Durante las últimas décadas, los materiales poliméricos y los sistemas nanoestructurados han cobrado una significativa importancia y desempeñan un papel importante en las necesidades del mundo moderno. Una gran parte sus combinaciones son usados en aplicaciones biomédicas como dispositivos implantables, mientras que otros son utilizados como precursores para el diseño y construcción de catalizadores, entre otros. Sin embargo, los sistemas actuales de diseño y fabricación de estos materiales ha promovido la necesidad de potenciar sus aplicaciones incorporando nuevas propiedades que les permitan prevenir el desarrollo de infecciones producidas por microorganismos, incrementar su resistencia a la abrasión, o de incrementar la actividad catalítica en reacciones químicas específicas, entre otros. Es así como en el desarrollo experimental propuesto en este proyecto, la implementación de una combinación novedosa de la tecnología de lecho fluidizado con la de plasma inducido por microondas, se destaca como una herramienta efectiva para la producción de materiales híbridos orgánicos-inorgánicos, constituidos por nanopartículas de plata (parte inorgánica) ancladas sobre materiales poliméricos (parte orgánica), para su potencial aplicación como materiales resistentes a la colonización bacteriana (formación de biopelículas), logrando con ello que el riesgo de contraer infecciones nosocomiales sea nulo o mínimo. Para el caso de su aplicación como sistemas catalizadores, se ha encontrado que diversos materiales con nanopartículas de plata distribuidas en su superficie se adaptan eficientemente para dicho uso. De igual forma, el uso de estas nanoestructuras como agentes bactericidas también se ha reportado con éxito. Así, la estrategia experimental propuesta en esta investigación se destaca por el bajo costo de fabricación y su potencial escalamiento a nivel de producción industrial, lo que impulsaría el desarrollo de materiales híbridos orgánicos-inorgánicos con un nivel de eficiencia y competitividad significativamente alto. Para la investigación se partirá de la preparación de los soportes poliméricos en unos casos y el uso de polímeros convencionales comercialmente disponibles para otros. Las reacciones de polimerización podrán ser estimuladas por vía química o por el uso de radiación. Posteriormente, la producción de nanopartículas de plata será inducida por microondas, mientras que la tecnología de lecho fluidizado acoplada se encargará de su distribución sobre la superficie y en la masa del soporte polimérico. El efecto catalítico de los sistemas propuestos se evaluará sobre reacciones químicas de hidrodesulfuración (HDS) de dibenzotiofeno (DBT), en donde se requiere el desarrollo de nuevos sistemas catalizadores a un costo más bajo. Por otro lado, adicional a la determinación de la eficiencia de los materiales para inhibir la colonización bacterias como Escherichia coli, Se evaluará la hemocompatibilidad mediante la cuantificación de la hemólisis y trombogénesis producida por el material en sangre animal y humana, bajo condiciones fisiológicas (controlando pH y fuerza iónica), además de la citotoxicidad a través de la interacción del material con células específicas. Todo esto con el propósito de determinar la potencial aplicación de los sistemas propuestos como dispositivos biomédicos implantables, encontrando una relación entre estas propiedades y los niveles de modificación permisibles para cada polímero ante la metodología experimental propuesta.

Contribuciones en innovación de tecnología Nuestra propuesta de investigación parte del principio de que los materiales a sintetizar pertenecen a una nueva generación de polímeros que tienen la capacidad de inhibir efectivamente la contaminación bacteriana, o bien, de actuar como sistemas catalizadores de reacciones químicas, entre otras potenciales aplicaciones que pueden evaluarse a lo largo del proyecto. Además, promueve el uso de una novedosa combinación conformada por la tecnología de lecho fluidizado y la técnica de plasma inducido por microondas, con la que se ha demostrado ya su efectividad para la preparación de materiales constituidos de nanopartículas metálicas (de plata, específicamente) soportadas en matrices cerámicas (sílica-alúmina). No obstante, un estudio preliminar sobre el uso de esta metodología para la producción de materiales híbridos orgánicos-inorgánicos a partir del anclaje de nanopartículas de plata sobre copolímeros de polimetilmetacrilato (PMMA), arrojó resultados satisfactorios en cuanto a la modificación superficial y en masa del polímero, por lo que el planteamiento de usar substratos poliméricos para solucionar los problemas de interacción entre las nanopartículas y las matrices soporte puede proyectarse como un proceso capaz de perfeccionarse a través de la manipulación y el control de todas las variables implícitas en el método. A la contribución y las ventajas que representa la optimización de la metodología a implementar, las cuales están relacionadas a la reducción de costos de fabricación por su potencial escalamiento a nivel de producción industrial, se sumarán los esfuerzos científicos por producir materiales que: (i) reduzcan los riesgos de contraer infecciones sin comprometer o reducir la propiedades de biocompatibilidad y citotoxicidad del material de partida, haciéndolos aptos para aplicaciones biomédicas; (ii) que funcionen como catalizadores de reacciones químicas y puedan competir en efectividad y costo contra los compuestos disponibles actualmente en el mercado, como los de bisulfuro de molibdeno (MoS2), por ejemplo, que se caracterizan por su actividad catalítica en reacciones de hidrodesulfuración, pero también por su alto costo de producción; (iii) que por su diseño, estructura y funcionalidad permitan su exploración adicional para evaluar su posible aplicabilidad en otros campos de interés para la nanociencia y la nanotecnología, como lo son la electrónica, la superconductividad, la resistencia a la abrasión y el desarrollo de biosensores, entre otros; y (iv) que tras los procesos de modificación controlada, se favorezca la reincorporación de polímeros comerciales de bajo costo en aplicaciones en las que han venido siendo descartados por las diversas problemáticas asociadas a la composición y propiedades físicoquímicas de su superficie. La producción de materiales híbridos orgánicos-inorgánicos mediante la metodología propuesta contribuye, de forma interdisciplinaria, a fomentar la participación complementaria de diversos sectores de conocimiento involucrados hacia los estudios biológicos (ensayos microbiológicos, medición de biocompatibilidad, y citotoxicidad), además de todos los requeridos para la caracterización de los materiales generados, lo que abarca a su vez, el aprovechamiento de la infraestructura y recurso humano que ofrece el Centro de Nanociencias y Nanotecnología (CNyN) de la UNAM, ubicado en Ensenada, Baja California, México. Contribuciones académicas Se cuenta con una excelente formación de recursos humanos en todos los estamentos académicos que conforman la institución, por lo que los puntos tratados en los objetivos nos llevarán a la participación de: - Un investigador en estancia posdoctoral, quien liderará el proyecto con dedicación de tiempo completo, por un lapso no mayor a 2 años, a partir del mes de septiembre de 2013. - La colaboración de dos estudiantes posdoctorales que laboran en diferentes dependencias de la UNAM (Instituto de Física [Campus CU] y Departamento de Nanocatálisis de CNyN-Ensenada) - Un estudiante de maestría en un lapso no mayor a 2 años a partir del inicio de sus estudios. - Estudiantes de diferentes niveles de formación académica (licenciatura o posgrado) que por medio de estancias cortas deseen incorporarse a las labores del proyecto; para ello se implementarán estrategias para la difusión de los alcances y avances del proyecto, así como del apoyo económico que se les puede brindar por sus labores, de ser aprobada esta propuesta de investigación. Al término del proyecto se publicará al menos un artículo científico por cada nuevo material híbrido sintetizado por la metodología propuesta. Durante el desarrollo del proyecto se ponen como meta la síntesis de mínimo dos nuevos materiales, así como su caracterización y el estudio de sus aplicaciones. Las publicaciones se realizarán en revistas de arbitraje internacional especializadas en el tema.