Responsable: GUILLERMO JESUS CRUZ CRUZ

Objetivos:

Estudiar la afinidad de polímeros sintetizados por plasma con enlaces nitrogenados y oxigenados terminales con soluciones de sales similares a las de la médula espinal.

Antecedentes:

En este proyecto se estudia la síntesis de polímeros potencialmente biocompatibles formados por grupos químicos con enlaces nitrogenados y oxigenados terminales usando plasmas de resplandor. Las síntesis fueron orientadas para obtener superficies hidrofílicas que se estudiaron a través del ángulo de contacto que se forma entre la superficie de interés y gotas de soluciones de sales con concentración similar a componentes del sistema iónico de los organismos vivos. Los estudios sobre la estructura y propiedades de los materiales se llevaron a cabo a través de espectroscopias de fluorescencia, difracción de rayos X y microscopía electrónica. Las propiedades eléctricas se evaluaron midiendo la resistencia eléctrica de los polímeros bajo diferentes condiciones termodinámicas, como temperatura y absorción de las soluciones de prueba.

Esta es la etapa 3 del proyecto. En las etapas 1 y 2 se sintetizaron y analizaron por espectroscopia infrarroja polímeros derivados de hexeno con oxidación parcial. Se irradiaron con gammas a los polihexenos y polialilaminas obtenidas para estudiar la fragmentación molecular. En otra tarea se sintetizaron y caracterizaron por microscopía electrónica de barrido y análisis elemental meso- y micro-partículas de polipirrol dopado con yodo y se probó su solubilidad con agua. Se estudió la síntesis de homopolímeros nitrogenados heteroaromaticos como polipirroles y homopolímeros oxigenados alifáticos como polietilenglicoles y copolímeros de ambos en combinaciones polietilenglicol-polialilamina y polietilenglicol-polipirrol, todos dopados con yodo para formar polímeros en película y en meso y nano partículas porosas que puedan servir como substratos para crecimiento y/o reconexión celular.

Logros Obtenidos:

1. Se sintetizaron polímeros oxigenados con estructuras heteroaromáticas, polifuranos, para estudiar combinaciones heteroaromáticas de ellos con polímeros nitrogenados. Los polifuranos se obtuvieron en película y partículas con morfología esférica con diámetro entre 100 y 1000 nm. Con estas características, la hidrofilicidad de este material puede invertirse para tener cualidades hidrófilas o hidrófobas, dependiendo de las condiciones de síntesis. La hidrofilicidad se estudió midiendo los ángulos de contacto que se forman con gotas de soluciones biocompatibles sobre las superficies poliméricas, los cuales resultaron en el intervalo de 40° a 110°. Ángulos menores a 90° indican hidrofilicidad y mayores a 90° indican hidrofobicidad del material.
2. Se sintetizaron óxidos de titanio a partir de precursores como tetrapropóxido de titanio y tetraisopropóxido de titanio, para combinarlos con polipirroles y formar combinaciones biocompatibles nitrogenadas y oxigenadas con características organometálicas. El resultado son básicamente partículas entre 80 y 1000 nm a las que se les estudió la estructura y morfología. Esta área de combinaciones organometálicas cerámico-poliméricas apenas se abre paso en el área de aplicaciones biocompatibles.
3. Se aplicaron capas de polipirrol biocompatibles en un stent hecho de nitinol, aleación de níquel y titanio, de los que se usan en el sistema circulatorio humano, con el fin de hacer biocompatibles estos dipositivos y reducir la formación de coágulos que usualmente produce su aplicación. Los resultados indican que con técnicas de erosión, acondicionamiento y síntesis por plasma, los recubrimientos poliméricos pueden resistir más de 300 h sumergidos en soluciones biocompatibles de pH similar a la sangre. Al igual que en el caso anterior, estos estudios son apenas el inicio de una gran área de aplicación.
4. A todos los materiales sintetizados en el proyecto se les hicieron análisis estructurales basados en espectroscopia de fotoelectrones de rayos X. Los resultados son muy diversos y retroalimentaron a los estudios de síntesis para obtener estructuras mucho más orientadas a su aplicación.

Presentaciones en congresos

1. F. González, M.G. Olayo, G.J. Cruz, L.M. Gómez, E. Ordoñez, G. García, Síntesis de nanopartículas de óxido de titanio por plasma, II Congreso Nacional de Ciencia e Ingeniería en Materiales, Toluca, Mex. Feb. 2011.
2. L.M. Gómez, M.G. Olayo, G.J. Cruz, O.G. López, C. De Jesús, F. Salgado, E. Vigueras, Síntesis por plasma de nanopartículas esféricas de polipirrol a diferentes energías, II Congreso Nacional de Ciencia e Ingeniería en Materiales, Toluca, Mex, Feb. 2011.
3. J. C. Palacios, M. G. Olayo, G. J. Cruz, J. A. Chávez, Compuestos hidrofilicos en película delgada de polialilamina-plata, II Congreso Nacional de Ciencia e Ingeniería en Materiales, Toluca, Mex. Feb. 2011.
4. O.G. López, L.M. Gómez, G.J. Cruz , M.G. Olayo, G. García, Efecto de la irradiación gamma en polímeros por plasma derivados de pirrol, II Congreso Nacional de Ciencia e Ingeniería en Materiales, Toluca, Mex. Feb, 2011.
5. M. González-Torres, G.J. Cruz, M.G. Olayo, O.G. López, C. de Jesús, F. González, V. Sánchez-Mendieta, Obtención de biopolímeros porosos basados en pirrol y etilenglicol copolimerizados por plasma, II Congreso Nacional de Ciencia e Ingeniería en Materiales, Toluca, Mex. Feb. 2011.
6. C. De Jesús, G.J. Cruz, M.G. Olayo, L.M. Gómez, O.G. López, G. García, Recubrimientos por plasma de polipirrol sobre sustratos de nitinol y acero inoxidable, II Congreso Nacional de Ciencia e Ingeniería en Materiales, Toluca, Mex. Feb. 2011.
7. J. Cuauhtémoc Palacios, Ma. Guadalupe Olayo, Guillermo J. Cruz, M. Dolores Durán, Charge Transfer in Polythiophene-Titanium Composites Synthesized by plasma, Second US-Mexico Symposium on Advances in Polymer Science, Macromex 2011, Riviera Maya, Q. Roo, Dic, 2011.
8. Carlos De Jesús, Guillermo J. Cruz, Ma. Guadalupe Olayo, Lidia María Gómez, O. Giovanni López, Genoveva García, Alejandra Ramírez, Camilo Ríos, Plasma Polypyrrole Coatings on Metallic Substrates in Contact with Blood-Like Phosphate Solutions, 2 US-Mexico Symposium on Advances in Polymer Science, Macromex 2011, Riviera Maya, Q. Roo, Dic, 2011.
9. Lidia Ma. Gómez, Guillermo J. Cruz, Ma. Guadalupe Olayo, Maribel González, Osvaldo Geovanni López, Carlos De Jesús, Francisco González, Electrical Conductivity of Plasma Polypyrrole in Contact with Human-Like Ionic solutions, Second US-Mexico Symposium on Advances in Polymer Science, Macromex 2011, Riviera Maya, Q. Roo, Dic, 2011.
10. Maribel González, Guillermo J. Cruz, Ma. Guadalupe Olayo, Lidia María Gómez, O. Geovanni López, Carlos De Jesús, Francisco González, Structure of Pyrrole-Ethyleneglycol Plasma Copolymers, Second US-Mexico Symposium on Advances in Polymer Science, Macromex 2011, Riviera Maya, Q. Roo, Dic, 2011.
11. Raquel Zuñiga, Guillermo J. Cruz, Ma. Guadalupe Olayo, Lidia María Gómez, O. Geovanni López, Maribel González, Synthesis of Polyfuran by Plasma, Second US-Mexico Symposium on Advances in Polymer Science, Macromex 2011, Riviera Maya, Q. Roo, Dic, 2011.
12. Francisco González, Guillermo J. Cruz, Ma. Guadalupe Olayo, L. M. Gómez, G. García, E. Ordoñez, XPS Study of Organometallic Compounds of Titanium and Carbon Oxides Formed by Glow Discharges, Second US-Mexico Symposium on Advances in Polymer Science, Macromex 2011, Riviera Maya, Q. Roo, Dic, 2011.
13. Susana Castillo, Ma. Guadalupe Olayo, Genoveva García, Guillermo Cruz, Mirna L. Arreola, O. Geovanni López, Francisco González, Carlos De Jesús, Synthesis of PPy-TiO Plasma Composites, Second US-Mexico Symposium on Advances in Polymer Science, Macromex 2011, Riviera Maya, Q. Roo, Dic, 2011.
14. Mirna Arreola, Susana González Castillo, Guillermo J. Cruz, Ma. Guadalupe Olayo, Genoveva García, Maribel González Torreo, Lidia María Gómez, Titanium Oxide and Polyethylene Matrices Formed by Plasmas of Titanium isoprpoxide, Second US-Mexico Symposium on Advances in Polymer Science, Macromex 2011, Riviera Maya, Q. Roo, Dic, 2011.
15. Osvaldo Geovanni López, Guillermo J. Cruz, Ma. Guadalupe Olayo, Plasma Pyrroles with Gamma Irradiation, Second US-Mexico Symposium on Advances in Polymer Science, Macromex 2011, Riviera Maya, Q. Roo, Dic, 2011.
16. Christian Gutiérrez-Galindo, J. Morales, M. Ortega, G.J. Cruz, M.G. Olayo, R.Olayo, TeCd Nanoparticles embedded in Polypyrrole-Iodine Thin Layers Synthesized by Plasma, Second US-Mexico Symposium on Advances in Polymer Science, Macromex 2011, poster, Riviera Maya, Q. Roo, Dic, 2011.
17. C. De Jesús, G.J. Cruz, M.G. Olayo, L.M. Gómez, O.G. López, G. Garcia, Interacción de sustratos metálicos recubiertos de polipirrol con soluciones similares a la sangre, XXI Congreso Técnico Científico ININ-SUTIN, poster, Salazar, Mex., Dic, 2011.
18. O.G. López, G.J. Cruz, M.G. Olayo, R.F. Gómez, Polipirroles sintetizados por plasma con sensibilización por irradiación gamma, XXI Congreso Técnico Científico ININ-SUTIN, Salazar, Mex., Dic, 2011.
19. L.M: Gómez, M.G. Olayo, G.J. Cruz, M. González-Torres, O.G. López, C. De Jesús, F. González-Salgado, E. Vigueras, Conductividad eléctrica e hidrofilicidad de partículas de polipirrol por plasma con soluciones iónicas, XXI Congreso Técnico Científico ININ-SUTIN, Salazar, Mex., Dic, 2011.
20. M. González-Torres, G.J. Cruz, M.G. Olayo,L.M. Gómez, O.G. López, C. De Jesús, V. Sanchez Mendieta, Formación por plasma de copolímeros de pirrol y etilenglicol dopadas con yodo, XXI Congreso Técnico Científico ININ-SUTIN, Salazar, Mex., Dic, 2011.
21. M.L. Arreola, G.J. Cruz, G. García, M.G. Olayo, S. González-Castillo, L.M. Gómez, M. González-Torres, Síntesis de partículas de óxido de titanio a partir de compuestos organometálicos, XXI Congreso Técnico Científico ININ-SUTIN, Salazar, Mex., Dic, 2011.
22. S. González-Castillo, M.G. Olayo, G.J. Cruz, M.L. Arreola, O.G. López, F. González-Salgado, C. De Jesús, Síntesis por plasma de TiO recubierto con polipirrol, XXI Congreso Técnico Científico ININ-SUTIN, Salazar, Mex., Dic, 2011.
23. R. Zúñiga, M.G. Olayo, G.J. Cruz, L.M. Gómez, M. González-Torres, O.G. López, Síntesis por plasma de polímeros heterocíclicos oxigenados. XXI Congreso Técnico Científico ININ-SUTIN, Salazar, Mex., Dic, 2011.

Formación de recursos humanos

1. Lidia María Gómez Jiménez, Formación de nanopartículas derivadas de heterociclos aromáticos en plasmas de baja energía, Maestría en Ciencia de Materiales, Facultad de Química, Universidad Autónoma del Estado de México, en proceso, Trabajo conjunto con ININ, en proceso.
2. Maribel González Torres, Estudio de polímeros porosos sintetizados por plasma, Maestría en Ciencia de Materiales, Facultad de Química, Universidad Autónoma del Estado de México, en proceso, Trabajo conjunto con ININ, en proceso.
3. Osvaldo Geovanni López Gracia, Efecto de la irradiación gamma en polímeros sintetizados por plasma, Maestría en Ciencias Químicas, Universidad Autónoma del Estado de México, Trabajo conjunto con ININ, en Proceso.
4. Carlos de Jesús Gutiérrez, Recubrimiento por plasma de polipirrol sobre substratos metálicos tipo stent, Ingeniería Química, ININ-Instituto Tecnológico de Toluca, en Proceso.
5. Mirna Lizbeth Arreola Rubio, Estructura de compuestos organometálicos obtenidos por plasmas de isopropóxido de titanio, Ingeniería Química, ININ-Instituto Tecnológico de Toluca, en proceso.
6. Susana González Castillo, Formación de compuestos organometálicos de oxido de titanio y polipirrol por plasma, Ingeniería Química, ININ-Instituto Tecnológico de Toluca, en proceso.

Aplicaciones:

Algunos polímeros derivados de pirrol y etilenglicol sintetizados por plasma, son potencialmente biocompatibles y actualmente se estudian como implantes para reconectar la comunicación en médulas espinales lesionadas con sección total y con lesiones por contusión ya que han mostrado ser compatibles con los tejidos medulares. Hasta ahora los resultados indican que las propiedades de la superficie, hidrofilicidad, morfología y afinidad química son fundamentales en la integración de los materiales con la médula. En términos de la recuperación funcional de las extremidades paralizadas, se han obtenido resultados alentadores con movimiento parcial voluntario en ratas de laboratorio. En este proyecto se aislaron y resolvieron algunos problemas individuales relacionados con sintetizar y caracterizar polímeros con enlaces nitrogenados y oxigenados con las características químicas de los que se implantan en la zona de lesión medular.

Vinculación:

Este es un proyecto conjunto en el que participan varias instituciones además del ININ: Universidad Autónoma Metropolitana Iztapalapa, Instituto Nacional de Neurología y Neurocirugía, hospital Siglo XXI del IMSS y fundación Camina AC.