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UNIVERSITARIOS POTOSINOS 246 ABRIL 202016 MELÉNDEZ, J. Y DÍAZ DE LEÓN, L. PÁGINAS 16 A 21
Los polímeros de impresión molecular (MIP, por sus siglas en inglés)
son materiales sintéticos tridimensionales con cavidades específicas
para retener de manera selectiva a una molécula de interés (deno-
minada plantilla) por medio de adsorción a nivel molecular.
El análisis de un solo compuesto en mezclas complejas frecuen-
temente requiere diversos pasos de pretratamiento. Si el com-
puesto a analizar está presente en muy bajas concentraciones, es
necesario que sea concentrado para poder detectarlo mediante
técnicas analíticas estándares. Los MIP son polímeros que reco-
nocen de manera altamente específica a un compuesto o fami-
lia de compuestos; debido a esta propiedad, puede ser utilizado
como sistema de extracción, reduciendo así las interferencias en
Polímeros de impresión molecular
Recibido: 31.01.2020 I Aceptado: 03.03.2020
Palabras clave: Adsorción, analítica, contaminantes, polímeros impresos y selectividad.
JESSICA GUADALUPE MELÉNDEZ [email protected] DÍAZ DE LEÓN MARTÍNEZCOORDINACIÓN PARA LA INNOVACIÓN Y APLICACIÓN DE LA CIENCIA Y LA TECNOLOGÍA, UASLP
ABRIL 2020 246 UNIVERSITARIOS POTOSINOS 17MIP
el análisis para mejorar la capacidad
de detección de compuestos de in-
terés y para disminuir los costos de
análisis químico. Por estas razones,
han sido utilizados en las áreas de
química analítica ambiental,
medicina, nanociencias, en-
tre otras.
Los MIP se sintetizan en
presencia de esa plantilla,
lo que confiere al polímero
la forma, disposición, orienta-
ción y enlaces específicos que dan
lugar al fenómeno denominado
‘reconocimiento molecular’
(Díaz de León et al., 2018).
Se trata de materiales que
reproducen el mecanismo
de reconocimiento de los
sistemas biológicos (antíge-
no-anticuerpo) y actúan forman-
do un complejo de llave-cerradura en-
tre el polímero y la plantilla (figura 1).
Antecedentes
En 1931, un grupo de investigadores
ucranianos publicó un trabajo donde
reportó haber obtenido partículas de
silica en presencia de benceno, xileno
o tolueno. Lo interesante del estudio
es que eran mucho más selectivas
para la adsorción de benceno y tolue-
no que para las moléculas homólogas,
lo que reflejó la propiedad de memo-
ria del adsorbente (Polyakov, 1931).
Estos primeros trabajos coincidieron
en el tiempo con las nuevas teorías
en el campo del estudio del sistema
inmunológico.
En ese entonces, los científicos esta-
dounidenses Seeley Greenleaf Mudd
y Linus Carl Pauling comenzaban a
postular las bases del reconocimien-
to antígeno-anticuerpo (Mudd, 1932).
Los trabajos se centraban en compren-
der la especificidad biológica, y una de
sus muchas conclusiones se basó en
la idea de que el reconocimiento de
las uniones específicas no se estable-
cía sólo por las interacciones quími-
cas, sino que dependían de la forma
de la molécula.
Descubrieron que la unión antíge-
no-anticuerpo era como la de una
llave y una cerradura, ya que sus for-
mas eran complementarias. Estas
interacciones —un tanto ajustadas—
hacen que las moléculas estén tan cer-
ca que puedan establecerse uniones
entre ellas, ya sea del tipo de Van der
Waals (fuerzas atractivas entre molé-
culas o interacciones electrostáticas)
o enlaces por puentes de hidrógeno
(atracción entre un átomo de hidró-
geno —carga positiva— con un átomo
pequeño muy electronegativo —como
oxígeno o nitrógeno—). Pauling exten-
dió su idea a otros sistemas biológicos,
como las uniones enzima-sustrato,
ya postuladas por Hermann Emil Fi-
sher en 1894, o como los olores a los
receptores olfativos.
En 1949, Frank Dickey —estudiante de
Pauling— sintetizó de forma inorgánica,
partículas de silica en presencia de na-
ranja de metilo (un colorante azoderi-
vado, usado como colorante en varias
industrias); los resultados de esta inves-
tigación reportaron que el adsorbente
presentaba una gran afinidad por el
colorante (Dickey, 1949). Estas técnicas
comenzaron a aplicarse en la síntesis
de soportes específicos para cromato-
Polimerización Limpieza
PolímeroPolímero impreso con cavidades selectivas
Monómero Plantilla
Figura 1.
Proceso de impresión molecular
UNIVERSITARIOS POTOSINOS 246 ABRIL 202018 MELÉNDEZ, J. Y DÍAZ DE LEÓN, L. PÁGINAS 16 A 21
grafías en columna o en capa fina, en-
tre otros usos. Después de dos déca-
das de investigación en la tecnología de
impresión molecular, lograron sinteti-
zarse los primeros polímeros orgánicos
impresos (Sarhan y Zabrocki, 1973).
En la actualidad, la tecnología de im-
presión molecular se ha utilizado para
retener e identificar selectivamente
aminoácidos, proteínas, fármacos,
contaminantes orgánicos (plaguici-
das, colorantes, compuestos nitroge-
nados, organometálicos), entre otros
compuestos. Además, ha aumentado
el interés en el diseño, preparación y
caracterización de nuevos materiales
de reconocimiento molecular, entre
los que se encuentran los polímeros
de impresión molecular; esto se refleja
en el número de publicaciones cien-
tíficas que han aumentado desde su
descubrimiento hasta la actualidad, lo
cual se debe a su versatilidad, funcio-
nalidad y utilidad en muchos campos
de la química analítica, bioquímica,
biología, farmacia, medicina, biotecno-
logía e ingeniería.
¿Cómo se obtienen
los MIP?
En términos generales,
la técnica de impresión
molecular se basa en la
preparación, en presencia
del monómero adecuado, de
un polímero altamente entrecruzado
alrededor de un analito (componente
de interés analítico de una muestra
que se separa de la matriz) plantilla.
Están conformados por:
a) Plantilla. Es la molécula que
se desea extraer o analizar selec-
tivamente, por ejemplo, fármacos,
aminoácidos, carbohidratos, proteí-
nas, hormonas, plaguicidas, antibió-
ticos, entre otros.
b) Monómero funcional. Compues-
to que formará el polímero, unidad
por unidad. La selección del tipo de
monómero más adecuado se reali-
zará en función de las características
y grupos químicos funcionales de la
plantilla, con el que debe formar un
complejo estable. Una de las carac-
terísticas deseables en un MIP es
que entre la plantilla y el monóme-
ro se formen interacciones comple-
mentarias que aumenten la afinidad
y la selectividad en los poros.
c) Entrecruzante. Elemento res-
ponsable de generar la estructura
tridimensional del polímero y de
proporcionarle la estabilidad me-
cánica y rigidez. La selectividad es
altamente dependiente del tipo y
cantidad de agente entrecruzante
que se utilice en la síntesis.
d) Iniciador. Es el responsable de
iniciar el proceso de polimerización
por radicales libres. Se emplean di-
ferentes iniciadores; en función del
método de iniciación empleado,
éstos pueden ser por exposición a
radiación ultravioleta o calor.
e) Porógeno. Es el componente que
conduce la fuerza de las interaccio-
nes y otorga la morfología de la cavi-
dad selectiva de los polímeros. Debe
cumplir con ciertas características:
los demás compuestos que intervie-
nen en la polimerización deben ser
solubles en él y tener baja polaridad,
para reducir las interferencias du-
rante la formación del complejo de
polimerización, con la finalidad de
aumentar la selectividad del MIP.
La preparación se realiza por medio de
un proceso de polimerización que se
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basa en la generación de dos solucio-
nes: a) de prepolimerización y b) de po-
limerización; en la primera se añade la
plantilla y se pone en contacto con un
monómero, mientras que la segunda
consiste principalmente de una molé-
cula entrecruzante, un porógeno y, por
último, la adición de un iniciador que
realiza una reacción radicalaria y da lu-
gar al proceso de polimerización. Una
vez obtenido el polímero —y tras la ex-
tracción de la plantilla— se crean cavida-
des en su interior, que son complemen-
tarias en tamaño, forma geométrica y
orientación de grupos funcionales a la
molécula utilizada como plantilla (Díaz
de León-Martínez et al., 2018).
Existen diversos métodos de polime-
rización, entre los que destacan la
síntesis por emulsión, en masa y co-
precipitación, en donde la elección
del método dependerá de las carac-
terísticas fisicoquímicas que se desee
en el polímero.
En la polimerización por emulsión (fi-
gura 2a) se combinan un medio orgá-
nico hidrofóbico en que se encuentra
la mezcla de polimerización y un me-
dio dispersante orgánico o acuoso,
que sean inmiscibles (es decir, que no
constituyen una solución homogénea)
y formen dos fases. Este tipo de po-
limerización se da en las gotas de la
mezcla de polimerización, con agita-
ción y temperatura constante. La prin-
cipal ventaja de este procedimiento es
que permite controlar el tamaño de las
partículas y la obtención de poros ho-
mogéneos (figura 2b).
El método de polimerización en masa
(figura 3a) consiste en la síntesis del
polímero en el porógeno, este método
no requiere de agitación y se da me-
ramente por la adición del iniciador a
la mezcla de prepolimerización, a tem-
peratura constante o de manera foto-
química. Este fue el primer método
empleado para la síntesis de MIP, como
resultado se obtiene un monolito inso-
luble (figura 3b) que, posteriormente,
se somete a un proceso de triturado y
tamizaje para reducir y homogenizar el
tamaño de sus partículas.
Polimerización
Agua
80 ºCAgitaciónMicela
IndicadorMonómeroSurfactante
Polímero
Polimerización
Solvente Polímero
IndicadorMonómero
IndicadorMonómero
Polimerización
Agitación
Solvente Polímero
80 ºC
80 ºC
Figura 2.
a) Polimerización por emulsión b) Formato físico del MIP
a)
b)
UNIVERSITARIOS POTOSINOS 246 ABRIL 202020
Polimerización
Agua
80 ºCAgitaciónMicela
IndicadorMonómeroSurfactante
Polímero
Polimerización
Solvente Polímero
IndicadorMonómero
IndicadorMonómero
Polimerización
Agitación
Solvente Polímero
80 ºC
80 ºC
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La polimerización por coprecipitación
tiene el mismo fundamento que la po-
limerización en masa, las diferencias
radican en la adición de cinco veces
más cantidad de porógeno y constan-
te agitación (figura 4a). Como conse-
cuencia, las cadenas poliméricas no
son capaces de ocupar el volumen del
disolvente (porógeno), produciéndose
una dispersión de partículas de formas
irregulares de polímero en la solu-
ción. Este tipo de polimerización tiene
como resultado un polímero tipo gel
(figura 4b) y una de las ventajas que
presenta es la homogeneidad en los
sitios de unión.
¿Cuáles son las ventajas de los MIP?
Los polímeros de impresión molecular
presentan ventajas frente a otros mé-
todos analíticos: a) el bajo costo frente
a métodos de concentración, como
extracción en fase sólida (SPE); b) son
sencillos de preparar; c) pueden em-
plearse bajo un amplio intervalo de
temperaturas, pH y presiones; d) son
selectivos para un solo analito o
familia de compuestos
Figura 3.
a) Polimerización en masa b) Formato físico del MIP
Figura 4.
a) Polimerización por coprecipitación b) Formato físico del MIP
Polimerización
Agua
80 ºCAgitaciónMicela
IndicadorMonómeroSurfactante
Polímero
Polimerización
Solvente Polímero
IndicadorMonómero
IndicadorMonómero
Polimerización
Agitación
Solvente Polímero
80 ºC
80 ºC
a)
a)
b)
b)
ABRIL 2020 246 UNIVERSITARIOS POTOSINOS 21MIP
Es licenciada en Química por la Facultad de Ciencias Químicas de la UASLP donde actualmente estudia la Maestría en Ciencias Ambientales en el Programa Multidisciplinario en Ciencias Ambientales. Además, es investigadora en la Coordinación para la Innovación y Aplicación de la Ciencia y la Tecnología y realiza el proyecto “Síntesis y caracterización de polímeros de impresión molecular como adsorbentes para fármacos antiinflamatorios (naproxeno, ibuprofeno y diclofenaco)”.
JESSICA GUADALUPE MELÉNDEZ MARMOLEJO
(el de interés); e) pueden utilizarse en
varios ciclos de reconocimiento sin
que sus propiedades analíticas se vean
alteradas; f) la adsorción de la molé-
cula de interés tiene lugar de forma
reversible y en un corto tiempo, por
lo que son reutilizables sin perder sus
propiedades; g) pueden ser sintetiza-
dos en gran variedad de formatos físi-
cos, como nanopartículas, micropartí-
culas, membranas poliméricas, fibras,
entre otros.
Todas estas ventajas frente a otros mé-
todos químicos, analíticos y biológicos
han propiciado su reciente interés e
investigación aplicada en diferentes
campos de la ciencia y la industria.
Por ejemplo, en química analítica la
utilidad de los MIP radica en la alta ca-
pacidad de reconocimiento molecular
y retención. La especificidad permite
aumentar la selectividad del adsorben-
te, incluso en el análisis de muestras
complejas, proporcionando gran apli-
cabilidad en los procedimientos de
extracción en fase sólida, ya que se ha
demostrado que son capaces de elimi-
nar —o cuando menos minimizar— el
efecto de matriz. Además, su eleva-
da capacidad de retención permite la
preconcentración del analito de inte-
rés, lo que facilita su detección en un
equipo analítico.
Lo anterior es muy importante en la
investigación en el campo medioam-
biental, debido a que es cada vez más
dependiente de métodos analíticos
específicos y sensibles, que han de
detectar y cuantificar trazas y ultratra-
zas (partes por billón, µg/L, y partes
por trillón, ng/L) de contaminantes en
matrices muy complejas. Es así, que
los MIP, al proporcionar mejoras en
limpieza, preconcentración y recupera-
ción de contaminantes de interés, per-
mitirían una mejor cuantificación que
facilitaría monitorizar contaminantes
en matrices como aguas residuales y
sedimento.
Referencias bibliográficas:Díaz de León, L., Flores, R., Rodríguez, M., Ocampo, R., Gutié-
rrez, J. M., Díaz-Barriga, F. y Batres, L. (2018). Synthesis and Evaluation of a Molecularly Imprinted Polymer for the Determination of Metronidazole in Water Samples. Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology, 100(3), pp. 395-401.
Dickey, F. H. (1949). The Preparation of Specific Adsorbents. Proceedings of the National Academy of Sciences, 35(5), pp. 227-229.
Mudd, S. (1923). A Hypothetical Mechanism of Antibody Formation. The Journal of Immunology, 23(6), pp. 423-428.
Polyakov, M. (1931). Adsorption properties and structure of silica gel. Zhurmal Fizicheskoi Khimii, 65(2), pp. 267-273.
Wulff, G., Sarhan, A. y Zabrocki, K. (1973). Enzyme-analogue built polymers and their use for the resolution of racemates. Tetrahedron Letters, 14(44), pp. 4329-4332.
Figura 4.
a) Polimerización por coprecipitación b) Formato físico del MIP