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Los polLos políímeros del siglo XXImeros del siglo XXIAurora NogalesAurora Nogales
Grupo de DinGrupo de Dináámica y Estructura de Materia Condensada Blandamica y Estructura de Materia Condensada Blanda
httphttp://://www.iem.cfmac.csic.eswww.iem.cfmac.csic.es//fmacrofmacro//softmatpolsoftmatpol//
Departamento de FDepartamento de Fíísica Macromolecularsica Macromolecular
Instituto de Estructura de la MateriaIV CURSO DE INICIACIÓN A LA INVESTIGACIÓN, 2007
PolPolíímerosmeros
ARQUITECTURA MOLECULAR
(A)-(A)-(A)·········(A)-(A)(A)n-1 (A)n
(A)n (A)n+1
CH2 CH2
n
Log10(Mw)
Polietileno
2 3 4 5 6 7
dW/d
(logM
w)
0
1
POLIDISPERSIDAD
Historia de los polHistoria de los políímeros: Nacimientomeros: Nacimiento
1880 1900 1920
1862Primer plásticohecho por el hombre
1866Celuloide
1891Rayón(viscosa)
1907Baquelita
1913Celofán
1933Polietileno
1930 1950 1970
Historia de los plHistoria de los pláásticos: sticos: La explosiLa explosióónn
1936PMMA
1930Nylon 66
1937Poliestireno
1941PET
1958Policarbonato
1954Polipropileno
1960EVA
1962Poliimidas
1964PPO
1965Polisulfonas . . .
Los polLos políímeros del siglo XXImeros del siglo XXIPolPolíímeros compuestos y meros compuestos y nanocompuestosnanocompuestos
HaciaHacia laslas medicinasmedicinas nanomnanoméétricastricasMedicina polimérica
Conjugados polímero-medicamento
Conjugado polímero-proteina
Unión
medicamento
Residuo director
Micela polimérica
Bloque hydrofilico
Bloque hidrofóbicomedicamento
polyplexComplejo polímero-DNA
DNA
Bloque cationico
Bloque hidrofílico
40-60 nm5-15 nm
Mw = 5 - 40,000 Da
proteina
~20nm
Los polLos políímeros del siglo XXImeros del siglo XXIPolPolíímeros compuestos y meros compuestos y nanocompuestosnanocompuestosPolPolíímeros en aplicaciones mmeros en aplicaciones méédicasdicas
Cultivo de tejido ‘in vitro’
Scaffold biodegradable polimérico
CélulasOsteoblastosChondrocitosHepatocitosEnterocitosCélulas Uroteliales
Implantación In Vivo
NuevoHuesoCartilagoHigadoIntestinoUretra
60-100 nm
Los polLos políímeros del siglo XXImeros del siglo XXIPolPolíímeros compuestos y meros compuestos y nanocompuestosnanocompuestosPolPolíímeros en aplicaciones mmeros en aplicaciones méédicasdicasPolPolíímeros conductoresmeros conductores
¿¿CCóómo investigamos los polmo investigamos los políímeros meros en este siglo?en este siglo?
•• EspectroscopEspectroscopííaa dieldielééctricactrica
•• Microscopio de fuerzas atMicroscopio de fuerzas atóómicasmicas
• ScatteringScattering de rayos X en polde rayos X en políímerosmeros
Grupo de dinámica y estructura de materia condensada blanda
EspectroscopEspectroscopííaadindináámicamica
Una herramienta para observar la Una herramienta para observar la dindináámica de las molmica de las molééculasculas
EspectroscopEspectroscopííaa dieldielééctrica: ctrica: ¿¿QuQuéé se mide?se mide?
Er
tiempo
Frecuencia
Pérdidasdieléctricas
Constantedieléctrica
EspectroscopEspectroscopííaa dieldielééctrica: ctrica: ¿¿CCóómo se mide?mo se mide?
Dipolos moleculares
)(2)()(ffV
fIfCπ
=
EspectroscopEspectroscopííaa dieldielééctrica: ctrica: ¿¿De quDe quéé informa?informa?
T T T
Frecuencia
EspectroscopEspectroscopííaa dieldielééctrica: ctrica: ¿¿CCóómo se mide?mo se mide?
Espectrómetrodieléctrico
10-3Hz< F <109Hz-150ºC< T <200ºC
MicroscopMicroscopííaa de fuerza de fuerza atatóómicamica
‘‘ViendoViendo’’ la estructura en escala la estructura en escala nanomnanoméétricatrica
ScatteringScattering de rayos X de rayos X en polen políímerosmeros
Explorando el espacio recExplorando el espacio recííprocoproco
ScatteringScattering de rayos X en polde rayos X en políímerosmerosWide Angle X ray Scattering (WAXS)
10 nm
0.5nm
Small Angle X ray Scattering (SAXS)
s(nm-1)1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
I(a.u
.)
PBT
q (nm -1 )
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0I (
arbb
itrar
y un
its)
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2θ
y
x
s=q/2π=(2/λ)sin(θ)
(CH2)4 OC C
OOO[ ]
n
ScatteringScattering de rayos X en polde rayos X en políímerosmeros
2θy
WAXS
2θ’
SAXS
2θ’ << 2θ
λ· = 0.154nm
θ > 1o, ángulos altos (Wide angle X-ray scattering (WAXS))
θ < 0.3o, ángulos pequeños (Small angle XS (SAXS))
0.3o > θ > 1o, ángulos intermedios (Medium AXS (MAXS))
Ley de Bragg
d· = λ/( 2· senθ )
Entornos de muestra para Entornos de muestra para experimentos inexperimentos in--situ o en tiempo realsitu o en tiempo real
Esfuerzo-deformación
Estructura de un elastómero termoplástico durante experimentos de esfuerzo-deformaciónA. Nogales et al. Macromolecules 36, 4827, (2003)
0 20 40 60 80 100 120 1400
5
10
15
20
25
30
35
Esf
uerz
o
deformación(%)0 20 40 60 80 100 120 140
0
5
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o
deformación(%)0 20 40 60 80 100 120 140
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o
deformación(%)
¿¿QuQuéé entendemos por un sincrotrentendemos por un sincrotróón? n?
Una Una mmááquinaquinaUna Una coleccicoleccióónn de de laboratorioslaboratoriosUna Una infraestructurainfraestructura cientcientííficaficaUna Una fuentefuente de de tecnologtecnologííaa
¿¿CCóómo se prepara y desarrolla un experimento en un mo se prepara y desarrolla un experimento en un sincrotrsincrotróónn??
-6 meses
6 meses
PropuestaAceptación
Preparación de muestras
Preparación de la expediciónExperimento
Análisis de los resultados
¿¿CCóómo se prepara y desarrolla un experimento en un mo se prepara y desarrolla un experimento en un sincrotrsincrotróónn??
Mari Cruz GarcMari Cruz Garcííaa
Amelia LinaresAmelia Linares
Daniel RuedaDaniel Rueda
Tiberio EzquerraTiberio Ezquerra
Jaime HernJaime Hernáándezndez
Aurora NogalesAurora Nogales
Alejandro SanzAlejandro SanzPostdocPostdoc en el Imperial en el Imperial CollegeCollege de Londresde Londres
Grupo de dinGrupo de dináámica y estructura de la mica y estructura de la materia condensada blandamateria condensada blanda
Departamento de Física Macromolecular. Instituto de Estructura de la Materia