Los polielectrolitos son cadenas poliméricas con un grupo electrolítico en cada unidad de repetición. Estos polímeros se cargan cuando se disuelven en un disolvente polar debido a la disociación de pequeños contraiones que dejan un macroion cargado. Además de los polímeros sintéticos, el tema de esta nota, los polielectrolitos incluyen moléculas biológicamente importantes como polipéptidos y ADN.
La carga sobre un polielectrolito es función de las condiciones de la solución. A diferencia del caso de los electrolitos simples, no todos los contraiones se disocian de un polielectrolito. A medida que aumenta la magnitud de la carga en la cadena, se vuelve progresivamente más difícil eliminar el siguiente ion. Este fenómeno se conoce como condensación de contraión.
Figura 1: Ilustración de la estructura de la PEI ramificada. Los grupos NH otorgan al polímero una carga que se manipula, entre otras cosas, el pH de la solución.
El comportamiento de los polielectrolitos es diferente al de los polímeros sin carga. Por ejemplo, debido a la repulsión electrostática entre diferentes segmentos de la misma cadena, una cadena de polielectrolitos tenderá a ser más similar a una varilla que una cadena gaussiana típica. Además, debido a las interacciones electrostáticas a largo alcance, las propiedades de la solución polielectrolítica difieren de las de los polímeros neutros. Por ejemplo, el segundo coeficiente virial (una medida de la termodinámica de la solución) puede ser un orden de magnitud mayor para un polielectrolito que para un polímero neutro. Estos efectos provocarán cambios significativos en la viscosidad de la solución.
Debido a estos efectos de la solución, los polielectrolitos tienen varias aplicaciones. Se utilizan como modificadores de viscosidad. Además, debido a su carga, se utilizan para modificar la carga superficial de las nanopartículas para estabilizar suspensiones aumentando la carga superficial de las partículas o para iniciar la floculación a) neutralizando la carga superficial y b) actuando como puente entre partículas.
La polietilenimina (PEI) es un polielectrolito catiónico. La estructura se muestra en la Figura 1 a continuación. El PEI se utiliza para unir células cargadas negativamente en biología. También se utiliza para la transfección de ADN (introducir nuevo ADN en las células). PEI también puede usarse para capturar dióxido de carbono. Gran parte del comportamiento útil de la PEI se obtiene por su estado cargado y la capacidad de manipularlo usando el pH.
Al ser moléculas grandes, los polielectrolitos dispersan la luz de manera muy similar a las partículas. Debido a su carga, responden como partículas a un campo eléctrico aplicado. Así, se puede medir la movilidad de los polielectrolitos y extraer un valor de potencial zeta para caracterizar estos materiales.
El PEI ramificado se obtuvo de Sigma Aldrich como una solución al 50% en agua. Esto se diluyó posteriormente con 1 mM de KCl acuoso para preparar soluciones con la concentración adecuada de polímeros. La pequeña cantidad de KCl se utiliza como electrolito de fondo para asegurar que el efecto de pequeñas cuantitatas de impurezas no afecte drásticamente los resultados potenciales zeta. El peso molecular del polímero fue dado por el fabricante como 750.000 g/mol por dispersión de luz.
El potencial zeta se midió entonces con el analizador de nanopartículas SZ-100V2, mostrado en la Figura 2. Las mediciones se repitieron seis veces.
Figura 2: Analizador de nanopartículas SZ-100V2
Los valores obtenidos del potencial zeta se muestran en la Tabla 1 a continuación. La Figura 3 muestra el efecto de la concentración sobre el potencial zeta. Como era de esperar, el potencial zeta disminuye con el aumento de la fuerza iónica debido al aumento de la concentración de macroiones y al aumento del solapamiento de cadenas.
Tabla 1: Potencial zeta del PEI en función de la concentración del polímero
Figura 3: Potencial zeta del PEI en función de la concentración del polímero. Las barras de error corresponden a una desviación de stadardo.
El SZ-100V2 puede utilizarse para caracterizar la carga de especies poliméricas. El potencial zeta disminuye a medida que aumenta la concentración de polielectrolitos debido al aumento de la fuerza iónica de la suspensión y las interacciones intermoleculares. El potencial zeta de polímeros cargados como los polielectrolitos puede analizarse fácilmente con el SZ-100V2.
Analizador de Nanopartículas
Tiene alguna pregunta o solicitud? Utilice este formulario para ponerse en contacto con nuestros especialistas.
