Síntesis de copolímeros alginato g NIPAAm 1 Materiales

Para la síntesis de los copolímeros se utilizó N-isopropilacrilamida (NIPAAm) provista por Aldrich y alginato de sodio obtenido de Fluka. Se utilizó el alginato de sodio sin previa purificación, mientras que la NIPAAm se purificó mediante recristalización en hexano, según lo descripto en la sección 3.2.1. El alginato empleado en esta síntesis es el mismo empleado en el capítulo anterior, identificado como S000, el cual posee una relación monomérica M/G = 0,79 (44% manuronato, 56% guluronato).

4.2.2 Preparación de las muestras para irradiar

La preparación de las muestras implicó la obtención de una solución de NIPAAm al 5 %m/v. La misma fue posteriormente fraccionada y adicionada a 1 gramo de alginato; tal que para todas las muestras el volumen final de solución fue de 50 ml. El volumen de solución de NIPAAm utilizado se eligió de manera tal de lograr concentraciones alginato/NIPPPAm: 20/80, 33/67, y 50/50, expresadas en moles de unidades repetitivas para

55 ambos materiales. El volumen final constante permitió obtener soluciones de alginato al 0,5 %m/v de baja viscosidad.

Con el objeto de evitar la presencia de oxígeno y por consiguiente la degradación oxidativa de los polímeros durante la irradiación, se prepararon portamuestras de vidrio Pyrex, apropiados para luego sellarlos en la línea de vacío disponible en PLAPIQUI (Figura 4.1). En este proceso es fundamental controlar que el material de vidrio no presente poros o fisuras. Para esto, antes de utilizarlos se los somete a vacío mediante una conexión a la línea de alto vacío, y pasado un tiempo de purga, se le aplica corriente de un generador de alto voltaje (Tesla), pudiendo detectar irregularidades en el vidrio. Los equipos de vidrio Pyrex utilizados fueron construidos en etapas. La primera etapa consistió en armar un equipo de fraccionamiento de la solución de NIPAAm para obtener ampollas de vidrio selladas en vacío. La figura 4.1 presenta la línea de alto vacío utilizada, la cual cuenta con varias secciones separadas por robinetes de teflón de tipo JJYoung®, que permiten la apertura y el cierre de los diferentes tramos de la línea. Las diferentes secciones de la línea cuenta con terminales de bocas cónicas esmeriladas a las que se le puede conectar balones o equipos especialmente preparados para realizar vacío. Una vez conectado el equipo de fraccionamiento a la línea de vacío el mismo cargado con la solución de NIPAAm y evacuado empleando una bomba de vacío. A continuación se procede al corte del equipo mediante el sellado del vidrio por la acción del calor utilizando un soplete. En la Figura 4.2. se muestra el sistema de fraccionamiento para obtener las ampollas de solución de NIPAAm. Con la solución contenida en el balón se llenaron las respectivas ampollas previamente calibradas. Las ampollas se separaron del equipo mediante el sellado por calor de las constricciones de vidrio que las unían al sistema de fraccionamiento. En una etapa posterior, las ampollas se soldaron, mediante una conexión de vidrio provista de un sello de vidrio y un imán en su interior que permitiría luego la ruptura del sello, a balones de 100 mL de capacidad. En los balones se introdujo el alginato de sodio y el agua destilada necesaria para alcanzar el volumen final de reacción, teniendo en cuenta el volumen a agregar de la correspondiente ampolla con la solución de NIPAAm (Figura 4.3). De esta forma, se tuvo un sistema conectado a la línea de vacío, que consistió en una ampolla cerrada con la solución de NIPAAm obtenida anteriormente la cual fue soldada con calor a un tubo de vidrio del cual pendía el balón con la solución de alginato. Este último balón se congeló por inmersión en nitrógeno líquido, evitando que el agua de la solución sea extraída al conectar la línea de vacío. A continuación se hizo vacío y finalmente se separaron del sistema mediante sellado con calor. Una vez separado, se rompió la constricción que conectaba la ampolla de

56 NIPAAm con el balón de alginato permitiendo el mezclado de las dos soluciones dentro del balón en ausencia de oxígeno. Luego se cortó, nuevamente con calor, la conexión con la ampolla vacía y de esta manera la muestra quedó confinada en un balón pequeño que facilitó su manipulación, transporte y posterior irradiación.

Figura 4.1. Línea de vacío a la cual se encuentra conectado el equipo de fraccionamiento de la solución de NIPAAm.

Figura 4.2. Equipo de fraccionamiento de la solución de NIPAAm, sellado en vacío. Solución de NIPAAm a fraccionar Ampollas Constricción para corte con llama Sellado y corte de la conexión al vacio Robinetes de teflón Bocas de conexión esmeriladas Equipo de fraccionamiento

57

Figura 4.3. Balón con solución de alginato conectado a una ampolla de solución de NIPAAm.

4.2.3 Irradiación de las muestras en el Centro Atómico Ezeiza

La irradiación de las soluciones acuosas de alginato y NIPAAM contenidas en los balones de vidrio Pyrex cerrados al vacío, se llevó a cabo en el Centro Atómico Ezeiza (CAE) utilizando dosis y velocidad de dosis controladas. La velocidad de dosis seleccionada fue de 1 kGy/h, mientras que las dosis aplicadas variaron entre 0,3 y 10 kGy. La calibración de dosis se realizó empleando dosímetros Perspex en el CAE .

A pesar de la gran difusión del uso de radiación gamma en la producción de dispositivos médicos o productos biopoliméricos funcionales, se requiere un adecuado control del proceso, teniendo en cuenta especialmente el efecto de la velocidad de dosis y la dosis aplicada.

Diferentes autores han propuesto que la velocidad de dosis controla la velocidad de reacción y con ello la homogeneidad del proceso, mientras que la dosis total absorbida determina el número de entrecruzamientos en el producto polimérico obtenido (Panda y col., 2000; Liu y col., 2007; Jha y col., 2010). Por ejemplo, Jha y col. (2010), reportaron la copolimerización de estireno y anhídrido maleico para obtener el copolímero RISUG® empleando diferentes dosis (1,8; 2; 2,2 y 2,4 kGy) y diferentes velocidades de dosis de radiación (0,5 a 1,5 kGy/h). Para una misma dosis aplicada, al aumentar la velocidad de dosis se observó una reducción de la masa molar del polímero obtenido, lo que indicaría que la efectividad de los radicales libres disminuye o bien se produce la escisión radioinducida en la cadena polimérica formada. Por otra parte, fijando la velocidad de dosis, los resultados

Sello de vidrio e imán para ruptura

Solución de alginato

Ampolla con solución de NIPAAm

58 fueron concluyentes respecto del efecto de la dosis, ya que un pequeño incremento en las dosis aplicadas (incrementos en etapas de 0,2 kGy) resultó en aumentos en la masa molar de los polímeros obtenidos.

En función de los resultados reportados por otros autores para sistemas similares (Grasselli y col., 2009) en esta tesis se eligió 1 kGy/h como velocidad de dosis. Por otra parte, las dosis utilizadas en los copolímeros sintetizados por radiación, fueron menores que las reportadas por otros autores (Lee y col., 2004; Cai y col., 2005), ya que el objetivo fue la obtención de copolímeros de alginato y NIPAAm, minimizando el efecto de escisión radioinducida en las cadenas de biopolímero (Nagasawa y col., 2000; Lee y col., 2003).

Finalmente los materiales irradiados se trataron mediante extracción Soxhlet utilizando metanol como solvente por al menos 48 h para extraer los restos de NIPAAm sin reaccionar y el posible homopolímeros PNIPAAm formado.

4.2.4 Composición de las mezclas de reacción

La nomenclatura y composición de los copolímeros sintetizados por irradiación con rayos gamma de 60Co se presenta en la Tabla 4.1. En dicha tabla se resumen los datos de cada copolímero obtenido como dosis aplicada, concentración de cada uno de los reactivos en la mezcla de reacción y porcentaje molar de NIPAAm.

Tabla 4.1. Composición de las mezclas de reacción en la síntesis de copolímeros empleando 60Co.

Dosis Copolímero m (g) n (moles) % molar

NIPAAm

ALG NIPAAm ALG NIPAAm

0,3 kGy COPI-03-80N 1,0012 2,25 5,06 10-3 1,99 10-2 80 COPI-03-67N 1,0002 1,14 5,05 10-3 1,01 10-2 67 COPI-03-50N 1,0000 0,57 5,05 10-3 5,04 10-3 ₅₀ 0,5 kGy COPI-05-80N 1,0005 2,25 5,05 10-3 1,99 10-2 80 COPI-05-67N 1,0005 1,14 5,05 10-3 1,01 10-2 ₆₇ COPI-05-50N 1,0008 0,57 5,05 10-3 5,04 10-3 50 1 kGy COPI-1-80N 1,0003 2,25 5,05 10-3 1,99 10-2 80 COPI-1-67N 1,0003 1,14 5,05 10-3 1,01 10-2 67 COPI-1-50N 1,0005 0,57 5,05 10-3 5,04 10-3 ₅₀ 5 kGy COPI-5-80N 1,0012 2,25 5,06 10-3 1,99 10-2 80 COPI-5-67N 1,0002 1,14 5,05 10-3 1,01 10-2 ₆₇ COPI-5-50N 1,0000 0,57 5,05 10-3 5,04 10-3 50

59 La nomenclatura empleada para cada muestra consiste en cuatro letras que representan el copolímero obtenido por irradiación, COPI-, seguidas de un número que representa la dosis aplicada 0,3 kGy (COPI-03), 0,50 kGy (COPI-05), 1 kGy (COPI-1) y 5 kGy (COPI-5) y por último otro número que indica el contenido en porcentaje molar de NIPAAm en la mezcla de reacción inicial, -80N, -67N o -50N. El contenido de NIPAAm se expresa en moles de NIPAAm por cien moles de unidades repetitivas totales (NIPAAm y alginato).