New functional ligands for the preparation of photoactive nanoparticle‐based materials

摘要

La nanociència i la nanotecnologia han esdevingut les noves disciplines del nou mil·leni. Els processos desenvolupats per molts científics arreu del món, com per exemple el disseny, la fabricació i la manipulació a escala nanomètrica, han revolucionat la física, la química, la biologia i la tecnologia. La present tesi doctoral s'emmarca dins aquests camps. Més concretament, s'han dissenyat, sintetitzat i caracteritzat diferents lligands orgànics per (i) introduir-los en nanopartícul·les de polímers de coordinació (CPPs) i estudiar processos d'alliberament de fàrmacs, o (ii) estabilitzar nanopartícul·les semiconductores, o quantum dots (QDs), per enllaçarlos ordenada i controladament. Les CPPs són partícules metal·lorgàniques capaces de nanoestructurar-se que s'han proposat com a potencials materials en el camp de la medicina, com a novedosos agents portadors de fàrmacs o d'agents de contrast. Encara que s'ha demostrat la seva capacitat portadora i la seva eficiència d'alliberament, a dia d'avui no existeix cap estudi del mecanisme d'alliberament dels compostos encapsulats. És per això que s'ha proposat com a primer objectiu d'aquesta tesi doctoral l'estudi racional dels mecanismes implicats quan un compost és alliberat per aquests sistemes. Així, s'han dissenyat i sintetitzat diferents compostos orgànics fluorescents per introduir-los dins de les nanopartícul·les de polímers de coordinació, atrapades físicament i enllaçades covalentment a la matriu polimèrica, i estudiar-ne els mecanismes d'alliberament mitjançant mesures de fluorescència. L'anàlisi dels resultats obtinguts demostra una ràpida difusió del fàrmac (durant les primeres hores) i, només després d'un cert temps, un procés de degradació amb una cinètica més lenta. Aquest treball demostra que futurs sistemes portadors de fàrmacs poden ser racionalment dissenyats depenent de la cinètica d'alliberament desitjada en cada cas particular. Per altra banda, els QDs són nanopartícules col·loïdals cristal·lines semiconductores amb propietats opto-electròniques extraordinàries i fàcilment modulables variant-ne la composició, la mida o la forma que s'han aplicat en la construcció de light emitting diodes (LEDs) i de cel·les solars. La present tesi doctoral té per objectiu la construcció de nous cables fotònics d'escala nanomètrica basats en QDs on processos de transferència energètica entre QDs conduiran l'energia lumínica unidireccionalment. L'estratègia dissenyada es basa en la reacció de cicloaddició alquí-azida promoguda per tensió anular (Strain-Promoted Alkyne-Azide Cycloadditon, SPAAC) entre ambdós compostos que han estat prèviament ancorats a la superfície de QDs amb propietats òptiques diferents. Amb aquest objectiu, s'han sintetitzat i caracteritzat diferents estabilitzants orgànics amb grups funcionals lliures (ciclooctí i azida) que són capaços de reaccionar selectivament entre ells. Els resultats obtinguts han demostrat la viabilitat de l'estratègia plantejada ja que s'han obtingut agregats discrets de diferents quantum dots amb altes eficiències de transferència d'energia.