Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
BIOMOLECULE-FUNCTIONALISED PVC AND PRODUCTION METHOD THEREOF
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/083623
Kind Code:
A1
Abstract:
The present invention relates to the medical industry. In particular, the invention relates to a functionalised polyvinyl chloride (PVC) polymer for medical use, which is flexible and compatible with blood. The invention relates specifically to a biomolecule-functionalised PVC and to the production method thereof, for the purpose of producing a flexible, blood-compatible polymer for use in medicine.

Inventors:
URZÚA ACEVEDO, Marcela (Las Palmeras 3425, ÑuñoaSantiago, 03, 7800003, CL)
SANDOVAL ROCUANT, Carolina (Las Palmeras 3425, ÑuñoaSantiago, 03, 7800003, CL)
YAZDANI-PEDRAM ZOBEIRI, Mehrdad (Sergio Livingstone 1007, IndependenciaSantiago, 92, 8380492, CL)
MARTÍNEZ FIGUEROA, Rafael (Avenida Pedro de Valdivia 1509, ProvidenciaSantiago, 15, 7501015, CL)
Application Number:
IB2017/056823
Publication Date:
May 11, 2018
Filing Date:
November 02, 2017
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
UNIVERSIDAD DE CHILE (Avenida Libertador Bernando O' Higgins 1058, SantiagoSantiago, 11, 8330111, CL)
International Classes:
C08F14/06; A61L27/34; A61L29/08; A61L31/10; A61L33/06; C08F214/06; C08G81/00; C08J5/18
Foreign References:
US5053453A1991-10-01
US5053453A1991-10-01
Other References:
ROCUANT, C. D. C. S.: "Funcionalizacideltan de poli (cloruro de vinilo) con aminoacidos: Estudio de propiedades superficiales, potenciales aplicaciones en Medicina", TESIS DOCTOR EN QUIMICA, May 2016 (2016-05-01), pages 129, XP055482395
SANDOVAL C. ET AL.: "Chemical modification of poly(vinyl chloride) with amino acids to altering surface wettability.", FRONTIERS IN POLYMER SCIENCE;THIRD INTERNATIONAL SYMPOSIUM, 21 May 2013 (2013-05-21) - 23 May 2013 (2013-05-23), Sitges, Spain, XP055482429, Retrieved from the Internet [retrieved on 20180123]
BOLDUC, O. R. ET AL.: "Monolayers of 3-mercaptopropyl-amino acid to reduce the nonspecific adsorption of serum proteins on the surface of biosensors", LANGMUIR, vol. 24, no. 20, 2008, pages 12085 - 12091, XP055482434, Retrieved from the Internet
STATZ, A. R. ET AL.: "Protein, cell and bacterial fouling resistance of polypeptoid-modified surfaces: effect of side-chain chemistry", SOFT MATTER, vol. 4, no. 1, 7 January 2008 (2008-01-07), pages 131 - 139, XP055057276, Retrieved from the Internet
ASADINEZHAD, A. ET AL.: "Recent progress in surface modification of polyvinyl chloride", MATERIALS, vol. 5, no. 12, 18 December 2012 (2012-12-18), pages 2937 - 2959, XP055482457, Retrieved from the Internet
DAMODARAN, V. B. ET AL.: "Bio-inspired strategies for designing antifouling biomaterials", BIOMATERIALS RESEARCH, vol. 20, no. 1, 20 June 2016 (2016-06-20), https://doi.org/10.1186/s40824-016-0064-4, pages 18, XP055482467
Attorney, Agent or Firm:
CLARKE MODET & CO. CHILE LIMITADA (Huérfanos 835, Piso 10,Santiag, Santiago 76, 8320176, CL)
Download PDF:
Claims:
REIVINDICACIONES

1 . Un método de obtención de un policloruro de vinilo (PVC) funcionalizado, CARACTERIZADO porque comprende las siguientes etapas:

i. mezclar un PVC de peso molecular inferior a 200.000 g/mol con uno o más aminoácidos (Aa) seleccionados del grupo de aminoácidos con índice hidropático entre -3,5 y 1 ,8 y con un catalizador seleccionado del grupo de carbonatos alcalinos en una relación molar seleccionada de entre 1 :1 :1 a 2:2:1 , en un solvente de disolución y bajo atmosfera inerte;

¡i. agitar la mezcla a 1 .000 rpm, manteniéndola a una temperatura constante de entre 50°C y 120°C durante un tiempo entre 20 y 120 minutos;

Ni. precipitar el polímero en un solvente de precipitación.

iv. centrifugar entre 5.000 y 12.000 rpm durante entre 10 a 60 minutos a 25°C temperatura;

v. purificar el polímero funcionalizado mediante la disolución en un solvente de disolución y la precipitación en un solvente de precipitación.

2. El método de obtención de un PVC funcionalizado de acuerdo a las reivindicación 1 , CARCATERIZADO porque el catalizador utilizado en la etapa (i) se selecciona del grupo de carbonatos alcalinos tales como carbonato de litio (Li2C03), carbonato de sodio (Na2C03) y carbonato de potasio (K2C03).

3. El método de obtención de un PVC funcionalizado de acuerdo a las reivindicaciones 1 a 2, CARACTERIZADO porque del grupo de animoácidos (Aa) con índice hidropático entre -3,5 y 1 ,8 utilizados en la etapa i) se seleccionan de entre los aminoácidos Gly o β-Ala.

4. El método de obtención de un PVC funcionalizado de acuerdo a las reivindicaciones 1 a 3, CARACTERIZADO porque el solvente de disolución utilizado en las etapas i) y v) es seleccionado de entre dimetilsulfoxido (DMSO) anhidro, ciclohexanona, diclorobenceno, dimetilform amida.

5. El método de obtención de un PVC funcionalizado de acuerdo a las reivindicaciones 1 a 4, CARACTERIZADO porque el solvente de precipitación utilizado en las etapas iii) y v) comprende Metanol/Agua (MeOH/H20) o etanol/Agua (EtOH/H20) que se encuentran en una relación 2:1 v/v.

6. El método de obtención de un PVC funcionalizado de acuerdo a las reivindicaciones 1 a 5, CARACTERIZADO porque para la atmósfera inerte se utiliza un gas seleccionado de entre nitrógeno o argón.

7. El método de obtención de un PVC funcionalizado de acuerdo a las reivindicaciones 1 a 6, CARACTERIZADO porque además se agregar a la mezcla de la etapa i) un plastificante, tal como di-(2-etilhexil) ftalato (DEHP) en una cantidad inferior a 20% p/p, específicamente 10% p/p.

8. Un polímero de policloruro de vinilo (PVC) funcionalizado CARACTERIZADO porque comprende pesos moleculares inferiores a 200.000 g/mol; en donde su espectro FT-IR de cada PVC funcionalizado se observa la banda de absorción que corresponde a la tensión C=C en 1 .630 cnr1 , se observa la banda de absorción que corresponde a la tensión C=0 en 1 .734 cnr1 y una banda de absorción ancha en 3.340 cnr1 correspondiente a la vibración de tensión O-H; en donde la banda de absorción correspondiente a la tensión N-H se encuentra acoplada con la banda asociada al grupo O-H y en donde la banda de absorción correspondiente a la tensión C-CI se observa en 685 cnr1 ; en donde además su espectro RMN1 H muestran una señal intensa en 5 ppm, que corresponde a los protones olefínicos (- CH=CH-) presentes en gran parte de la cadena polimérica, una señal en 2,5 ppm que corresponde al protón del grupo amino (-NH-), una señal que se encuentra en 3,3 ppm que corresponde a un acoplamiento de las señales asociadas al protón metínico unido al resto aminoacídico (CH-N) y al protón metínico unido al átomo de cloro (CH-CI), una señal en 4,2 ppm asociada al protón metilénico del resto aminoacídico; su espectro RMN13C muestra dos señales en 40 y 70 ppm que corresponden a la presencia de carbonos metínicos y metilenicos, y una señal en 135 ppm que corresponde a los carbonos olefínicos (CH=CH) presentes en la cadena polimérica.

Description:
PVC FUNCIONALIZADO CON BIOMOLÉCULAS Y SU MÉTODO DE OBTENCIÓN

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se relaciona con la industria médica. En particular, se relaciona con un polímero policloruro de vinilo (PVC) funcionalizado para uso médico, que sea flexible y compatible con la sangre.

Específicamente se relaciona con un PVC funcionalizado con biomoléculas y su método de obtención, con el fin de obtener un polímero flexible y compatible con la sangre para su posterior uso médico. Las biomoléculas utilizadas para funcionalizar este PVC corresponden a aminoácidos con índice hidropático entre -3,5 y 1 ,8.

ESTADO DEL ARTE

El Poli(cloruro de vinilo) (PVC) es uno de los polímeros más utilizados en el mundo, ya que sus propiedades, tales como, la alta resistencia a agentes químicos, baja solubilidad y bajo costo, permiten su aplicación en diversos campos como la construcción, envasado, electricidad y medicina.

Para que un polímero pueda ser utilizado en medicina, específicamente, en dispositivos de almacenamiento de sangre, catéteres, tubos, etc. en contacto con sangre, el polímero debe cumplir con ciertas propiedades mecánicas. En el caso específico del PVC se requiere que este posea flexibilidad requerida y para ello se utiliza en presencia de plastificantes. Actualmente, el di-(2-etilhexil) ftalato (DEHP) es el plastificante más utilizado en dispositivos médicos, como bolsas de almacenamiento de sangre, mangueras, tubos, catéteres intravenosos, ya que proporciona la flexibilidad necesaria al PVC. Sin embargo, el DEHP presenta desventajas como toxicidad aguda en animales y humanos, en donde la concentración diaria tolerable de DEHP en la sangre es de 48 μg/L por día. El principal problema es que, el DEHP al no estar unido covalentemente al PVC, se desprende de las bolsas para almacenamiento de sangre e ingresa al organismo, generando efectos adversos para la salud. En dispositivos médicos, tales como las bolsas para almacenamiento de sangre, la concentración del aditivo DEHP durante los procesos de diálisis y transfusiones de sangre supera los 2.200 μg/L por día. Es decir, supera 40 veces la dosis diaria tolerable. La presente invención permite disminuir o evitar el uso de DEHP en PVC, manteniendo o aumentando la flexibilidad de dicho PVC.

Otra propiedad que deben tener los polímeros que se utilizan en dispositivos médicos corresponde a la compatibilidad con la sangre. La compatibilidad con la sangre está relacionada con la resistencia a generar coágulos en la superficie del material. La coagulación es un proceso que se inicia con la adhesión y activación de las plaquetas presentes en la sangre. Por lo tanto, un polímero que resista la adhesión de plaquetas en su superficie, evitará la formación de coágulos y será más compatible con la sangre. Se ha comprobado que la adhesión de plaquetas en una superficie está directamente relacionada con la humectabilidad que presenta la superficie. Así, una superficie hidrofóbica tendrá mayor adhesión de plaquetas en contacto con la sangre y una superficie menos hidrofóbica será más resistente a la adhesión de plaquetas. El PVC no es compatible con la sangre; por lo tanto, nuevamente los aditivos juegan un rol importante en mejorar una propiedad y permitir el uso de PVC en medicina.

La presente invención usa la modificación química como alternativa para mejorar la compatibilidad del PVC con la sangre, al modificar químicamente PVC mediante la funcionalizacion con moléculas hidrofílicas, aumentará la humectabilidad en la superficie de una película de PVC y mejorará su compatibilidad con la sangre. De este modo, la solución entregada por la presente invención consiste en evitar o disminuir el uso de aditivos de flexibilidad, de los cuales DEHP es el principal.

El PVC es blanco y tiene una densidad de entre 1 ,38-1 ,40 g/cc. Su temperatura de fusión depende del grado de polimerización y varía de 80 a 85 °C. En el proceso de polimerización, el PVC puede alcanzar pesos moleculares cercanos a 200.000 g/mol.

La solubilidad del PVC es dependiente del peso molecular. Así, a pesos moleculares elevados por sobre 180.000 g/mol, el PVC resulta soluble solo en solventes orgánicos tales como ciclohexanona, metilciclohexanona, tetrahidrofurano (THF) y clorobenceno. El PVC es resistente al agua y a los agentes químicos (ozono, ácidos concentrados y bases alcalinas en frío). Sin embargo, presenta una baja resistencia al calor y a la luz, descomponiéndose gradualmente con pérdida de ácido clorhídrico, y posterior oxigenación de los dobles enlaces. La baja estabilidad térmica del PVC se debe principalmente a los defectos estructurales que contiene. Estos defectos son los puntos principales donde ocurre la reacción de deshidrocloración que genera polienos conjugados y provocan la eventual pérdida de las propiedades del PVC.

Para evitar la deshidrocloración y mejorar las propiedades de PVC, que permitan su procesamiento y aplicación, es necesario el uso de ciertos aditivos:

a) Estabilizantes que evitan su degradación durante el procesamiento, que corresponden a antioxidantes y compuestos "atrapadores" de ácido clorhídrico: carbonatos alcalinos o alcalinotérreos, fosfatos, estearatos, lactato de sodio, silicato de calcio, etc.

b) Lubricantes que impiden la adhesión de PVC a las superficies de la maquinaria de procesamiento. Se utiliza ácido esteárico, estearatos metálicos, ásteres de ácidos grasos y polietilenos de bajo peso molecular.

c) Plastificantes que permiten aumentar su flexibilidad. Se utilizan ftalatos como di-(2- etilhexil) ftalato (DEHP), diisodecilftalato (DIDP) y diisononilftalato (DINP) entre otros.

La cantidad y el tipo de aditivos utilizados en el PVC determinarán su aplicación.

Actualmente el PVC tiene amplias aplicaciones en diversos campos. En el campo de la medicina, el PVC se utiliza en bolsas para almacenamiento de sangre, catéteres, tubos, etc. Además de tener cierta flexibilidad, un material que se utiliza en dispositivos médicos, tales como para almacenamiento de sangre, catéteres, tubos, etc., debe ser compatible con la sangre. La compatibilidad con la sangre está relacionada con la capacidad que tiene el material de evitar la formación de coágulos al entrar en contacto con la sangre. Normalmente, cuando existe un daño vascular, las plaquetas circundantes se unen a las fibras de colágeno en los sitios del daño y se forman coágulos. Luego, las plaquetas se activan perdiendo su forma y rugosidad superficial. Estos eventos son balanceados por procesos anticoagulantes intrínsecos. Sin embargo, en una superficie sintética, la formación de coágulos refleja la mala compatibilidad del material con la sangre. El fibrinogeno es la proteína central en el proceso de coagulación inducida por un material. Sobre esta proteína se adhieren las plaquetas que posteriormente se activan para formar trombos.

Las propiedades de la superficie del material afecta la adsorción, la estructura y la función de las proteínas involucradas en el proceso de coagulación. Las propiedades superficiales determinantes son: la energía libre superficial y humectabilidad, la naturaleza química de la superficie, y la topografía (ver Figura 1 ). La humectabilidad en general, incluye todos los fenómenos involucrados en el contacto entre tres fases, de las cuales al menos dos son fluidos (líquidos o gaseosos). Un caso típico es un líquido mojando una superficie sólida en un ambiente gaseoso. La humectabilidad está directamente relacionada con la energía superficial. La humectabilidad de una superficie sólida es mayor cuanto menor es el ángulo de contacto y por lo tanto, menor será la energía superficial. Es decir, una superficie hidrofílica tendrá una energía superficial menor que una superficie hidrofóbica.

En general, las superficies hidrofóbicas tienden a absorber mayor cantidad de proteínas que las hidrofílicas (ver Figura 2). Es decir, las superficies con una energía superficial baja, resisten más la adhesión de plaquetas y son más compatibles con la sangre.

La presente invención tiene relación con la funcionalización de PVC para mejorar las propiedades de dicho polímero tales como su flexibilidad y su compatibilidad con la sangre, debido a que contribuye a evitar o disminuir el uso de plastificantes dañinos para la salud humana.

En la patente US 5.053.453 A de fecha 1 de Octubre de 1991 , se describen materiales tromborresistentes que comprenden hirudina o derivados de hirudina unidos covalentemente a materiales de apoyo de tal manera que la composición resultante tiene sustancialmente la misma actividad biológica que la hirudina. También se describen métodos para hacer tales composiciones. El material tromborresistente comprende una proteína que tiene una secuencia de aminoácidos suficientemente complementaria a los sitios de unión trombina hirudina tales como los que tienen actividad trombótica, unidos covalentemente a través de un grupo de unión a un material de soporte, en donde el material de soporte es un polímero. Dentro de los polímeros usados se indica al PVC mezclado con entre un 30-40% p/p de plastificantes tales como di-(2-etilhexil) ftalato (DEHP).

DESCRIPCION RESUMIDA DE LA INVENCIÓN

La presente invención se relaciona con la funcionalización de PVC de distinto peso molecular (inferiores a 200.000 g/mol), con aminoácidos con índice hidropático entre -3,5 y 1 ,8, con la finalidad de aumentar el carácter hidrofílico del PVC y así aumentar su compatibilidad con la sangre. Además, con estas funcionalizaciones se logra incorporar cadenas laterales al PVC aumentando su flexibilidad, lo que permite disminuir o evitar el uso de plastificantes en bolsas para almacenamiento de sangre.

Las películas poliméricas que usan el PVC funcionalizado con Gly o β-Ala son menos hidrofóbicas que las películas de PVC sin funcionalizar.

Del mismo modo la contribución de la parte polar es mayor en las películas de PVC funcionalizado con los aminoácidos con índice hidropático entre -3,5 y 1 ,81 , especialmente con los aminoácidos Gly o β-Ala, respecto del PVC sin funcionalizar.

Los ensayos de adhesión de plaquetas de las películas de PVC funcionalizadas con los aminoácidos con índice hidropático entre -3,5 y 1 ,81 , especialmente con los aminoácidos Gly o β-Ala, resultaron ser compatibles con la sangre.

De acuerdo a los ensayos de tracción realizados, la flexibilidad del PVC funcionalizado resultó ser mayor respecto del PVC sin funcionalizar.

En resumen, se puede concluir que un PVC funcionalizado con los aminoácidos de índice hidropático entre -3,5 y 1 ,81 , específicamente con los aminoácidos Gly o β-Ala, obtiene películas poliméricas más flexibles y compatibles con la sangre, respecto del PVC sin funcionalizar. Esto permite la obtención de un material para uso médico, tal como bolsas para almacenamiento de sangre, catéteres, tubos, etc., con menor o nulo porcentaje de plastificantes.

DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS En la Figura 1 se observa una ilustración de la disminución en la adsorción de fibrinogeno y adhesión de plaquetas en una superficie modificada.

En la Figura 2 se observa una ilustración esquemática de adsorción de proteínas en dominios hidrofóbicos (negro) en una matriz hidrofílica (blanco).

En la Figura 3 se observan espectros IR-TF de (A) PVC de 43.000 g/mol (PVC43), (B) PVC de 80.000 g/mol (PVC80) y (C) PVC de 161 .000 g/mol (PVC161 ) sin funcionalizar y funcionalizado con los aminoácidos Gly y β-Ala. Para cada funcionalización se muestran dos tiempos de reacción de preparación del producto, es decir, al utilizar Gly en tiempos de reacción 60 y 120 min (tiempo 1 y 2 respectivamente, asignadas como PVC43-Gly1 , PVC80-Gly1 y PVC161 -Gly1 , para el tiempo 1 y PVC43-Gly2, PVC80-Gly2 y PVC161 -Gly2 para el tiempo 2) y al utilizar β-Ala en tiempos de reacción 20 y 40 min (tiempo 1 y 2 respectivamente).

En la Figura 4 se observan los espectros (A) RMN1 H y (B) RMN13C para PVC43-Gly2 (tiempo 2 de 120 min).

En la Figura 5 se observan los espectros (A) RMN1 H y (B) RMN13C para PVC43-Ala2 (tiempo 2 de 40 min).

En la Figura 6 se observan perfiles de degradación térmica para PVC43, PVC80 y PVC161 funcionalizados con Gly y β-Ala.

En la Figura 7 se observan termogramas de calorimetría diferencial de barrido (DSC) para PVC43, PVC80 y PVC161 sin funcionalizar y funcionalizados con los aminoácidos Gly y β- Ala a dos tiempos de reacción cada uno, es decir, se utiliza Gly en tiempos de reacción 60 y 120 min (tiempo 1 y 2 respectivamente) y se utiliza β-Ala en tiempos de reacción 20 y 40 min (tiempo 1 y 2 respectivamente).

En la Figura 8 se observan: (A) Ensayos de tracción expresados como tensión (σ) en función de la deformación (ε) para PVC80, PVC80-Gly1 , PVC80-Ala2 y Bolsa 1 (Bolsa comercial). (B) Región de deformación elástica de las curvas.

En la Figura 9 muestra microfotog rafias ópticas de plaquetas adheridas a película de PVC43, Bolsa 1 y películas de PVC funcionalizado con Gly y β-Ala.

En la Figura 10 se muestra la cantidad de plaquetas adheridas por cada μηι 2 de superficie (barras) y ángulo de contacto (círculos) para película de PVC43, Bolsa 1 (Bolsa comercial) y películas de PVC funcionalizado con Gly y β-Ala.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCIÓN

La presente invención divulga películas poliméricas para uso médico, que están compuestas por PVC funcionalizado con un aminoácido (Aa) que permite obtener películas poliméricas con mayor flexibilidad y compatible con la sangre.

El método de obtención de este PVC funcionalizado comprende las siguientes etapas:

i. mezclar un PVC de peso molecular inferior a 200.000 g/mol con un aminoácido seleccionado del grupo de aminoácidos con índice hidropático entre -3,5 y 1 ,8 y con un catalizador seleccionado del grupo de carbonatos de sales alcalinas en una relación molar de entre 1 :1 :1 a 2:2:1 , principalmente 3:3:2, en un solvente de disolución y bajo atmosfera inerte;

¡i. agitar la mezcla a 1000 rpm, manteniéndola a una temperatura constante de entre 50°C y 120°C durante un tiempo entre 20 y 120 minutos;

iii. agregar un polímero en un solvente de precipitación.

iv. centrifugar entre 5.000 y 12.000 rpm durante entre 10 a 60 minutos a 25°C temperatura; v. purificar el polímero funcionalizado mediante la disolución en un solvente de disolución y la precipitación en un solvente de precipitación y secado a masa constante.

El peso molecular del PVC utilizado en la etapa i) se seleccionada de entre 43.000, 80.000 y 161 .000 g/mol.

Del grupo de aminoácidos con índice hidropático entre -3,5 y 1 ,8, los aminoácidos utilizados en la etapa i) se seleccionan de entre Gly o β-Ala.

Dentro del grupo de carbonatos alcalinos se encuentran carbonato de litio (Li 2 C0 3 ), carbonato de sodio (Na 2 C0 3 ), carbonato de potasio (K 2 C0 3 ).

El solvente de disolución utilizado en las etapas i) y v) es seleccionado de entre dimetilsulfoxido ( DMSO) anhidro, ciclohexanona, diclorobenceno, dimetilformamida.

El solvente de precipitación utilizado en las etapas iii) y v) comprende Metanol/Agua

(MeOH/H 2 0) o etanol/Agua (EtOH/H 2 0) que se encuentran en una relación 2:1 v/v.

Para lograr la atmósfera inerte en la etapa (i), se utiliza un gas seleccionado de entre nitrógeno, argón, etc.

Además, de manera alternativa es posible agregar a la mezcla de la etapa i) un plastificante, tal como di-(2-etilhexil) ftalato (DEHP) en una cantidad inferior a 10% p/v, específicamente 10% p/p. La identificación molecular del PVC funcionalizado con un aminoácido seleccionado del grupo de aminoácidos con índice hidropático entre -3,5 y 1 ,8, se realizó mediante espectroscopia de infrarrojo con transformada de Furrier (IR-TF), resonancia magnética nuclear de protones (RMN 1 H) y de carbono-13 en estado sólido (RMN 13 C), análisis elemental, análisis termogravimétrico (TGA) y calorimetría diferencial de barrido (DSC).

R: — CH2— — CH2-CH2—

Glicina β-Alanina

* x=0,10

** y=0,85

*** z=0,05

En los espectros FT-IR de la Figura 3 se observa que en las muestras de PVC funcionalizados, la banda de absorción correspondiente a la tensión C=C aparece aproximadamente en 1 .630 cnr 1 . Por otro lado, en cada PVC funcionalizado también se observa la banda de absorción que corresponde a la tensión C=0 alrededor de 1 .734 cnr 1 y una banda de absorción ancha en aproximadamente 3.340 cnr 1 correspondiente a la vibración de tensión O-H. La banda de absorción correspondiente a la tensión N-H debió aparecer aproximadamente en 3.300 cnr 1 , la que se encuentra probablemente acoplada con la banda asociada al grupo hidroxilo. Se observa que la intensidad de la banda de absorción asociada al enlace C=C es mayor a aquellas relacionadas con los residuos aminoacídicos unidos a la cadena principal del polímero. La banda de absorción correspondiente a la tensión C-CI se observa aproximadamente en 685 cnr 1 , cuya intensidad disminuye en los PVC funcionalizados. Se puede observar en la Figura 4 una señal intensa en 5 ppm, que corresponde a los protones olefínicos (-CH=CH-) presentes en gran parte de la cadena polimérica. Se observa además, una señal en 2,5 ppm que corresponde al protón del grupo amino (-NH), lo que indica la incorporación del aminoácido en la cadena de PVC. Esta señal se encuentra acoplada con la señal asociada a los protones metilénicos (-CH 2 -) de la cadena principal del polímero. La señal que se encuentra en 3,3 ppm corresponde a un acoplamiento de las señales asociadas al protón metínico unido al resto aminoacídico (CH-N) y al protón metínico unido al átomo de cloro (CH-CI). La señal en 4,2 ppm se asocia al protón metilénico del resto aminoacídico.

En la Figura 5 se observa la presencia de carbonos metínicos y metilénicos, cuyas señales se encuentran entre 40 y 70 ppm. Además, se observa una señal en 135 ppm que corresponde a los carbonos olefínicos (CH=CH) presentes en la cadena polimérica. Esto, nuevamente evidencia la funcionalizacion de PVC con aminoácido y la presencia de insaturaciones en la cadena principal del polímero. Análisis Elemental

Se realizó el análisis elemental para determinar el grado de funcionalizacion (GF) de algunos polímeros funcionalizados

Tabla 1 : Porcentajes de nitrógeno, carbono e hidrógeno obtenidos por análisis elemental para PVC43, PVC80 y PVC161 funcionalizado con Gly y β-Ala.

N C H

Polímero

(%) (%) (%)

PVC43-Gly1 1 ,08 35,94 4,33

PVC43-Gly2 1 ,46 34,02 4,70

PVC43-Ala1 0,26 36,73 4,56

PVC43-Ala2 3,93 39,27 5,66

PVC80-Gly1 1 ,32 36,03 4,53

PVC80-Gly2 2,57 35,09 4,66

PVC80-Ala1 0,57 40,82 5,22

PVC80-Ala2 1 ,18 34,22 4,35

PVC161 -Gly1 0,42 37,01 4,76

PVC161 -Gly2 0,54 37,17 4,81

PVC161 -Ala1 0,55 39,83 5,14 PVC161 -Ala2 0,75 37,50 4,98

Mediante los siguientes cálculos matemáticos, se obtienen los grados de funcionalización indicados en la Tabla 2.

Cálculo de Grado de Funcionalización (GF)

Para calcular GF se debe considerar el caso hipotético en que el PVC se funcionaliza un 100% con el aminoácido utilizado.

Por ejemplo, al utilizar β-Ala, el polímero 100 % funcionalizado sería el siguiente:

Primeramente, se debe considerar el peso molecular de la unidad monomérica de PVC (Ur 0 = 62,5 g/mol) y del polímero funcionalizado (ΙΙη 0 ο= 1 15 g/mol).

Luego, se debe calcular el porcentaje en masa de nitrógeno presente en cada unidad monomérica. Para PVC, %N= 0 y para el polímero funcionalizado, %N = 12,2.

Posteriormente, se considera la relación %N = m - Ur + b que corresponde a la ecuación de una recta, en donde m es la pendiente y b el intercepto (ambos constantes) y Ur corresponde al peso molecular de la unidad monomérica del polímero con GF desconocido, para construir un sistema de ecuaciones, de la siguiente manera:

Cuando no hay funcionalización se cumple 0 = m - 62,5 + b

Cuando hay 100 % de funcionalización se cumple 12,2 = m 115 + b Luego, se obtienen los valores de m y b m = 0,232 b = -14,5

Entonces, para PVC funcionalizado con β-Ala, se tiene la siguiente relación:

%N = 0,232 - Ur - 14,5 (A1 )

Donde Ur, es el peso molecular de la unidad monomérica del polímero con grado de funcionalización desconocido y %N es el porcentaje en masa de nitrógeno del polímero, cuyo valor viene dado por análisis elemental. Para PVC80-Ala1 , se tiene por análisis elemental que %N= 0,592. Éste valor se reemplaza en la ecuación A1 para obtener Ur= 65,0 g/mol.

Posteriormente, se considera la relación Ur = Ur 0 x + Ur l00 - y , donde x corresponde a la fracción del polímero sin funcionalizar e y es la fracción funcionalizada del polímero.

Con esto, se construye un segundo sistema de ecuaciones:

65,0 = 62,5 - x + 115 - .y

x + y = 1

Luego, se obtienen los valores de x e y x = 0,951 y = 0,0486

Finalmente, al expresar el valor de y en porcentaje, se tiene GF= 4,9 %. Tabla 2: Grados de funcionalización de PVC funcionalizado con Gly y β-Ala.

GF GF GF

Polímero Polímero Polímero

(%) (%) (%)

PVC43-Gly1 7,8 PVC80-Gly1 9,5 PVC161 -Gly1 3,0

PVC43-Gly2 10,5 PVC80-Gly2 18,5 PVC161 -Gly2 3,9

PVC43-Ala1 2,3 PVC80-Ala1 4,9 PVC161 -Ala1 4,7

PVC43-Ala2 32,5 PVC80-Ala2 9,9 PVC161 -Ala2 6,3

Se puede observar en la Tabla 2 los grados de funcionalización de PVC con aminoácidos obtenidos. Los bajos GF se atribuyen a la baja nucleofilicidad del grupo amino en cada aminoácido.

Además, se puede observar en la Tabla 2 que al funcionalizar PVC43, PVC80 y PVC161 con los aminoácidos Gly, β-Ala existe una relación entre el GF y el tiempo de reacción. En general, se observa que el GF es mayor cuando mayor es el tiempo de reacción. Es decir, a mayor tiempo de reacción hay mayor incorporación de moléculas de aminoácido en la cadena de PVC y por tanto el GF es mayor.

También se observa una relación entre el grado de funcionalización y el peso molecular de PVC. En general, se obtienen GF mayores al utilizar PVC80, y GF menores al utilizar PVC161 . Esto se debe a la conformación ovillada que adoptan los polímeros en disolución. El PVC ovillado de mayor peso molecular tendrá menos disponibles los sitios activos donde podría ocurrir la reacción de sustitución, por lo tanto, dará origen a polímeros menos funcionalizados.

Análisis Termoqravimétrico Se realizaron análisis termogravimétricos para estudiar el efecto de la funcionalización de PVC en la estabilidad térmica del polímero y corroborar la presencia de restos aminoacídicos en la cadena principal. En la Figura 6 se muestran los perfiles de degradación térmica de PVC, PVC funcionalizados con Gly y β-Ala.

Se observa en la Figura 6 que los perfiles de degradación térmica de PVC43, PVC80 y PVC161 son similares a los PVC funcionalizados. La primera temperatura de descomposición térmica (TDTi) del PVC corresponde a la pérdida de átomos de cloro. La segunda (TDT 2 ) se asocia a la ruptura de la cadena principal del polímero, causando la pérdida de hasta un 90 % de la masa inicial. En el caso de los PVC funcionalizados, la TDTi se puede atribuir a la ruptura de los residuos aminoacídicos unidos a la cadena principal del PVC, lo cual puede ocurrir en conjunto con la pérdida de los átomos de cloro. La TDT 2 , en estos casos también se atribuye a la ruptura de la cadena principal.

En la tabla 3 se muestran las temperaturas de degradación térmica de los sistemas poliméricos.

Tabla 3: Temperaturas de descomposición térmica (TDTi y TDT 2 ) para PVC43, PVC80 y PVC161 sin funcionnalizar y funcionalizados con los aminoácidos Gly y β-Ala.

TDTi TDT 2 TDTi TDT 2 TDTi TDT 2

Polímero Polímero Polímero

(°C) (°C) (°C) (°C) (°C) (°C)

PVC43 297 467 PVC80 306 467 PVC161 308 475

PVC43-Gly1 264 476 PVC80-Gly1 258 480 PVC161 -Gly1 268 472

PVC43-Gly2 248 470 PVC80-Gly2 245 472 PVC161 -Gly2 258 474

PVC43-Ala1 261 477 PVC80-Ala1 253 478 PVC161 -Ala1 261 474

PVC43-Ala2 244 474 PVC80-Ala2 241 478 PVC161 -Ala2 259 475

Se observa en la Tabla 3 que para PVC funcionalizados, la TDTi es menor que la TDTi del correspondiente PVC. Esto confirma que hay una alteración en la estabilidad del polímero debido a la incorporación de aminoácidos en la cadena principal de PVC. Este efecto se debe a que la energía del enlace C-CI (339 kJ/mol) en PVC es mayor que la energía del enlace C-N (305 kJ/mol) de los PVC funcionalizados.

Además, se observa que, en general, no hay variación significativa en la TDT 2 de los polímeros funcionalizados, comparada con la de PVC sin funcionalizar. Esto podría ser indicativo de que no hay cambios estructurales significativos en la cadena principal del polímero.

También se puede observar en la Tabla 3 que existe una relación entre la TDTi de los polímeros funcionalizados y el tiempo de reacción. En todos los casos, la TDTi es menor cuando mayor es el tiempo de reacción. Este comportamiento indica que al aumentar el tiempo de reacción, hay una mayor incorporación de aminoácidos en la cadena principal de PVC y, como consecuencia, una ligera disminución en la estabilidad térmica. Estos resultados están de acuerdo con los grados de funcionalizacion obtenidos por análisis elemental.

Además, se observa que, en general, la TDT 2 para los polímeros PVC43 y PVC80 funcionalizados es ligeramente mayor respecto de PVC43 y PVC80. Este resultado evidencia nuevamente la presencia de enlaces dobles en la cadena principal de los polímeros funcionalizados. Este efecto se debe a que la energía del enlace C=C (614 kJ/mol) es mayor que la energía del enlace C-C (347 kJ/mol). La TDT 2 para los polímeros PVC161 funcionalizados no presenta una diferencia significativa respecto de PVC161 . Esto permite indicar que los polímeros PVC161 funcionalizados presentan un número menor de enlaces dobles en su cadena principal, respecto de PVC43 y PVC80 funcionalizados.

Calorimetría diferencial de barrido

Se observa en la Figura 7 que al funcionalizar PVC80 con Gly o β-Ala, el valor de T g disminuye mientras que al hacer lo propio con PVC161 , el valor de T g aumenta. Estos resultados se relacionan con los valores de GF mostrados en la Tabla 2. Por ejemplo, el GF para PVC80-Gly1 y PVC80-Gly2 es 6,7 y 15,6 %, respectivamente, mientras que para PVC161 -Gly1 y PVC161 -Gly2 es 2,1 y 2,7 %, respectivamente. Esto indica que en los PVC80 funcionalizados existe una mayor cantidad de residuos aminoacídicos en la cadena principal, lo cual genera un aumento en el volumen libre del polímero, mayor libertad de movimiento entre las moléculas y por lo tanto, una menor T g . Por otro lado, en los PVC161 funcionalizados, al haber muy baja funcionalizacion y probablemente una gran cantidad de enlaces dobles en la cadena principal, aumenta el empaquetamiento respecto del polímero sin funcionalizar, por lo tanto, la T g aumenta.

En la Tabla 4 se muestran los valores de T g para cada polímero. En el caso de los polímeros sin funcionalizar, se observa una relación entre el peso molecular y la T g . Polímeros de menor peso molecular, presentan valores de T g menores. Esto se debe a que en un polímero de peso molecular menor, hay un mayor número de extremos de cadena, los cuales tienen mayor movilidad que los segmentos intermedios. Esto trae como consecuencia que las cadenas poliméricas más cortas necesiten menos energía para desplazarse unas sobre otras, reflejándose en valores menores de T g . Tabla 4: Temperaturas de transición vitrea (T g ) para PVC43, PVC80 y PVC161 sin funcionalizar y funcionalizado con los aminoácidos Gly y β-Ala a tiempos de reacción 1 y 2. Cada funcionalizacion se realizó a dos tiempos de reacción, es decir, al utilizar Gly, la reacción se hizo a 60 y 120 min (tiempo 1 y 2, respectivamente) y al utilizar β-Ala, los tiempos de reacción fueron 20 y 40 min (tiempo 1 y 2, respectivamente).

Tg Tg

Polímero Polímero Polímero

(°C) (°C) (°C)

PVC43 83 PVC80 87 PVC161 92

PVC43-Gly1 76 PVC80-Gly1 69 PVC161 -Gly1 101

PVC43-Gly2 84 PVC80-Gly2 68 PVC161 -Gly2 104

PVC43-Ala1 75 PVC80-Ala1 61 PVC161 -Ala1 103

PVC43-Ala2 1 16 PVC80-Ala2 75 PVC161 -Ala2 96

Se observa en la Tabla 4 que los PVC43 y PVC80 funcionalizados presentan valores menores de T g , respecto de los correspondientes PVC sin funcionalizar. Esto se debe a la inserción de moléculas de mayor volumen que el átomo de Cl en la cadena principal del PVC, las cuales generan un aumento en el volumen libre del polímero, producen menor empaquetamiento y disminuyen la T g .

La T g puede indicar la flexibilidad relativa de los polímeros. Así, un polímero con una menor T g , cuyas cadenas poliméricas presentan mayor grado de libertad, tendrá una mayor flexibilidad.

Para disminuir o evitar el uso de plastificantes en dispositivos médicos como bolsas de PVC para almacenamiento de sangre, es de vital importancia mantener o aumentar la flexibilidad del PVC.

Flexibilidad

Para estudiar la flexibilidad de los polímeros se realizaron ensayos de tensión-deformación. Para ello fue necesario utilizar películas obtenidas a partir de una solución que contiene 1 g de PVC o PVC funcionalizado en 25 mL de THF. Esta solución se depositó en una cápsula de petri (0=10 cm) y se dejó evaporar el solvente a temperatura ambiente.

A partir de estas películas se obtienen probetas de dimensiones: 10x70x0,2 mm 3 .

Para realizar el ensayo de tensión-deformación, se ubica la probeta en un dinamómetro con 30 mm de separación entre mordazas, aplicando una fuerza máxima de estiramiento de 10 kg y una velocidad de 5 mm/min. Para realizar los ensayos de tracción se seleccionaron los polímeros que presentaron mejor humectabilidad superficial, menor adhesión de plaquetas en su superficie y un peso molecular comparable al PVC utilizado en la fabricación de bolsas comerciales para almacenamiento de sangre. Asimismo, se realizaron ensayos de tracción a una bolsa comercial de sangre (Bolsa 1 : fabricada de PVC con un 40% de plastificante DEHP) para comparar sus propiedades con algunos de los polímeros estudiados.

En la Figura 8 se muestran los ensayos de tracción realizados a PVC80, PVC80-Gly1 , PVC80-Ala2 y Bolsa 1 (Bolsa comercial).

En la Figura 8 (A) se observa que PVC80-Gly1 y PVC80-Ala2 presentan un comportamiento plástico, con una elongación a la rotura de 209 % y 201 %, respectivamente. El PVC80 resultó ser muy frágil, presentando una elongación a la rotura de 70,9 %. Esto indica que al funcionalizar PVC80 con Gly o β-Ala mejora la elongación a la rotura del material.

La Figura 8 (B) muestra la ampliación de la zona de deformación reversible. Se puede observar que PVC80-Gly1 y PVC80-Ala2 presentan un módulo de elasticidad menor respecto de PVC80 (7,2; 2,6 y 12,8 MPa, respectivamente). Esto indica que PVC80-Gly1 y PVC80-Ala2 son más flexibles en comparación con PVC80.

También se observa en esta figura que PVC80-Ala2 no presenta punto de fluencia. Esto indica que frente al esfuerzo aplicado, las cadenas de PVC80-Ala2 no tienen mayor impedimento para desplazarse unas sobre otras, haciendo que la deformación sea cercana a una elastomérica. Este comportamiento es similar a lo que ocurre con el PVC plastificado en la bolsa de sangre.

Estos resultados indican que mediante la funcionalización de PVC con un aminoácido seleccionado del grupo de aminoácidos con índice hidropático entre -3,5 y 1 ,8, tales como Gly o β-Ala, se logra aumentar la flexibilidad de PVC80 y ésta se acerca a la que presenta la bolsa comercial para almacenamiento de sangre.

Compatibilidad con la sangre

La compatibilidad con la sangre que presentan las películas de PVC y PVC funcionalizado con Gly y β-Ala, se estudió realizando ensayos de adhesión de plaquetas sobre las películas poliméricas.

Para realizar los ensayos se utilizó PVC43. Sin embargo, es importante señalar que la adhesión de plaquetas en PVC80 es similar a PVC43, debido a que presentan el mismo grado de hidrofobicidad. Similarmente, se realizó el ensayo a la bolsa comercial de sangre, Bolsa 1 , para comparar su compatibilidad con las películas poliméricas en estudio. En la Figura 9 se muestran las imágenes ópticas de películas de PVC43, Bolsa 1 (Bolsa comercial), PVC43-Gly1 , PVC80-Gly1 , PVC43-Ala1 y PVC80-Ala1 obtenidas luego de su incubación en una solución de plaquetas.

Se puede observar en la Figura 9 que sobre la película de PVC43 se adhiere un gran número de plaquetas, en comparación con las películas de PVC funcionalizado. Por otro lado, sobre Bolsa 1 (Bolsa comercial) la adhesión de plaquetas es casi nula. Esto podría ser explicado en función de las interacciones de naturaleza hidrofobica que se establecen entre el polímero y las plaquetas. Las plaquetas presentan en su membrana restos aminoacídicos de naturaleza hidrofobica, los cuales interactúan con grupos hidrofobicos presentes en las superficies de las películas poliméricas. Estas interacciones son mayores en el PVC, debido a que éste presenta en su superficie mayor cantidad de grupos hidrofobicos en comparación a las películas de PVC funcionalizado con Gly o β-Ala. Por otro lado, la presencia de aditivos en la Bolsa 1 (Bolsa comercial) hace que en su superficie exista una baja cantidad de grupos hidrofobicos que interactúen con las plaquetas de la sangre.

En la Figura 10 se muestra un gráfico que indica la cantidad de plaquetas adheridas por cada μηι 2 de superficie y el ángulo de contacto para Bolsa 1 (Bolsa comercial) y para cada película polimérica.

Se puede observar en la Figura 10 que los valores de 9av para Bolsa 1 (Bolsa comercial) y cada película polimérica, en general, son directamente proporcionales con el número de plaquetas adheridas por μηι 2 de superficie.

Estos resultados permiten confirmar que al funcionalizar PVC43 o PVC80 con los aminoácidos Gly o β-Ala se obtiene un polímero que minimiza el comportamiento trombogénico de la sangre y resulta ser más hemocompatible. EJEMPLOS DE APLICACIÓN EJEMPLO 1

La funcionalización de PVC de peso molecular 43.000 g/mol con el aminoácido Gly se realizó mediante agitación magnética constante a 80 °C y bajo atmósfera de nitrógeno, utilizando DMSO anhidro como medio de reacción y carbonato de potasio como catalizador. La proporción molar de los reactivos fue de 1 :1 :1 para Gly /K 2 C03/PVC.La reacción se hizo a 60 min (tiempo 1 ).

La precipitación de los polímeros se realizó en una mezcla de MeOH/H 2 0 2:1 (v/v). Posteriormente se obtuvo el producto mediante centrifugación a 9.000 rpm durante 30 min a 25 °C. Finalmente, se purifica el polímero mediante disolución en DMSO y precipitación en la mezcla de MeOH/H 2 0, y se seca a masa constante en una estufa de vacío.

EJEMPLO 2

La funcionalizacion de PVC de peso molecular 80.000 g/mol con el aminoácido Gly se realizó mediante agitación magnética constante a 80 °C y bajo atmósfera de nitrógeno, utilizando DMSO anhidro como medio de reacción y carbonato de potasio como catalizador. La proporción molar de los reactivos fue de 2:2:1 para Gly/K 2 C03/PVC. La reacción se hizo a 120 min (tiempo 2).

La precipitación de los polímeros se realizó en una mezcla de MeOH/H 2 0 2:1 (v/v). Posteriormente se obtuvo el producto mediante centrifugación a 7.000 rpm durante 20 min a 25 °C. Finalmente, se purifica el polímero mediante disolución en DMSO y precipitación en la mezcla de EtOH/H 2 0, y se seca a masa constante.

EJEMPLO 3

La funcionalizacion de PVC de peso molecular 80.000 g/mol con el aminoácido β-Ala se realizó mediante agitación magnética constante a 80 °C y bajo atmósfera de nitrógeno, utilizando DMSO anhidro como medio de reacción y carbonato de potasio como catalizador. La proporción molar de los reactivos fue de 1 :1 :1 para β-Αΐ3/Κ 2 00 3 /Ρνθ. La reacción se hizo a 20 min (tiempo 1 ).

La precipitación de los polímeros se realizó en una mezcla de EtOH/H 2 0 2:1 (v/v). Posteriormente se obtuvo el producto mediante centrifugación a 10.000 rpm durante 25 min a 25 °C. Finalmente, se purifica el polímero mediante disolución en DMSO y precipitación en la mezcla de MeOH/H 2 0, y se seca a masa constante.

EJEMPLO 4

La funcionalizacion de PVC de peso molecular 161 .000 g/mol con el aminoácido β-Ala se realizó mediante agitación magnética constante a 80 °C y bajo atmósfera de nitrógeno, utilizando DMSO anhidro como medio de reacción y carbonato de potasio como catalizador.

La proporción molar de los reactivos fue de 3:3:2 para β-Αΐ3/Κ 2 00 3 Ρνθ. Además, se agregó una cantidad de 12% p/p de DEHP. La reacción se hizo a 40 min (tiempo 2).

La precipitación de los polímeros se realizó en una mezcla de MeOH/H 2 0 2:1 (V/V). Posteriormente se obtuvo el producto mediante centrifugación a 8.000 rpm durante 20 min a 25 °C. Finalmente, se purifica el polímero mediante disolución en DMSO y precipitación en la mezcla de MeOH/H 2 0, y se seca a masa constante.

EJEMPLO 5

Con los PVC funcionalizados obtenidos en los ejemplos anteriores 1 a 4, fueron elaboradas bolsas de almacenamiento de sangre, mangueras, tubos y catéteres intravenosos. Estos dispositivos médicos demostraron una cantidad de 2 plaquetas adheridas por μηι 2 de superficie.