el que determina la cineacutetica del proceso de adsorcioacuten en el caso
del adsorbente NT-Fe3O4 En el caso del nanotransportador hiacutebrido tambieacuten se
53
observa que la etapa de adsorcioacuten es la limitante de la velocidad del proceso
Comparando ambos sistemas se detecta que k(a)(NT-Fe3O4) ~ k(a)(NT-Fe3O4-PAMAM)
Esta diferencia se puede atribuir a la presencia del dendriacutemero PAMAM en el caso
del nanotransportador hiacutebrido En teacuterminos de naturaleza superficial se espera
que la asociacioacuten SIL-PAMAM incremente la velocidad del proceso con respecto al
nanotransportador inorgaacutenico
Tabla 8 Modelo de difusioacuten intra-partiacutecula para la adsorcioacuten de SIL en los
adsorbentes NT-Fe3O4 y NT-Fe3O4-PAMAM considerando dos etapas
determinantes en la adsorcioacuten del faacutermaco y una tercera de equilibrio Fuente
Elaboracioacuten propia
Adsorbente NT-Fe3O4 NT-Fe3O4-PAMAM
Modelo de difusioacuten intrapartiacutecula (Modelo de Weber-Morris)
k(a) (mgSILgadsh12) 577 885
R(a)2 09881 09935
k(b) (mgSILgadsh12) 1059 1135
R(b)2 09803 09828
54
6 CONCLUSIONES Y PERSPECTIVAS
Se logroacute sintetizar los nanotubos de magnetita NT-Fe3O4 obtenidos por la
reduccioacuten de los nanotubos de hematita α-Fe2O3 sintetizados a partir de
tratamiento hidrotermal Se verificoacute la estructura de la magnetita su forma tubular
y propiedades magneacuteticas a traveacutes de las teacutecnicas de caracterizacioacuten difraccioacuten de
rayos X microscopiacutea electroacutenica de transmisioacuten y medidas de susceptibilidad
magneacutetica respectivamente
El nanotubo inorgaacutenico obtenido sirvioacute de soporte para la conjugacioacuten de
dendriacutemero de poli-(amidoamina) de tercera generacioacuten el cual se logroacute inmovilizar
en la superficie de NT-Fe3O4 con un contenido del 16 en masa respecto del
material hiacutebrido El proceso de inmovilizacioacuten no perturboacute las propiedades del
soporte inorgaacutenico en relacioacuten a las propiedades magneacuteticas cristalinas o de
tamantildeo y forma
Los materiales obtenidos fueron capaces de actuar como adsorbentes de los
faacutermacos piroxicam y silibinina siendo eacuteste uacuteltimo quien mostroacute incrementar la
capacidad de adsorcioacuten en presencia de PAMAM Para ambos sistemas y
faacutermacos se determinaron las curvas cineacuteticas de adsorcioacuten donde se logroacute
determinar que independiente del faacutermaco ambos nanotransportadores muestran
ajustarse a cineacuteticas de pseudo-primer orden Finalmente la presencia de PAMAM
no soacutelo potencia la capacidad de adsorcioacuten en los faacutermacos testeados sino que
tambieacuten acelera la etapa de adsorcioacuten superficial con respecto a la determinada
para el adsorbente NT-Fe3O4 por medio del modelo de difusioacuten de Weber-Morris
Para el faacutermaco piroxicam se observoacute que la adsorcioacuten fue mediada
principalmente por interacciones del tipo electroestaacuteticas entre la forma
zwitterioacutenica de piroxicam y la superficie de los nanotransportadores La etapa
limitante de la cineacutetica adsorcioacuten para el caso de NT-Fe3O4 fue la adsorcioacuten
55
superficial y en el caso de NT-Fe3O4-PAMAM fue la etapa de difusioacuten
intrapartiacutecula
Finalmente para el faacutermaco silibinina se observoacute que la adsorcioacuten fue mediada
por las fuerzas de tipo Van der Waals y enlace de hidroacutegeno entre los grupos
funcionales de SIL y los grupos hidroxilos de NT-Fe3O4 Por otro lado las
contribuciones hidrofoacutebicas tambieacuten juegan un rol importante en la adsorcioacuten del
faacutermaco en estos nanomateriales especialmente en el sistema hiacutebrido NT-Fe3O4-
PAMAM Por uacuteltimo se determinoacute que la capacidad de adsorcioacuten se vio
directamente mejorada por la asociacioacuten PAMAM-SIL la que alcanzoacute una relacioacuten
molar SILPAMAM = 12 En ambos casos se observoacute que la etapa limitante de la
cineacutetica de adsorcioacuten fue la adsorcioacuten superficial de SIL en los adsorbentes
56
REFERENCIAS
[1] AZ Wilczewska K Niemirowicz KH Markiewicz H Car Pharmacological
Reports 64 (2012) 1020-1037
[2] S Parveen R Misra SK Sahoo Nanomedicine Nanotechnology Biology
and Medicine 8 (2012) 147-166
[3] V Grazu M Moros C Saacutenchez-Espinel MdlF Jesus V Grazu Frontiers
of Nanoscience Elsevier 2012 pp 337-440
[4] F Danhier O Feron V Preacuteat Journal of Controlled Release 148 (2010)
135-146
[5] A Wicki D Witzigmann V Balasubramanian J Huwyler Journal of
Controlled Release 200 (2015) 138-157
[6] JH Lee Y Yeo Chemical Engineering Science 125 (2015) 75-84
[7] S Manchun CR Dass P Sriamornsak Life Sciences 90 (2012
) 381-387
[8] JHE Arts M Hadi AM Keene R Kreiling D Lyon M Maier K Michel
T Petry UG Sauer D Warheit K Wiench R Landsiedel Regulatory Toxicology
and Pharmacology 70 (2014) 492-506
[9] KA Pramod CP Sunny Nanobiomaterials Handbook CRC Press 2011
pp 1-24
[10] A Khorsand S Jamehbozorgi R Ghiasi M Rezvani Physica E Low-
dimensional Systems and Nanostructures 72 (2015) 120-127
[11] V Loacutepez-Daacutevila AM Seifalian M Loizidou Current Opinion in
Pharmacology 12 (2012 ) 414-419
[12] P-C Lee C-L Peng M-J Shieh Journal of Controlled Release 225
(2016) 140-151
[13] CC Torres CH Campos C Diaacutez VA Jimeacutenez F Vidal L Guzmaacuten JB
Alderete Materials Science and Engineering C 65 (2016) 164-171
[14] CH Campos CF Diacuteaz JL Guzmaacuten JB Alderete CC Torres VA
Jimeacutenez Macromolecular Chemistry and Physics 217 (2016) 1712-1722
[15] D Chang Y Gao L Wang G Liu Y Chen T Wang W Tao L Mei L
57
Huang X Zeng Journal of Colloid and Interface Science 463 (2016) 279-287
[16] J Zaloga M Poumlttler G Leitinger RP Friedrich G Almer S Lyer E
Baum R Tietze R Heimke-Brinck H Mangge F Dorje G Lee C Alexiou
European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics 101 (2016) 152-162
[17] RS Dhanikula P Hildgen Bioconjugate Chemistry 17 (2006) 29-41
[18] A Kesavan P Ilaiyaraja W Sofi Beaula V Veena Kumari J Sugin Lal C
Arunkumar G Anjana S Srinivas A Ramesh SK Rayala D Ponraju G
Venkatraman European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics 96
(2015) 255-263
[19] S Biswas P Kumari PM Lakhani B Ghosh European Journal of
Pharmaceutical Sciences 83 (2016) 184-202
[20] ML Tebaldi RM Belardi SR Montoro Design and Applications of
Nanostructured Polymer Blends and Nanocomposite Systems William Andrew
Publishing Boston 2016 pp 171-186
[21] D Bansal A Gulbake J Tiwari SK Jain International Journal of
Biological Macromolecules 82 (2016) 687-695
[22] AS Timin EV Balantseva SY Khashirova EV Rumyantsev TY
Osadchaya Colloids and Surfaces A Physicochemical and Engineering Aspects
477 (2015) 26-34
[23] J Gautier E Allard-Vannier E Munnier M Souceacute I Chourpa Journal of
Controlled Release 169 (2013) 48-61
[24] SL Leung Z Zha C Cohn Z Dai X Wu Colloids and Surfaces B
Biointerfaces 121 (2014) 141-149
[25] Y Liu Y Ng MR Toh GNC Chiu Journal of Controlled Release 220
Part A (2015) 438-446
[26] G Xu L Li Z Shen Z Tao Y Zhang H Tian X Wei G Shen G Han
Journal of Alloys and Compounds 629 (2015) 36-42
[27] MF Horst V Lassalle ML Ferreira Frontiers of Environmental Science amp
Engineering 9 (2015) 746-769
[28] TJ Bastow A Trinchi MR Hill R Harris TH Muster Journal of
Magnetism and Magnetic Materials 321 (2009) 2677-2681
58
[29] S Bagheri D Ramimoghadam A TermehYousefi SB Abd Hamid
International Journal of Hydrogen Energy 40 (2015) 16178-16183
[30] G Kandasamy D Maity International Journal of Pharmaceutics 496 (2015)
191-218
[31] DS Keerthana K Namratha K Byrappa HS Yathirajan Journal of
Magnetism and Magnetic Materials 378 (2015) 551-557
[32] M Darroudi M Hakimi E Goodarzi R Kazemi Oskuee Ceramics
International 40 (2014) 14641-14645
[33] G Sharma P Jeevanandam RSC Advances 3 (2013) 189-200
[34] C-J Jia L-D Sun F Luo X-D Han LJ Heyderman Z-G Yan C-H
Yan K Zheng Z Zhang M Takano N Hayashi M Eltschka M Klaumlui U
Ruumldiger T Kasama L Cervera-Gontard RE Dunin-Borkowski G Tzvetkov J
Raabe Journal of the American Chemical Society 130 (2008) 16968-16977
[35] N Mizutani T Iwasaki S Watano T Yanagida T Kawai Current Applied
Physics 10 (2010) 801-806
[36] C-J Jia L-D Sun Z-G Yan L-P You F Luo X-D Han Y-C Pang Z
Zhang C-H Yan Angewandte Chemie 117 (2005) 4402-4407
[37] Z-G Yue W Wei Z-X You Q-Z Yang H Yue Z-G Su G-H Ma
Advanced Functional Materials 21 (2011) 3446-3453
[38] SJ Son X Bai SB Lee Drug Discovery Today 12 (2007) 650-656
[39] SJ Son J Reichel B He M Schuchman SB Lee Journal of the
American Chemical Society 127 (2005) 7316-7317
[40] GT Hermanson Bioconjugate Techniques (Third edition) Academic Press
Boston 2013 pp 535-548
[41] S Mallakpour M Madani Progress in Organic Coatings 86 (2015) 194-207
[42] P Yu J He L Yang M Pu X Guo Journal of Catalysis 260 (2008) 81-85
[43] X Zheng T Wang H Jiang Y Li T Jiang J Zhang S Wang Asian
Journal of Pharmaceutical Sciences 8 (2013) 278-286
[44] L Tan J Liu W Zhou J Wei Z Peng Materials Science and Engineering
C 45 (2014) 524-529
[45] ER Gillies JMJ Freacutechet Journal of the American Chemical Society 124
59
(2002) 14137-14146
[46] S Khoee K Hemati Polymer 54 (2013) 5574-5585
[47] U Gupta O Perumal SGKTL Deng Natural and Synthetic Biomedical
Polymers Elsevier Oxford 2014 pp 243-257
[48] U Boas PMH Heegaard Chemical Society Reviews 33 (2004) 43-63
[49] U Gupta HB Agashe A Asthana NK Jain Biomacromolecules 7 (2006)
649-658
[50] A Shakhbazau I Isayenka N Kartel N Goncharova I Seviaryn S
Kosmacheva M Potapnev D Shcharbin M Bryszewska International Journal of
Pharmaceutics 383 (2010) 228-235
[51] PA Barra L Barraza VA Jimeacutenez JA Gaviacuten JB Alderete
Macromolecular Chemistry and Physics 215 (2014) 372-383
[52] PM Patel R Patel D Wadia RM Patel Asian Journal of Pharmaceutical
Sciences 10 (2015) 306-313
[53] L Mei Z Zhang L Zhao L Huang X-L Yang J Tang S-S Feng
Advanced Drug Delivery Reviews 65 (2013) 880-890
[54] Sn Svenson DA Tomalia Advanced Drug Delivery Reviews 57 (2005)
2106-2129
[55] L Porcar Y Liu R Verduzco K Hong PD Butler LJ Magid GS Smith
W-R Chen The Journal of Physical Chemistry B 112 (2008) 14772-14778
[56] E Markatou V Gionis GD Chryssikos S Hatziantoniou A
Georgopoulos C Demetzos International Journal of Pharmaceutics 339 (2007)
231-236
[57] K Borowska S Wołowieca A Rubaj K Głowniakc E Sieniawska S
Radej International Journal of Pharmaceutics 426 (2012) 280-283
[58] S Kavyani S Amjad-Iranagh H Modarress The Journal of Physical
Chemistry B 118 (2014) 3257-3266
[59] PA Barra L Barraza VA Jimeacutenez JA Gaviacuten JB Alderete Structural
Chemistry 25 (2014) 1443-1455
[60] C Kojima K Kono K Maruyama T Takagishi Bioconjugate Chemistry 11
(2000) 910-917
60
[61] AK Patri JF Kukowska-Latallo JR Baker Jr Advanced Drug Delivery
Reviews 57 (2005) 2203-2214
[62] D Luong P Kesharwani R Deshmukh MCI Mohd Amin U Gupta K
Greish AK Iyer Acta Biomaterialia 43 (2016) 14-29
[63] X Xu J Li S Han C Tao L Fang Y Sun J Zhu Z Liang F Li
European Journal of Pharmaceutical Sciences 88 (2016) 178-190
[64] P-C Lin S Lin PC Wang R Sridhar Biotechnology Advances 32 (2014)
711-726
[65] C Baudot CM Tan JC Kong Infrared Physics amp Technology 53 (2010)
434-438
[66] JB Hall MA Dobrovolskaia AK Patri SE McNeil Nanomedicine 2
(2007) 709-803
[67] DB Williams CB Carter Transmission Electron Microscopy A Textbook
for Materials Science Springer US Boston MA 2009 pp 3-22
[68] H Wang PK Chu S Bose Characterization of Biomaterials Academic
Press Oxford 2013 pp 105-174
[69] M Rudolph J Erler UA Peuker Colloids and Surfaces A
Physicochemical and Engineering Aspects 397 (2012) 16-23
[70] T Zhao W Luo Y Deng Y Luo P Xu Y Liu L Wang Y Ren W Jiang
Nano Energy 26 (2016) 16-25
[71] F Rouquerol J Rouqueron K Sing Adsorption by Powders and Porous
Solids Academic Press 1999
[72] M Naderi Progress in Filtration and Separation Academic Press Oxford
2015 pp 585-608
[73] J Rouquerol F Rouquerol P Llewellyn G Maurin KSW Sing
Adsorption by powders and porous solids principles methodology and
applications Academic press 2014
[74] CP Poole FJ Owens Introduccioacuten a la nanotecnologiacutea Editorial Reverte
2007
[75] JL Kirschvink DS Jones BJ MacFadden Magnetite Biomineralization
and Magnetoreception in Organisms A New Biomagnetism Springer US 2013
61
[76] TM El-Alaily MK El-Nimr SA Saafan MM Kamel TM Meaz ST
Assar Journal of Magnetism and Magnetic Materials 386 (2015) 25-30
[77] DJ Dunlop Ouml Oumlzdemir Treatise on Geophysics (Second Edition)
Elsevier Oxford 2015 pp 255-308
[78] A Savić D Čokeša S Lazarević B Jokić D Janaćković R Petrović LS
Živković Powder Technology 301 (2016) 511-519
[79] S Rajput CU Pittman Jr D Mohan Journal of Colloid and Interface
Science 468 (2016) 334-346
[80] M Kumari CU Pittman Jr D Mohan Journal of Colloid and Interface
Science 442 (2015) 120-132
[81] Y Mansourpanah Z Jafari Reactive and Functional Polymers 93 (2015)
178-189
[82] S Sundar R Mariappan S Piraman Powder Technology 266 (2014) 321-
328
[83] P Roonasi A Holmgren Applied Surface Science 255 (2009) 5891-5895
[84] J Safari Z Zarnegar Journal of Molecular Structure 1072 (2014) 53-60
[85] KL Pickering S Raa Khimi S Ilanko Composites Part A Applied Science
and Manufacturing 68 (2015) 377-386
[86] AK Ladavos AP Katsoulidis A Iosifidis KS Triantafyllidis TJ
Pinnavaia PJ Pomonis Microporous and Mesoporous Materials 151 (2012) 126-
133
[87] VMdS Rocha MdG Pereira LR Teles MOdG Souza Materials
Science and Engineering B 185 (2014) 13-20
[88] JZ Marinho RHO Montes AP de Moura E Longo JA Varela RAA
Munoz RC Lima Materials Research Bulletin 49 (2014) 572-576
[89] PM Huang Y Li ME Sumner Handbook of Soil Sciences Properties and
Processes Second Edition Taylor amp Francis 2011
[90] C Klein CS Hurlbut Manual de mineralogiacutea Reverte 1996
[91] Y-F Lin J-L Chen C-Y Xu T-W Chung Chemical Engineering Journal
250 (2014) 409-415
[92] AK Gupta M Gupta Biomaterials 26 (2005) 3995-4021
62
[93] C Sun JSH Lee M Zhang Advanced Drug Delivery Reviews 60 (2008)
1252-1265
[94] N Rai M Sarkar S Raha Pharmacological Reports 67 (2015) 1215-1223
[95] Z Lavrič J Pirnat J Lužnik U Puc Z Trontelj S Srčič Journal of
Pharmaceutical Sciences 104 (2015) 1909-1918
[96] S Rozou A Voulgari E Antoniadou-Vyza European Journal of
Pharmaceutical Sciences 21 (2004) 661-669
[97] H-S Gwak J-S Choi H-K Choi International Journal of Pharmaceutics
297 (2005) 156-161
[98] RP Aquino G Auriemma M dacuteAmore AM DacuteUrsi T Mencherini P Del
Gaudio Carbohydrate Polymers 89 (2012) 740-748
[99] IE Shohin JI Kulinich GV Ramenskaya B Abrahamsson S Kopp P
Langguth JE Polli VP Shah DW Groot DM Barends JB Dressman
Journal of Pharmaceutical Sciences 103 (2014) 367-377
[100] R Silva H Ferreira AC Carvalho AC Gomes A Cavaco-Paulo Colloids
and Surfaces B Biointerfaces 92 (2012) 277-285
[101] M Meloun D Burkoˇnovaacute T Syrovyacute A Vraacutena Analytica Chimica Acta 486
(2003) 125-141
[102] D Zheng Y Wang D Zhang Z Liu C Duan L Jia F Wang Y Liu G
Liu L Hao Q Zhang Cancer Letters 307 (2011) 158-164
[103] Q Wang R Liu X Shen L Zou D Wu Journal of Nanoscience and
Nanotechnology 14 (2014) 2871-2877
[104] N Caliskan AR Kul S Alkan EG Sogut I Alacabey Journal of
Hazardous Materials 193 (2011) 27-36
[105] TA Cigu S Vasiliu S Racovita C Lionte V Sunel M Popa C Cheptea
European Polymer Journal 82 (2016) 132-152
[106] M Oumlzacar İA Şengil Process Biochemistry 40 (2005) 565-572
[107] YS Ho G McKay Process Biochemistry 34 (1999) 451-465
[108] AB Peacuterez-Mariacuten VM Zapata JF Ortuntildeo M Aguilar J Saacuteez M Lloreacutens
Journal of Hazardous Materials 139 (2007) 122-131
[109] BF Urbano I Villenas BL Rivas CH Campos Chemical Engineering
63
Journal 268 (2015) 362-370
[110] J Peacuterez L Toledo CH Campos BL Rivas J Yantildeez BF Urbano
Chemical Engineering Journal 287 (2016) 744-754
[111] JW Steed DR Turner K Wallace Core Concepts in Supramolecular
Chemistry and Nanochemistry Wiley 2007
[112] A Buczkowski D Waliszewski P Urbaniak B Palecz International
Journal of Pharmaceutics 505 (2016) 1-13
[113] M Kosmulski Advances in Colloid and Interface Science
