Materiales Inteligentes (Tercera Generación)

Polímeros Inteligentes

Los polímeros inteligentes o sensibles son polímeros que responden adecuadamente mediante cambios sustanciales en su estructura a pequeñas variaciones en las condiciones físicas (temperatura, fuerza iónica, solventes, radiaciones, campos eléctricos o magnéticos, estrés mecánico o cambios de presión), químicas (pH, iones específicos o agentes químicos) o bioquímicas (ligandos de afinidad o enzimas) del ambiente.

Estos biomateriales pueden adoptar varias formas: disueltos, adsorbidos sobre una superficie o formando hidrogeles, y pueden utilizarse en campos tan dispares como ingeniería de materiales o en medicina microescalar: dispositivos microfuídicos, sistemas de liberación pulsátil de fármacos, bioadhesivos o motores/actuadores. Los polímeros sensibles son también un elemento central en las tecnologías nanoescalares. En cualquier caso, el parámetro clave en la definición de comportamiento sensible, respondedor o inteligente es una respuesta no lineal a una señal o estímulo externo.

Dendrímeros (ver cuarta generación)

Un dendrímero es una macromolécula tridimensional de construcción arborescente. Los dendrímeros forman parte de los polímeros, pero su diferencia radica en que la distribución de las moléculas que constituyen a los polímeros lineales es probabilística, en tanto que en el caso de los dendrímeros, se tiene una estructura química precisa, donde los enlaces químicos entre los átomos pueden ser descritos con exactitud. Las macromoléculas dendriméricas presentan una forma de crecimiento generacional, G0, G1, G2.

Entre las propiedades más importantes de los dendrímeros, junto con su polidispersidad cercana a 1, se encuentran las siguientes:

a) Baja temperatura de transición vítrea.

b) Baja viscosidad intrínseca.

c) Alta solubilidad.

d) Capacidad de formar sistemas tipo huésped-anfitrión.


Los dendrímeros tienen la propiedad de formar complejos huésped-anfitrión, donde la macromolécula dendrimérica es capaz de actuar como un sistema anfitrión que puede dar cabida a diferentes moléculas en número y tamaño. En medicina: diagnósticos in vitro, transporte de fármacos y terapia génica. También tienen aplicaciones en óptica: recubrimiento de fibras ópticas

CARBONO

Grafeno

Los científicos estudian también las posibles aplicaciones en medicina. Por ejemplo, para fabricar biosensores y detectar ADN. También se especula con la posibilidad de producir implantes neuronales y regenerar tejidos nerviosos dañados. No obstante, aunque estos avances médicos lleguen llegan a lograrse, cree que tardarían años en aplicarse.


Por su parte, Elsa Prada, investigadora del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (CSIC), señala que el grafeno podría usarse también en biodispositivos, en envoltorios bactericidas para medicinas y alimentos

Fulereno (ver segunda generación)

Independientemente de su caprichosa estructura tridimensional, su extraordinaria belleza y su importancia para la química del carbono, los fulerenos son moléculas que resultan tener gran importancia por sus aplicaciones en las ciencias de materiales, la nanotecnología y la optoelectrónica, e incluso se ha demostrado que pueden tener importantes aplicaciones en la medicina. Desafortunadamente, debido a la capacidad tecnológica con la que se cuenta en estos momentos no ha sido posible la síntesis específica de fulerenos de un cierto tamaño, y únicamente hemos sido capaces de obtener cantidades apreciables de C60 y, en menor cantidad, de C70 en forma pura, por lo que toda la investigación en fulerenos se halla centrada en estos dos.

Sus principales características:

Las esferas de fulerenos tienen un diámetro aproximado de entre 7 a 15 ångströms; esto quiere decir que desde el punto de vista atómico los fulerenos son enormes, aunque en realidad son relativamente pequeños en comparación con muchas moléculas orgánicas.

Por lo común, la mayoría de los fulerenos exhibe una gran estabilidad; por ejemplo, para destruir el C60 se necesita una temperatura de mil grados Celsius. Curiosamente, cada fulereno posee una temperatura muy específica de destrucción; a temperaturas inferiores a la temperatura de descomposición, generalmente subliman sin destruir la esfera que forman. Esta propiedad se usa para el crecimiento de cristales y películas finas de fulerenos, que son de gran utilidad en la ciencia de materiales.

Se ha observado que al exponer el fulereno C60 a la luz ultravioleta intensa (como la producida por un láser), este se polimeriza y forma enlaces con las esferas cercanas. Tal propiedad del fulereno de ser fotosensible puede hacer que se le emplee como fotorresistor en algunos procesos fotográficos o en la fotolitografía. La forma esférica le permite un fácil deslizamiento entre superficies, por lo que puede utilizársele como lubricante, y químicamente la molécula de C60 es muy electronegativa y forma fácilmente compuestos con átomos donadores de electrones.

A partir de los años noventa, los procesos inducidos por luz en los sistemas supramoleculares y multicomponentes que involucran moléculas de C60 han sido objeto de intensas investigaciones. Tal interés se debe a la propiedad que posee el fulereno C60 de aceptar electrones; de esta manera, si el C60 se une a una molécula que le ceda estos electrones cuando es expuesto a la luz, podemos fabricar dispositivos que imiten los procesos fotosintéticos que ocurren en las plantas y obtener así celdas solares.

La aplicación del fulereno C60 en áreas biológicas, farmacológicas y médicas ha sido muy promisoria. Por ejemplo, se ha observado que el fulereno C60 es un efectivo depurador de radicales libres, por lo que puede empleársele como un agente protector de las células o para reducir el estrés oxidativo; además, cuando se fotoirradia el fulereno C60 puede producir radicales, por lo que también puede ser utilizado en las terapias fotodinámicas.

Los fulerenos pueden ser sistemas potencialmente interesantes para la liberación controlada de fármacos. Debido a que pueden ser multifuncionales, pueden actuar como “absorbentes” de fármacos para formar partículas a escala nanométrica. Un ejemplo de ello es el derivado del fulereno denominado metanofulereno, que, unido ciertos fármacos que se utilizan contra el cáncer, ha demostrado una importante actividad en los tejidos tisulares y la liberación lenta y prolongada del fármaco. Otra propiedad de los fulerenos radica en que estas funcionalizaciones permiten manipular la solubilidad de los derivados del fulereno, por lo que en principio podríamos dirigir al fármaco hacia una zona específica del cuerpo y entonces liberarlo.