Diseño, síntesis y caracterización de polímeros impresos molecularmente (MIPS) para la determinación de rodamina B: enfoque teórico y experimental

Abstract

RESUMEN: Actualmente el enfoque de muchas investigaciones químicas en el área de sensores es la creación de receptores sintéticos como los Polímeros de Impresión Molecular (MIPs), que imiten el comportamiento de reconocimiento natural antígeno-anticuerpo, ofreciendo potencialmente la especificidad y selectividad de los receptores biológicos, pero con una mejor durabilidad en condiciones ambientales y menor costo. El objetivo principal de esta investigación es realizar una prueba concepto en el diseño, síntesis y caracterización de este tipo de plataformas con moléculas relativamente pequeñas como lo es la Rodamina B (RhB), para su futura extrapolación a moléculas más grandes y complejas como las proteínas, en aplicaciones biomédicas. El diseño inicial de los MIP se realizó con simulaciones de dinámica molecular y detección computacional utilizando diferentes programas de uso libre (LAMMPS, Clúster de CRONOS EAFIT, LigParGen, Packmol y Moltemplate). Un grupo de 4 monómeros y 4 solventes diferentes fue empleado para identificar cuál combinación es capaz de interactuar mejor con la RhB, el ácido meta acrílico (MAA) o N-Vinilpirrolidona (N-VP) como monómeros funcionales y etilenglicol dimetacrilato (EGDMA) como entrecruzante en acetonitrilo y/o tolueno. Basados en los resultados de dinámica molecular, se prepararon las microesferas MIP usando RhB como plantilla y el método de polimerización en solución. Los polímeros se caracterizaron por Microscopía electrónica de barrido (SEM), Dispersión de luz dinámica (DLS), Espectroscopía infrarroja (IR) y análisis termogravimétrico (TGA). Posteriormente, la capacidad de adsorción y reconocimiento del MIP fueron estudiadas por Espectroscopía Ultravioleta Visible (UV-vis), en donde los MIP con MAA de geometría esférica y tamaños micrométricos mostraron una mayor recaptación de la RhB en solución, en comparación con los polímeros no impresos (NIP). Los resultados teóricos muestran que la mejor combinación para imprimir RhB es MAA en acetonitrilo como solvente, y esto fue corroborado experimentalmente.

ABSTRACT: Currently, the focus of many chemical investigations in the area of sensors is the creation of synthetic receptors such as Molecular Imprinted Polymers (MIPs), which mimic the natural antigen-antibody recognition behavior, potentially offering the specificity and selectivity of biological receptors, but with better durability in environmental conditions and lower cost. The main objective of this research is to carry out a concept test in the design, synthesis, and characterization of this type of platform with relatively small molecules such as Rhodamine B (RhB), for its future extrapolation to larger and more complex molecules such as proteins in biomedical applications. The initial design of the MIPs was carried out with molecular dynamics simulations and computational detection using different free-use programs (LAMMPS, EAFIT CRONOS Cluster, LigParGen, Packmol, and Moltemplate). A group of 4 monomers and 4 different solvents were used to identify which combination is able to interact better with RhB, meta acrylic acid (MAA) or N-vinylpyrrolidone (N-VP) as functional monomers, and ethylene glycol dimethacrylate (EGDMA) as a crosslinker in acetonitrile and/or toluene. Based on the results of molecular dynamics, the MIP microspheres were prepared by using RhB as a template and solution polymerization method. The polymers were characterized by Scanning Electron Microscopy (SEM), Dynamic Light Scattering (DLS), Infrared Spectroscopy (IR) and Thermogravimetric Analysis (TGA). Subsequently, the adsorption and recognition capacity of the MIP was studied by Ultraviolet Visible spectroscopy (UV-vis), where MIPs with MAA, spherical geometry and micrometric sizes showed greater reuptake of RhB in solution, compared to non-printed polymers (NIP). The theorical results show that the best combination for printing RhB was MAA in acetonitrile as solvent, and this was experimentally corroborated.