Nanopartículas luminiscentes funcionalizadas que comprenden un sistema soluble en medio acuoso capaz de auto-ensamblarse de manera reversible en función de la temperatura.

La presente invención se refiere a nanopartículas luminiscentes que comprenden un núcleo de material cristalino luminiscente estabilizado por un recubrimiento específico de origen recombinante y a su síntesis. Además se refiere también a nanopartículas luminiscentes que muestran la propiedad de auto-ensamblaje reversible en función de la temperatura del medio. Las nanopartículas pueden ser utilizadas como sensores multi-respuesta para aplicaciones biomédicas ya que son capaces de emitir luz además de detectar variaciones de temperatura dentro de los parámetros utilizados en análisis y estudios biológicos. Las nanopartículas pueden ser utilizadas como unidades discretas de transporte y vehiculización de metales nanométricos mediante la formación de estructuras globulares de escala submicro-métrica para la creación de nano y micro dispositivos inteligentes en aplicaciones tecnológicas, biotecnológicas y biomédicas.

NANOPARTÍCULAS LUMINISCENTES FUNCIONALIZADAS QUE COMPRENDEN UN SISTEMA SOLUBLE EN MEDIO ACUOSO CAPAZ DE AUTO-ENSAMBLARSE DE MANERA REVERSIBLE EN FUNCIÓN DE LA TEMPERATURA

La presente invención se refiere a nanopartículas luminiscentes, en particular a nanopartículas foto-luminiscentes que comprenden un núcleo de material cristalino luminiscente estabilizado por un recubrimiento específico de origen recombinante y a su síntesis. La presente invención también se refiere a nanopartículas luminiscentes que muestran la propiedad de auto-ensamblaje reversible en función de la temperatura del medio. Las nanopartículas pueden ser utilizadas como sensores multi-respuesta para aplicaciones biomédicas ya que son capaces de emitir luz ademas de detectar variaciones de temperatura dentro de los parámetros utilizados en análisis y estudios biológicos. Las nanopartículas pueden ser utilizadas como unidades discretas de transporte) '

vehiculización de metales nanométricos mediante la fonnación de estructuras globulares de escala submicro-métrica para la creación de nano y micro dispositivos inteligentes en aplicaciones tecnológicas, biotecnológicas y biomédicas.

Antecedentes de la presente solicitud

Las nanopartículas, es decir las partículas que muestran dimensiones inferiores a un micrómetro han atraído un gran interés tanto en investigación como en industria debido.a las propiedades especificas que muestran en relación con su tamaño nanoscópico. La incorporación de nanopartículas en aplicaciones tecnológicas ha pennitido el desarrollo y mejora de nuevos productos que abarca desde dispositivos opto-electrónicos hasta sofisticadas sondas inteligentes empleadas en aplicaciones biomédicas [1, 2].

En particular, los nanomateriales luminiscentes poseen cualidades ideales para futuras aplicaciones en señalización y detección. Entre los mas destacados podemos encontrar los derivados de metales semi-conductores conocidos como "quantum dots" (literalmente traducido como "puntos cuanticos") y los nanocristales de sales de "tierras raras" que contempla según la IUPAC (Intemational Union of Pure Applied Chemistr y ) los elementos de la serie del lantano incluyendo los elementos del grupo tres (como por ejemplo el Sc, Y, La) [1-6].

Los nanomateriales luminiscentes son excelentes candidatos para aplicaciones biomédicas de señalización y detección ya que pueden ser inyectados de manera intradennal o intravenosa [6]. En particular se prefieren materiales que no produzcan daño a tejidos biológicos circundantes debido a su luminiscencia, que posean una baja auto-fluorescencia y una alta emisión que pennita penetrar y atravesar los tejidos, quc muestren baja o nula toxicidad. En este aspecto las propiedades de luminiscencia ofrecidas por los nanocristales de sales de lantánidos dopadas (NSLD) son ideales para aplicaciones biomédicas descartando el uso de altemativas basadas en quantum dots quc presentan niveles de toxicidad hasta de 1000 veces superior [6].

Desafortunadamente, los NSLD muestran una solubilidad muy baja en medio acuoso lo cual reduce el numero de aplicaciones y limita su uso para fines biomédicos y biológicos. Una gran ventaja contemplaría la síntesis de NSLD solubles en medio acuoso. Existen en la literatura trabajos recientes centrados en la producción de NSLD solubles en agua aunque de manera general este campo se encuentra todavía prácticamente inexploraoi1 [7]. También es interesante el trabajo de Jan W. Stouwdam y Frank C. J. M. van Vegg~r quienes ya han publicado la preparación de nanopartículas de LaF3 dopadas con Er 3\ Néf> Y H03 + las cuales muestran excelentes propiedades de luminiscencia pata innovadoras aplicaciones ópticas donde el silicio se comportaría como transparente [8]. Sin embargo, la síntesis de nanopartículas luminiscentes basadas en lantánidos todavía esta poco explorada. Diferentes aproximaciones ya han abordado su producción 'Y modificación mediante el uso de recubrimientos con el objetivo de mejorar sus propiedades y aumentar así su versatilidad. En este sentido la preparación de materiales. híbridos constituidos por la combinación de lantánidos junto con macromoléculas como polímeros, proteínas y anticuerpos han dado lugar a la producción de nuevos materiales luminiscentes y agentes de contraste para aplicaciones de resonancia magnetica [9-13].

Por otro lado los autores de la presente invención ya han publicado trabajos relacionados con la producción de materiales híbridos basados en la combinación de nanopartículas y biopolímeros que también han facilitado el desarrollo de una patente (P200900418) . Ert particular, el estudio de la interacción entre polímeros derivados de la elastina (PDE) y nanopartículas de oro ha dado lugar al desarrollo de sensores [14]. Los PDE son biopolímeros biocompatibles y biodegradables. Esto supone una ventaja a la hora de su utilización en aplicaciones biomédicas. Además, los rOE exhiben un comportamiento reversible de agregación-expansión de su estructura molecular en función de la variación de propiedades del medio como temperatura, pH, concentración iónica, entre otras [15, 16]. Los POE muestran en su fase condensada uno de los factores más relevantes de su naturaleza inteligente: auto-ensamblaje en función de múltiples estímulos. Oicha característica o propiedad has sido ya explotada para el desarrollo y creación de superficies inteligentes [17]. Los POE son además materiales que muestran una excelente biocompatibilidad tanto en disolución como entrecruzados en forma de hidrogeles [18]. Recientemente han sido publicadas aplicaciones de POE como vehículos de transporte y liberación controlada de fánnacos [] 9]. Oe manera paralela, la conceptualización de platafonnas de POE han sido hasta la fecha, una contribución sustanciosa para el avance de la medicina regenerativa a nivel de control del crecimiento y proliferación celular para la creación y reparación de tejidos [20]. Actualmente existen en la literatura un escaso número de biomateriales luminiscentes basados en NSLD a pesar de la gran versatilidad que presenta el uso de biopolímeros (como por ejemplo los PDE) como componentes de sistemas híbridos. Una gran ventaja contemplaría la síntesis de NSLD solubles en medio acuoso. Ademá~, . otra gran ventaja seria la producción de NSLD inteligentes que muestren una solubilidac.l reversible en medio acuoso con el fin de facilitar su aislamiento, purificación y dosificación en funcion de parámetros como la temperatura del medio.

Resumen de la presente invención

Nanopartículas luminiscentes que comprenden: a) un núcleo compuesto por una sal metálica luminiscente, opcionalmente dopada, seleccionada entre fluoruros y rodeada por: b) un revestimiento compuesto de un PDE

así como el procedimiento para la preparación de estas nanopartículas, comprendiendo dicho procedimiento una única etapa de preparación en medio homogéneo acuoso y a temperaturas inferiores a 75 oC.

También la presente invención contempla la naturaleza inteligente mostrada por las nanopartículas las cuales son capaces de auto-ensamblarse en forma de estructuras globulares-circulares yen función de la temperatura.

Figuras

La Figura 1 muestra la secuencia del POE de origen recombinante utilizado en el modo preferido de realización para funcionalizar las nanopartículas. Su estructura incluye la siguiente secuencia aminoacídica: C-[ (VPGVG) 2 (VPGEG) (VPGVG) z] 15 Donde las letras e, v, P, G, E cOITesponde con los aminoácidos cisteína, vaJina, prolina-. glicina y ácido glutámico, respectivamente.

La Figura 2 muestra una disolución incolora de nanopartículas luminiscentGs funcionalizadas (derecha) junto a una muestra de referencia que contiene agua (izquierda) .

La Figura 3 muestra una disolución turbia que contiene nanopartículas luminiscentes funcionalízadas en una fase condensada fonnada por el auto-ensamblamiento de Iél'> nanopartículas inducido por la temperatura (derecha) junto a una muestra de referencia que contiene agua a la misma temperatura (izquierda) .

La Fibrura 4 muestra un difractograma de rayos X obtenido para las nanopartículas luminiscentes funcionalizadas y que reproduce índices de Miller comparables a aquellos obtenidos para la estructura cristalina de LaF 3.

La Figura 5 muestra una micrografia de electrónica de transmisión de las nanopartículas luminiscentes funcionalizadas. La barra de escala representa 20 nm.

La Figura 6 muestra los espectros de infrarrojos (FT-IR) de las nanopartículas luminiscentes... [Seguir leyendo]

l. Nanopartículas luminiscentes que comprenden

(a) un núcleo hecho de una sal metálica luminiscente seleccionada entre fluoruros de tierras raras, entendiendo por tierras raras cualquiera de los elementos del grupo III escandio, itrio y lantano ademas de los elementos que constituyen la serie lantánida ya sea por separado o combinados entre si

(b) un recubrimiento constituido por un biopolímero de origen recombinante (POE)

2. Nanopartículas luminiscentes según la reivindicación 1 que tienen un diámetro medio en relación a su eje más largo inferior a 20 nanómetros.

3. Nanopartículas luminiscentes según cuales quiera de las reivindicaciones anteriores, en las que el núcleo está hecho de un fluoruro de un metal o varios seleccionado entre sales de tierras raras y un dopante que es al menos uno de los siguientes elementos químicos: Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Oy, Ho, Er, Tm, Yb.

4. Una nanoparticula según cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde el POE muestra una secuencia aminoacídica del tipo VPGXG, donde X puede corresponder con cualquier aminoácido.

5. Una nanopartícula según las reivindicaciones precedentes donde el agente estabilizador de las nanopartículas (por ejemplo el POE) promueve la agregación de las nanopartículas de forma reversible en función de la temperatura del medio.

6. Una nanopartícula según cualquiera de las reivindicaciones precedentes donde su recubrimiento se forma por auto-estructuración durante la formación del núcleo.

7. Una nanopartículas según cualquiera de las reivindicaciones anteriores que contiene varios cationes en la que al menos uno de ellos actúa como dopante.

8. Un método para producir nanopartículas luminiscentes incluye las siguientes etapas:

a) Disolver las sales de tierras raras en agua b) Agitar c) Añadir a una disolución acuosa de PDE d) Agitar e) Calentar a 75 oC f) Agitar g) Decantar h) Purificar mediante etapas centrifugación-precipitación-redisolución i) Purificar mediante diálisis 9. Un método para producir el ensamblaje reversible de las nanoparticulas luminiscentes en forma de nano-estructuras globulares discretas, incluye las siguientes etapas: a) Todas las etapas de la reivindicacion 9 b) Acidificar la disolución a pH ácido c) Aumentar la temperatura por encima de 25 oC