Estudio y caracterización de agregados coloidales formados por mezclas de ácidos biliares, sales biliares y sus derivados

Abstract

En esta tesis se estudiaron varios sistemas de anfifilos mezclados que involucran moléculas de estructura no tradicional, como lo son las sales biliares,ácidos biliares y análogos. Sus divergencias estructurales con los surgactantes convencionales hace que presenten un comportamiento de agregación atípico que es mucho más acentuado en sistemas mezclados. El estudio se dividió en cuatro partes principales: (a) comportamiento de agregación en solución acuosa, (b) comportamiento de la interfase aire-solución en monocapas extendidas o de Langmuir y (d) síntesis de materiales nanoestructurados bioactivos de SiO2. Tanto el comportamiento de agregación en solución como el inerfacial reveló que las mezclas de la sal biliar deoxicolato de sodio (NaDC), el derivado artificial dehidrocolato de sodio (NaDHC) y el surfactante catiónico de dos colas bromuro de dimetildidodecilamonio (DDAB) son no ideales en todas las proporciones. Los estudios se realizaron de a pares NaDC-NaDHC, NaDHC-DDAB y NaDC-DDAB; asimismo se evaluó la presencia de agregados pre-micelares del tipo jabón ácido. Se pudo determinar que las soluciones acuosas de las mezclas de NaDC-NaDHC están constituidas por micelas esféricas, mientras que para el sistema NaDHC-DDAB se encontró un proceso de agregación en dos pasos, en un primer paso se forman micelas y en un segundo vesículas multilaminares con diámetros entre 200 y 600 mm, siendo esto últimos dependientes de la composición de la mezcla. El sistema NaDC-DDAB, sin embargo, presentó solo vesículas unilamelares de 1-2 mm de diámetro. Estas diferencias se deberían a la perturbación estérica que causa la intercalación del esqueleto colestérico en los agregados mezclados, lo cual se confirmó al evaluar su comportamiento interfacial. Aquellos sistemas que dieron lugr a agregados de estructuras novedosas se empleatron como moldes para obtener materiales porosos de siliciol. Se obtuvieron materiales tipo esponja que resultaron tener una organización similar al hueso trabecular. La estructura final de los materiales proviene de una transición de fases de vesícula a una fase bicontínua tipo esponja, la fuerza directriz de la transformación sería la interacción de las sales biliares y el DDAB con los precursores de silicio (tetraetlortosilicato de sodio, TEOS) durante la etapa de polimerización en la síntesis del material. Dependiendo del tipo y cantidad de sal biliar enla mezcla plantilla, la curvatura de los agregados se puede dar hacia el lado polar o apolar, llevando a morfologías finales diferentes. El esqueleto esteroidal altamente hidrofóbico de la molécula de NaDHC causa una gran perturbación en la mezcla usada como plantilla y solo las mezclas con aNaDHD = 0,2 y 0,4 produjeron materiales conuna estructura definida (aNaDHC: fracción molar de NaDHC en la muestra sin tomar en cuenta el solvente). Bajo ciertas condiciones de síntesis específicas, los materiales presentatron un comportamiento bioactivo. Este último se determinó por la capacidad del material de desarrollar sobre su superficie una cubierta de hidroxiapatita similar a la ósea en contacto con fluidos fisiológico simulado. Suponemos que sus propiedades están relacionads con los mesoporos y alta proporción de puentes siloxanos en sus estructuras.

This thesis studies various mixed systems inolving non-traditional structure amphiphilic molecuels, sucha as bile salts, bile acids and analogs. Their structural differences with conventional surfactnts causes an atypical aggregation behavior that is much more pronounced in mixed systems. The study was divided into three main parts: (a) aggregation behavior in aqueours solution, (b) behavior of adsorrbed monolayers (or GHibbs monolayers) at the air-solution interface, (c) behavior of spread monolayers (orLangmuir monolayers) at the air-solution inferfaceand (d) synthesis of bioactive SiO2 nanosturctured materials. The aggregation behavior in solution and at the air-solution interface revealed that mixing of bile salt sodium deoxycholate (NaDC), the artificial sodium dehydrocholate derivative (NaDHC) and the two-tailed cationic surfactant dimethyldidodecylamonium brinude (DDAB), is non-ideal in all proportions. Studies were perfomed by pairs: NaDC-NaDHC, NaDHC-DDAB and NADC-DDAB. The presence of acid soap-like premicellar aggregates was also evaluated. It was found that aqueous solutions of mixtures of NADC-NaDHC consist of sphericalmicelles, while for the mixed system NaDHC-DDAB aggregation occurs in two steps. In a first step miclles form and then grow in a second sept to multilamellar vesicles with sizes between 200 and 600 mm, varying the composition of the mixture . However, the NaDC-DDAB mixed system showed only unilamellar vesicles, about 1-2mm diameter. These differences are due to steric disturbance caused by intercalation of cholesteric skeketon in mixed aggregates; this was confirmed by evaluating interfacial behavior. Those stystems which gave aggregates with novel structures were used as templates to obtain porous silicon materials. Sponge-like materials were obtained, which have been proven to have a similar organization to the trabecular bone. The final structure of the materials comes from a phase trnsition from vesicles to a sponge-like phase. The driving force of the process would be the interaction between bile salts and DDAB with silicon precursor (sodium tetraethylorthosilicate, TEOS) during polymerization step in thesynthesis of the material. Depending on the type and amount of bile salt in the template mixture, the curvature of the aggregates can be to the polar or a-polar side, leading to different final morphologies. The highly hydrophobic NaDHC steroid skeleton causes a great disturbance in the mixture used as a template and only mixtures with aNaDHC= 0.2 and 0.4 produced materials with a defined structure. Under certain specific synthesis conditions, te materials exhibited bioactive behavior. Bioactivity was determined by the material capacity of developing a hydroxylapatite coating on its surface, similar to the bone, in contact with simulated physiological fluids. We suppose that their properties are related to the high proportion of mesopores and siloxane bridges in their structure.