Copolímeros fotoentrecruzables y su aplicación como alternativa para la determinación de contaminantes en agua

En la actualidad nadie discute el hecho de que todos los procesos que se llevan a cabo para diseñar y preparar compuestos químicos deberían contemplar el impacto social y medioambiental tanto de la síntesis del producto en sí como de sus posibles desechos. Esto implica trabajar bajo los principios de la Química Verde: evitar la formación de desechos contaminantes y propiciar la economía de tiempo y recursos. Bajo esta filosofía, surge la necesidad de desarrollar tecnologías analíticas que cumplan con los requisitos necesarios para considerarlas herramientas sustentables. Específicamente, desarrollar metodologías para la detección y determinación de contaminantes, a niveles de trazas, en un recurso tan primordial para la vida como el agua. Los Hidrocarburos Aromáticos Policíclicos (HAPs) se encuentran entre los principales contaminantes orgánicos persistentes en el agua. Los problemas que se enfrentan cuando se los quiere determinar son los niveles de concentración muy bajos; y la selectividad necesaria dado que estos compuestos son estructuralmente similares y suelen encontrarse varios en una misma muestra. Los métodos de referencia para su detección utilizan estrategias analíticas que no presentan las características deseadas para ser considerados sustentables. Sin embargo, la espectroscopía de fluorescencia molecular sensibilizada por sensores fluorescentes sí puede ser considerada como tal. La principal ventaja que presenta esta técnica, rápida y simple, es la mejora en la sensibilidad. La clave de estos métodos luminiscentes es lograr una adecuada inmovilización del analito para facilitar su emisión fluorescente. En relación a este punto es importante mencionar el uso de biopolímeros solubles en agua como agentes estructurantes que dan rigidez a las moléculas de analito. Precisamente, los copolímeros bioinspirados hidrosoluble que contengan timina en su estructura pueden interactuar con los HPAs y, por tanto, utilizarse como sondas y agentes estructurantes en sensores ópticos para la determinación de estos contaminantes. Para desarrollar un sensor químico el primer paso consistió en sintetizar el biopolímero a utilizar como sonda. Luego, estudiar la afinidad que demostraron tener estos copolímeros por el benzo(a)pireno (BaP) (uno de los HPAs más persistentes en el agua y dañinos); y su utilización para exaltar la luminiscencia nativa de este contaminante. El conocimiento adquirido de la interacción copolímero-BaP se aplicó para el desarrollo de un método analítico simple basado en la mejora de la fluorescencia de dos contaminantes (BaP y Pireno) en simultáneo. El siguiente paso: explorar la utilización de micelas de copolímeros como agentes estructurantes. Finalmente, para avanzar en el desarrollo del sensor como un dispositivo portátil. Se trasladó el sistema de investigación a una superficie sólida, en la cual el copolímero sea capaz de adherirse para luego inmovilizar y cuantificar los contaminantes. Al analizar la interacción entre diferentes tipos de copolímeros y el BaP, se observó que el copolímero influye en la fluorescencia nativa del BaP, disminuyendo la exaltación de fluorescencia a medida que disminuye el porcentaje de timina en el copolímero. A partir de dos métodos analíticos (espectroscopia de fluorescencia y microscopía electrónica de barrido) se pudo corroborar la existencia de una interacción no covalente entre el copolímero y el BaP; que mediante un modelado teórico se racionalizó encontrando una interacción del tipo Hidrógeno polar- entre un átomo de hidrógeno de un resto de timina y un anillo del BaP. Se desarrolló un nuevo método analítico que combina espectroscopia de fluorescencia sensibilizada y análisis multivariado, en el cual, el copolímero mejora la señal de fluorescencia de dos contaminantes haciendo posible cuantificarlos de manera confiable a niveles menores que los requeridos. La selectividad analítica se logró utilizando un algoritmo para procesar datos de segundo orden de espectros de excitación y emisión de fluorescencia. El rendimiento del método desarrollado se probó contra el método de referencia; y al analizar qué metodología de trabajo se enmarca mejor en los lineamientos de la Química Verde, resultó que el desarrollado en la tesis se adecúa mejor. Se logró sintetizar un copolimero en bloque, caracterizarlo y formar soluciones micelares, con las cuales se hicieron pruebas de fluorescencia con el Pireno. Los resultados indicarían una posible encapsulación del pireno en la micela. Finalmente, al trasladar el sistema en estudio a un soporte sólido, fue posible utilizar dos enfoques analíticos que combinan fluorescencia en fase sólida con herramientas quimiométricas, para proporcionar información precisa sobre la inmovilización foto-inducida de los copolímeros, junto con la cinética de todas las especies involucradas. Estos enfoques utilizados cumplen con los requisitos del paradigma de la Química Verde. Los resultados obtenidos muestran que es factible el uso de copolímeros bioinspirados a base de timina para el desarrollo de nuevas tecnologías sustentables (como sensores químicos) capaces de determinar con alta selectividad y sensibilidad contaminantes orgánicos en muestras de agua.