La catálisis fotoenzimática en el infrarrojo cercano a niveles de ppb permite polímeros de peso molecular ultraalto

Área de la Ciencia:

• Química de los polímeros
• Ciencia de los biomateriales
• Fotocatálisis

Sus antecedentes:

• La irradiación de infrarrojo cercano (NIR) ofrece ventajas para la polimerización radical fotocontrolada, incluida la precisión espacio-temporal, la penetración en tejidos profundos y la biocompatibilidad.
• Los métodos actuales de polimerización NIR tienen una baja eficiencia y un acceso limitado a polímeros de alto peso molecular, lo que dificulta su aplicación práctica.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un nuevo sistema para la polimerización radical eficiente y controlada por NIR.
• Para superar las limitaciones de baja eficiencia y peso molecular restringido alcanzables con las técnicas de polimerización NIR existentes.

Principales métodos:

• Se diseñó un sistema de fotoenzima NIR supramolecular (SNIRPE), que integra la glucosa oxidasa (GOx) para la desoxigenación enzimática y la ftaalocianina de zinc tetrasulfonada (ZnPcS4-) para la catálisis fotorredóxica.
• Se empleó un mecanismo de cascada espacialmente confinado: GOx genera H2O2, que luego es fotodesconectado por ZnPcS4- bajo irradiación NIR para producir radicales hidroxilo (•OH).
• Este enfoque facilitó la polimerización de transferencia de cadena de fragmentación de adición reversible de alto rendimiento a través de varios volúmenes (μL a 100 mL).

Principales resultados:

• El sistema SNIRPE logró pesos moleculares ultra altos (UHMWs, Mn > 1000 kg mol−1, Đ < 1,20) con cargas de catalizador excepcionalmente bajas (50 ppb ZnPcS4−), superando significativamente los sistemas fotorreductivos NIR convencionales.
• La escalabilidad se demostró a través de la síntesis por lotes de 100 mL, y la polimerización a través del tejido porcino destacó el potencial biomédico del sistema.
• El método demostró ser eficaz para la polimerización RAFT tolerante al oxígeno, lo que permite una síntesis de alto rendimiento.

Conclusiones:

• El sistema SNIRPE desarrollado combina efectivamente la eficiencia enzimática con la versatilidad de la fotorreducción para abordar los desafíos de larga data en la síntesis de polímeros impulsada por NIR.
• Este enfoque permite la producción de polímeros de peso molecular ultraalto con una eficiencia y un control sin precedentes bajo la irradiación NIR.
• La escalabilidad del sistema y la utilidad demostrada en tejidos biológicos allanan el camino para aplicaciones avanzadas en la ciencia de los polímeros y la biomedicina.