Hidrogeles actuadores con doble sensibilidad y su aplicación en transistores químicos

Investigadores

RUEDA SÁNCHEZ, Juan Carlos

Unidad

Departamento de Ciencias

Fuentes de financiamiento

Fondo para la Innovación, Ciencia y Tecnología (FINCyT)

Año

2013

El objetivo principal de la presente investigación es la elaboración de transistores químicos (válvulas químicas), los cuales serán elaborados a partir de hidrogeles actuadores con sensibilidad tanto a la temperatura como al pH. Los hidrogeles se sintetizarán en base a segmentos termosensibles de poliN-isopropilacrilamida y a macromonómeros de 2-oxazolinas, los cuales contienen grupos ácido carboxílicos y por esto son sensibles al pH. Los transistores químicos así elaborados pueden ser aplicados, por ejemplo, en dispositivos de microfluidos para diagnostico medico in vitro, tecnología de genes, de análisis químico y de síntesis y tratamiento de sustancias bioquímicas. Respecto de esta investigación, tenemos ya un antecedente con resultados positivos. Tanto en la PUCP como en el IPF de Alemania, el prof. Rueda desarrolló un macromonómero, con el cual se elaboraron hidrogeles, los cuales mostraron tener mejores propiedades que otros materiales probados antes. Un manuscrito con los resultados de esta investigación ha sido aceptado por la revista alemana: Design of Monomers and Polymers (DMP-1248R1 Accepted for publication). Por esto, ahora con este proyecto FINCYT se pretende continuar con esta investigación y avanzar hacia la elaboración de los transistores químicos. Se harán muchas más variaciones estructurales del macromonómero y de los hidrogeles y se estudiaran otras alternativas de síntesis de hidrogeles para mejorar la estabilidad mecánica de los mismos y/o la sensibilidad

Objetivos

1.Elaboración de transistores químicos en base a hidrogeles actuadores con sensibilidad a la temperatura y al pH y apropiada estabilidad mecánica. Los hidrogeles serán elaborados en base a N-isopropilacrilamida y macromonómeros de 2-oxazolinas, por diferentes métodos.

Resultados

1.Obtención del prototipo de transistor químico y prueba de su funcionamiento. A partir de los hidrogeles se elaboraran los transistores químicos y se evaluara su funcionamiento hasta encontrar los hidrogeles más adecuados para este fin, tanto por su apropiada sensibilidad a la temperatura y al pH así como por su adecuada estabilidad mecánica. R2 Obtención de hidrogeles más adecuados para la construcción de los transistores químico.

2.Síntesis y caracterización de monómeros: 2-carboxietil-2-oxazolina y 2-metil-2-oxazolina.

3.Purificación de sustancias: de nisopropilacrilamida, clorometilestireno, carboxietiloxazolina, metiloxazolina, acetonitrilo. P3 macromonómeros por el método del Iniciador.

4. Obtención de hidrogeles mediante los métodos: tradicional, de hidrogeles interpenetrados, y de nanomateriales.

5.Hidrogeles secos mediante el método de molienda y tamizado.

Impacto

Se puede contribuir a crear una nueva tecnología para la fabricación de sistemas en miniatura de control de flujos con potenciales aplicaciones en biomateriales, en análisis clínicos, y quimicos en microescala, con la ventaja de tener menores costos, usar menores cantidades de productos químicos y de muestras y un menor impacto ambiental de los residuos y más rapidez en los resultados. También los transistores químicos podrían ser aplicados en síntesis de sustancias a microescala, desarrollo de catalizadores, computadores químicos.

La tecnología de los transistores químicos en base a hidrogeles debido a su miniaturización sería de menor costo y más prácticos que los sistemas actualmente en uso (totalmente electronicos) y por esto la entrada en el mercado de estos nuevos productos disminuiría el costo de la aplicación de tales sistemas. Con esta tecnología se vería beneficiada la sociedad en su conjunto por la mejora de las técnicas de análisis clínicos in vitro, la síntesis de sustancias bioquimicas, etc.

A futuro se verían beneficiados los sistemas de tratamiento y prevención de salud. En particular en forma inmediata con este proyecto se verían beneficiados los estudiantes de pregrado y posgrado porque se abrirán nuevas posibilidades de realizar estudios de posgrados o estadías de investigación en Alemania. Además nuestra Maestría en Ciencia e Ingeniería de Materiales de la PUCP se vería fortalecida por el contacto científico con los investigadores alemanes.

La aplicación de los transistores químicos en base a hidrogeles sensibles permitiría la miniaturización de los sistemas de análisis clínicos, químicos, elaboración de sustancias, análisis de procesos, lo que conllevaría a un menor uso de solventes o productos químicos en general y por consiguiente a un menor costo de estos y también menor impacto de contaminación en el medio ambiente por las sustancias usadas.

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