6. DESARROLLO EXPERIMENTAL
6.6. Caracterización de las Nanopartículas y de las Películas
6.6.4. Microscopia Electrónica de Barrido Modo Transmisión (STEM)
El contraste electrónico se debe a la difusión o difracción de los electrones por los átomos que componen la muestra. Si la muestra es amorfa sólo existirá difusión, si es cristalina la absorción de electrones se deberá a los dos fenómenos[131].
La principal ventaja de estos detectores STEM es que permite caracterizar materiales a escala nanométrica. En esta técnica converge el haz de electrones hasta un tamaño de 0.1 nm permitiendo analizar la muestra punto por punto sobre el área seleccionada.
La convergencia genera una dispersión electrónica, estos electrones dispersados son colectados por el detector de campo oscuro. Así los elementos más pesados dispersan fuertemente (mayor contraste) comparado con los elementos ligeros (menor contraste).
Las muestras en solución (síntesis preliminar de nanopartículas) fueron preparadas en rejillas lacey-carbon, donde la rejilla fue colocada en una pinza sobre una parrilla a 70 °C, se adicionó con una micropipeta una gota de la solución, se esperó a que la gota se evaporara y se agregó una gota más, en total se colocaron tres gotas de solución sobre la rejilla.
Los nanocompuestos en forma de película fueron cortados para medición superficial y para medición transversal se pusieron en nitrógeno líquido. Posteriormente las muestras fueron recubiertas con oro-paladio. Finalmente se realizó el análisis mediante un microscopio electrónico de barrido de modo STEM marca JEOL modelo JSM-740IF a 27 kV a distintas magnificaciones que fueron desde 10000X hasta 50000X.
Cos θ = γSF-γSL
γLF 6.6.5. Angulo de Contacto.
La prueba de tensión superficial se realizó (ASTM D2578-67) para medir la energía superficial de los materiales, antes y después de haber sido tratados y de esta manera confirmar el cambio superficial originado por el tratamiento corona.
La ecuación de Young (ec. 6.2) proporciona información sobre la humectabilidad, es decir lo que cierto líquido puede extenderse sobre una superficie sólida. El ángulo formado por la tangente entre la interface liquida y la superficie del solido es llamado ángulo de contacto.
En el presente trabajo, el ángulo de contacto se midió por la técnica de la gota sésil. La técnica consistió en colocar una gota de 10 µL, con una microjeringa, en la superficie de las películas (tratadas y sin tratar). La muestra y la gota fueron iluminadas y proyectadas sobre el objetivo de un microscopio con goniómetro. La cámara del microscopio mostró la imagen magnificada en un monitor para poder realizar la medición. En el caso de las películas multicapa la medición se obtuvo con agua desionizada, para las películas monocapa oxo-degradables se utilizó agua desionizada y dimetilformamida (DMF) con la finalidad de realizar los cálculos de la ecuación de Young (ec. 6.2) y obtener la energía superficial total del sistema de fases.
(ec.6.2)
Donde
γ
SF,γ
SL yγ
LF son la tensión interfacial solido-gas, sólido-líquido y liquido-gas respectivamente y θ es el ángulo de Young.WA= 1+Cosθ
WA = 2 γSP γLP 12+2 γSD γLD 12
El ángulo de contacto (Figura 6.4.) depende de los cambios sobre la superficie del polímero. Para la obtención de los componentes polares y de dispersión de la energía superficial de las películas se resuelven las ecuaciones 6.3 y 6.4.
Figura 6.4. Diagrama de una gota sobre una superficie y como varía la tensión superficial y la energía libre.
(ec. 6.3)
(ec. 6.4)
Donde:
WA = Trabajo de Adhesión
θ = Angulo de contacto en el equilibrio
γ
SP yγ
LP = Componentes polares de la energía libre superficial en el sólido y líquido.γ
SD yγ
LD = Componentes de dispersión de la energía libre superficial para sólido y líquido.Los valores de
γ
SD yγ
LD se calcularon mediante la medición del ángulo de contacto de la película con agua y de la película con dimetilformamida (DMF), cuyos valores se encuentran ya reportados.En agua:
γ
1 = 72.2 mJ/m2,γ
LD = 22 mJ/m2 yγ
LP = 50.2 mJ/m2.En DFM:
γ
1 = 37.3 mJ/m2,γ
LD = 32.4 mJ/m2 yγ
LP = 4.90mJ/m2.
%E.I. = UFCblanco- UFCmuestra UFCblanco *100 6.6.6. Propiedades Antimicrobianas.
El análisis antimicrobiano se realizó en todas las películas, utilizando el método estándar de la norma industrial Japonesa JIS Z 2801:200(E). La finalidad de esta prueba fue determinar el efecto antimicrobiano de las películas.
En las películas multicapa el análisis se realizó con el hongo Aspergillus Niger (A. Niger) (ATCC-9645), y en las películas monocapa oxo-degradables con la bacteria Escherichia Coli (E. Coli) (ATCC-25922).
Las pruebas se efectuaron en condiciones esterilizadas y el efecto antimicrobiano se calculó mediante la fórmula del porcentaje de inhibición (ec. 6.5).
Hongo. El A. Niger se resembró en agar de papa, siendo incubado a una temperatura de 28
°C por cinco días y mediante raspado se obtuvo el microorganismo. Al termino del tiempo el hongo se llevó a centrifugación por 15 min, de tal manera se recuperó la biomasa la cual se lavó tres veces con solución fisiológica y centrifugándose nuevamente por 15 minutos.
Posteriormente el hongo se sembró en una disolución de 1/500 mL para realizar el conteo de la concentración del hongo. La concentración fue ajustada a 50000 UFC/mL.
(ec. 6.5)
Donde:
UFC: unidades formadoras de colonias
Las películas cortadas en círculos de 1 pulgada de diámetro fueron colocadas en recipientes con una disolución con el hongo y se colocaron en incubadora por 24 h en agitación
constante. Terminado el tiempo se tomó 1 mL de la disolución y se mezcló con 9 mL de solución fisiológica realizándose así varias disoluciones hasta 100, Figura 6.5., estas disoluciones fueron sembradas en un agar de papa y se pusieron en incubadora, al transcurrir 72 h se realizaron las mediciones y cálculos del crecimiento del hongo.
Figura 6.5. Diagrama de preparación de disoluciones con microorganismos.
Bacteria. Primeramente se realizó la propagación de la cepa de la bacteria E. Coli en un caldo de soya tripticasa por un periodo de 24 h con agitación constante. Posteriormente se recuperó la biomasa centrifugando y lavando con solución fisiológica. Después de recuperar la biomasa, con ésta se preparó una disolución de 1/500 mL y se sembró la disolución en un agar de soya para poder realizar el conteo de las bacterias viables en la solución y de tal manera ajustar la disolución a una concentración de 50000 UFC/mL.
Con la disolución ajustada se realizó el análisis antimicrobiano de las películas. Las muestras fueron cortadas en círculos de 1 pulgada de diámetro y fueron introducidas en viales a los que se les añadió 6 mL de la disolución anteriormente ajustada. Las películas control fueron sembradas el primer día, mientras que las muestras con nanopartículas se incubaron por 24 h a 37 °C.
Al término de las 24 h se sembró la bacteria en las disoluciones. Para la preparación de las disoluciones primero se tomó 1 mL de la solución de los viales y se diluyó en 9 mL de solución fisiológica. Se realizaron 6 disoluciones más y estas fueron sembradas en cajas petri con agar de soya, Figura 6.6.. Finalmente las cajas se llevaron a incubadora por 24 h y al término del tiempo se realizó el conteo de las UFC/mL realizándose los cálculos con la ecuación 6.5
Figura 6.6. Diagrama de preparación de disoluciones y siembra de microorganismos.
Disolución de 50000 UFC/mL
Dilución
Cultivos Repeticiones Crecimiento
Figura 6.7. Diagrama de flujo de Desarrollo Experimental.
PROCESADO DE LAS PELICULAS
Película Multicapa PE/PEgMA/PA/PEgMA/PE
Película Oxo-Degradable PE-ag.oxo-degradable (MBO)
Tratamiento Corona (Preliminar) 1, 2 y 3 cm
5, 10 y 30 sec
Caracterización IR y Angulo de
Contacto Establecer Condiciones Síntesis de las
Nanopartículas de Plata, en Solución
(Pruebas Preliminares) US: 120 y 180 W Tiempo: 4, 3 y 6 h PVP: 5, 10 y 20 mL
Caracterización UV-vis y STEM
Establecer Condiciones
Síntesis de las Nanopartículas de Plata en la superficie de las Películas
US: 180 W Tiempo: 4 h
PVP: 20 mL
Caracterización Materiales Nanoestructurados
IR Grupos Funcionales
STEM Morfología y
tamaño
UV-vis Presencia de las
NPAg
DRX Presencia de cristales de NPAg
Pruebas Antimicrobianas Bactericida (E.Coli) en P. Oxo-deg.
Fungicida (A. Niger) en P. Multicapa