Photoactive coordination polymer nanoparticles for biological and device applications

Resum

Les nanopartícules de polímers de coordinació (CPNs) han despertat l'interès dels investigadors degut a la seva versatilitat i capacitat d'ajust mitjançant la combinació infinita de nodes metàl·lics i lligands orgànics com a precursors de materials autoassemblats. A causa d'aquestes possibilitats il·limitades que permeten aconseguir noves propietats, la química de coordinació a la nanoescala es considera una de les metodologies més versàtils i escalables per a l'obtenció de nous materials nanoestructurats funcionals. Les propietats i característiques dels CPNs es poden ajustar gràcies a la flexibilitat sintètica de la química de coordinació, cosa que els converteix en excel·lents materials per a diferents aplicacions. A més, la combinació de diferents unitats orgàniques i metall-orgàniques permet construir sistemes complexos amb potencial interès en diferents aplicacions: emmagatzematge d'energia, fotocatàlisi, electrònica molecular, sensors o nanomedicina. A més, l'ús de monòmers que responguin a la llum permet obtenir CPNs fotoactives, que permeten un control espacial i temporal de les seves propietats. En el treball realitzat en aquesta tesi es va centrar l'atenció en la síntesi de nous compostos orgànics fotoactius com a precursors de CPNs, la fabricació de nanomaterials funcionals i la investigació de potencials aplicacions d'aquestes nanopartícules sobre la base de les propietats intrínseques i la interacció amb la llum. Així, la investigació realitzada en aquesta tesi doctoral es pot dividir en tres temàtiques diferenciades, descrites als Capítols 3, 4 i 5: Al Capítol 3, es descriu el disseny i la síntesi d'una nova família de CPNs fotoactives basades en Ruteni. Aquestes es van obtenir mitjançant la polimerització d'un monòmer de Ru (II) fotoactiu conegut per ser el precursor d'un fàrmac amb activitat anticancerígena. La irradiació amb llum visible de les CPN obtingudes va resultar en l'alliberament controlat d'un complex de Ru amb citotoxicitat significativament superior al precursor. Un estudi in vitro d'aquestes CPNs va demostrar el potencial per a la quimioteràpia fotoactivada (PACT-CPN). Al Capítol 4, es detalla la síntesi d'una nova família de CPNs, amb propietats de conversió ascendent de radiació (UC) i se'n va explorar l'aplicació potencial en diferents camps tecnològics. A la primera part d'aquest capítol, es reporta la síntesi de dos parells de molècules fotosensibles (sensibilitzadors i emissors), capaços de produir UC de la radiació d'una regió del visible a una altra de més alta energia, i d'infraroig proper a visible. A la segona part, es va optimitzar la síntesi de les CPNs capaces de produir UC (UC-CPNs), fetes per molècules de sensibilitzador i emissor com a unitats constitutives del polímer de coordinació. A banda de l'anàlisi de les propietats fisicoquímiques i fotofísiques, les UC-CPNs es van integrar en un material polimèric amb l'objectiu d'obtenir tintes aquoses d'UC i pel·lícules transparents que preserven la UC en atmosfera d'aire. Finalment, al Capítol 5, es van obtenir CPNs basades en difenilantracè que es van recobrir amb nanoestructures d'or. Aquestes CPNs es van sintetitzar amb l'objectiu d'i) atrapar i emmagatzemar una gran quantitat d'oxigen molecular per partícula, després de la irradiació de l'antracè, mitjançant la formació de l'endoperòxid corresponent com a procés previ per, ii) alliberar de manera controlada l'oxigen singlet (1O2) després d'escalfar les nanopartícules per via tèrmica o fototèrmica. Aquestes CPNs dissenyades per a l'alliberament tèrmic o fototèrmic sobtat de 1O2 tenen aplicació potencial a la teràpia fotodinàmica (PDT-CPN).

Data del Ajut	18 d’oct. 2022
Idioma original	Anglès
Supervisor	Roscini , Claudio (Director/a), Fernando Novio Vazquez (Director/a) & Daniel Ruiz Molina (Director/a)