MX2012008558A - Hidrogel nanocompuesto y metodo para prepararlo, para aplicaciones industriales y medicas. - Google Patents

Abstract

Celulosa nanocristalina (NCC) se emplea como el agente de entrecruzamiento y el dominio de reforzamiento para desarrollar hidrogeles nanocompuestos que poseen alta resistencia y una propiedad de difusión mejorada; se demuestra que los hidrogeles nanocompuestos resultantes tienen buenas propiedades mecánicas, capacidad de hinchamiento reversible, y son biodegradables y biocompatibles; la propuesta se basa en la polimerización por radicales libres para formar los hidrogeles usando una variedad de monómeros vinílicos hidrofílicos; estos hidrogeles son adecuados para desarrollar productos de higiene altamente absorbentes, y también para aplicaciones en medicina, materiales de ingeniería y sensores.

Description

HIDROGEL NANOCOMPUESTO Y MÉTODO PARA PREPARARLO. PARA APLICACIONES INDUSTRIALES Y MÉDICAS CAMPO TECNICO La invención se refiere en general a hidrogeles nanocompuestos novedosos, y a un método para preparar hidrogeles nanocompuestos, y más específicamente a la aplicación de celulosa nanocristalina (NCC) como agente de entrecruzamiento y también como dominio de reforzamiento en hidrogeles poliméricos. La propuesta se basa en la polimerización por radicales libres para formar los hidrogeles usando una variedad de monómeros vinílicos hidrofílicos. Esta invención es adecuada para desarrollar aplicaciones en medicina, materiales de ingeniería, sensores y productos de consumo (por ejemplo, productos de higiene altamente absorbentes).

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los hidrogeles poliméricos son redes de polímeros hidrofílicos entrecruzados que se hinchan cuando absorben grandes cantidades de agua. Los hidrogeles han sido investigados extensamente en las últimas décadas para una gran variedad de aplicaciones, tales como entrega de fármacos, ingeniería de tejidos, sensor que responde a estímulos, etc.1"6 En general, los hidrogeles son blandos y frágiles. Sin embargo, hay aplicaciones que requieren cargas mecánicas significativas, por ejemplo implantes médicos y algunos dispositivos electroquímicos.7 El diseño de hidrogeles para un gran número de aplicaciones nuevas y existentes requiere que ellos posean suficiente resistencia mecánica, y también que conserven sus propiedades originales, tales como capacidad de responder a estímulos y rápida difusión.

En la naturaleza, hay muchos hidrogeles con resistencias mecánicas muy altas.7 Muchas plantas marinas, tal como el cochayuyo, son hidrogeles de polisacáridos reforzados con fibras poliméricas o inorgánicas. En el cuerpo humano, los cartílagos, las córneas y la dermis son todos hidrogeles reforzados con fibras. Estas fibras refuerzan los hidrogeles actuando como los componentes de carga.

Recientemente, se ha informado de tres nuevos hidrogeles con buenas propiedades mecánicas: geles topológicos, geles nanocompuestos y geles de doble red. Los geles topológicos tienen agentes de entrecruzamiento en figura de ocho que son capaces de deslizarse a lo largo de las cadenas poliméricas.8 Como resultado, estos geles son altamente estirables y pueden absorber grandes cantidades de agua. En los geles nanocompuestos, las cadenas poliméricas son entrecruzadas por nanopartículas, por ejemplo arcilla inorgánica, en lugar de agentes de entrecruzamiento orgánicos.9 Los hidrogeles nanocompuestos también son altamente estirables y tienen muy buena resistencia a la tracción. Los hidrogeles de doble red tienen dos redes poliméricas interpenetrantes: una es una matriz polimérica rígida altamente entrecruzada, en tanto que la otra es una matriz polimérica flexible entrecruzada en forma suelta.10 Estos hidrogeles de doble red tienen una dureza y una tenacidad muy altas.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Esta invención busca proporcionar un hidrogel nanocompuesto novedoso.

Esta invención también busca proporcionar un nuevo método para preparar un hidrogel nanocompuesto.

En un aspecto de la invención, se proporciona un hidrogel nanocompuesto que comprende un polímero hidrofílico entrecruzado por un agente de entrecruzamiento que comprende celulosa nanocristalina (NCC).

En otro aspecto de la invención, se proporciona un método para preparar un hidrogel nanocompuesto que comprende: polimerizar un monómero hidrofílico para formar un polímero hidrofílico en presencia de un agente de entrecruzamiento para dicho polímero, que comprende celulosa nanocristalina (NCC).

En otros aspectos de la invención, se proporcionan dispositivos novedosos, por ejemplo dispositivos médicos y dispositivos de higiene absorbentes formados a partir del hidrogel nanocompuesto de la invención.

En otros aspectos de la invención, se proporciona el uso del hidrogel nanocompuesto de la invención como un material de ingeniería.

En otros aspectos de la invención, se proporciona el uso del hidrogel nanocompuesto de la invención como un sistema de entrega de fármacos en aplicaciones médicas.

En otros aspectos de la invención, se proporciona el uso del hidrogel nanocompuesto de la invención como un sensor que responde a estímulos.

En otros aspectos de la invención, se proporciona el uso del hidrogel nanocompuesto de la invención para implantes médicos.

En otros aspectos de la invención, se proporciona el uso del hidrogel nanocompuesto de la invención en ingeniería de tejidos.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN El hidrogel nanocompuesto comprende un polímero hidrofílico, en particular un polímero hidrofílico derivado de la polimerización de un monómero vinílico hidrofílico, cuyo polímero es entrecruzado por un agente de entrecruzamiento que comprende celulosa nanocristalina (NCC).

La celulosa nanocristalina (NCC) se extrae como una suspensión coloidal por hidrólisis acida típicamente de pulpas de madera químicas, pero pueden usarse otros materiales celulósicos tales como bacterias, animales marinos que contienen celulosa (por ejemplo tunicados) o algodón. La NCC está constituida de celulosa, un polímero lineal de unidades de D-glucosa unidas por enlaces ß(??4), cuyas cadenas se disponen para formar dominios cristalinos y amorfos. La NCC obtenida por extracción hidrolítica tiene un grado de polimerización (GP) en el rango de 90 < GP= 1 10, y 3.7-6.7 grupos sulfato por 100 unidades de anhidroglucosa. La NCC comprende cristalitos cuya dimensión física está en el rango entre 5-10 nm de sección transversal y 20-100 nm de longitud, dependiendo de la materia prima usada en la extracción. Estos cristalitos cargados pueden ser suspendidos en agua, u otros solventes si están apropiadamente derivatizados, o pueden autoensamblarse para formar materiales sólidos mediante secado al aire, por rociado o por congelación. Una vez secada, la NCC forma una aglomeración de estructuras de tipo varillas paralelepípedas, que poseen secciones transversales en el rango de nanómetros (5-20 nm), en tanto que sus longitudes son mayores en órdenes de magnitud (100-1 ,000 nm), dando como resultado altas relaciones entre las dimensiones. La NCC también se caracteriza por una alta cristalinidad (>80%, y con mayor probabilidad entre 85 y 97%) acercándose al límite teórico de las cadenas de celulosa. Los enlaces de hidrógeno entre las cadenas de celulosa pueden estabilizar la estructura local en la NCC, y tienen un rol clave en la formación de dominios cristalinos. La cristalinidad, definida como la fracción cristalina de la muestra, influye fuertemente en el comportamiento físico y químico de la NCC. Por ejemplo, la cristalinidad de la NCC tiene una influencia directa en la accesibilidad para la derivatización química y las propiedades de hinchamiento y de unión al agua.

En particular, el agente de entrecruzamiento comprende una NCC modificada en la cual un modificador tiene un primer grupo funcional acoplado con un grupo hidroxilo de la NCC, y un segundo grupo funcional acoplado al polímero.

El modificador es adecuadamente un monómero vinílico que tiene un grupo funcional, a modo de ejemplo puede mencionarse metacrilato de glicidilo. En base a sus estructuras moleculares, un grupo de compuestos químicos pueden seleccionarse apropiadamente para que funcionen como modificadores para la NCC. Algunos ejemplos son: metacrilato de trimetilsililo, metacrilato de 2-(trimetilsililoxi)etilo, metacrilato de 2-aminoetilo, metacrilato de 2-isocianatoetilo, acrilato de 2-cloroetilo, acrilato de 3-(trimetoxisilil)propilo, acrilato de glicidilo, isocianato de vinilo, éter 2-aminoetilvinílico y viniltrimetoxisilano.

Los monómeros hidrofílicos adecuados incluyen, a modo de ejemplo, ácido acrílico, acrilamida (AM), vinil-2-pirrolidinona, N-isopropilacrilamida (NIPAM) y N-vinil-formamida (NVF). El siguiente grupo de monómeros hidrofílicos también pueden identificarse para la formación de polímeros: ácido a-etilacrílico, ácido metacrílico, ácido 2-acrilamído-2-metil-1-propanosulfónico, éter hidroxipolietoxi (10) alílico, acrilato de 2-hidroxietilo, sal potásica del acrilato de 3-sulfopropilo, acrilato de poli(etilenglicol), acrilato de tetra h id rofurfu rilo y metacrilamida. Más aún, en principio todos los monómeros mencionados más arriba también pueden elegirse como comonómeros, para que el polímero hidrofílico sea un copolímero hidrofílico, y por lo tanto como combinaciones adecuadas para la reacción de copolimerización. Combinaciones de comonómeros adecuadas para la copolimerización para producir el polímero hidrofílico son por ejemplo, acrilamida y ácido acrílico, acrilamida y ácido metacrílico, A/-isopropilacrilamida y ácido acrílico, N-isopropilacrilamida y acrilato de poli(etilenglicol), y acrilato de poli(etilenglicol) y acrilamida.

Así, la polimerización del monómero vinílico hidrofílico puede ser una homopolimerización de un monómero vinílico o una homopolimerización de un monómero vinílico y un comonómero.

En el caso de una copolimerización, con el fin de preparar un buen hidrogel, se emplean monómeros hidrofílicos y comonómeros hidrofílicos para formar la red entrecruzada que debería ser capaz de hincharse en medios acuosos.

Debe entenderse que el primer grupo funcional puede ser cualquier grupo que reaccionará o se acoplará con un grupo en la NCC tal como un grupo hidroxilo, para acoplar el modificador a la NCC; y el segundo grupo funcional puede ser cualquier grupo que reaccionará o se acoplará con un grupo en el polímero o el monómero que forma el polímero. Las personas con experiencia en el arte serán capaces de seleccionar modificadores con grupos funcionales adecuados para acoplarse con la NCC y el polímero hidrofílico o monómero para formar este polímero. De manera similar, las personas con experiencia en el arte serán capaces de seleccionar monómeros para la formación del polímero que tengan grupos funcionales adecuados para acoplarse con el segundo grupo funcional de un modificador.

Debe entenderse que, a pesar de que se hace referencia a un monómero para la formación del polímero, está dentro de la invención emplear adicionalmente comonómeros de manera de producir copolímeros entrecruzados en lugar de homopolímeros entrecruzados; en tal caso, los comonómeros no necesitan participar en el entrecruzamiento a pesar de que esto también es posible. De esta manera, hidrogeles con una variedad de características deseadas pueden ser producidos mediante la selección de monómeros hidrofílicos, modificadores y comonómeros opcionales.

Además, se proporciona un método para la preparación de hidrogeles nanocompuestos con celulosa nanocristalina (NCC) como el agente de entrecruzamiento y el dominio de reforzamiento. Cada nanopartícula de NCC se une a al menos dos unidades del modificador. Se espera que la NCC se distribuya en forma completamente aleatoria dentro de la estructura del hidrogel. El hidrogel preparado tiene alta resistencia mecánica pero manteniendo las propiedades originales. En comparación con los hidrogeles nanocompuestos basados en arcilla, la NCC es biodegradable y biocompatible. Esto hace a los hidrogeles basados en NCC más promisorios para las aplicaciones relacionadas con la medicina, ya que la biodegradabilidad y la biocompatibilidad son críticas. La preparación del hidrogel nanocompuesto con NCC involucra un proceso en dos pasos. El primer paso es la modificación de la NCC para hacer de ella un agente de entrecruzamiento adecuado, y el segundo es la polimerización in situ de monómeros vinílicos hidrofílicos con la NCC modificada para preparar hidrogeles nanocompuestos.

Los hidrogeles de la invención poseen excelente resistencia mecánica pero conservando sus propiedades originales, tales como capacidad de responder a estímulos y rápida difusión, y por lo tanto pueden ser desarrollados a un gran número de nuevas aplicaciones basadas en hidrogeles.

En modalidades específicas de esta invención, se usa polimerización por radicales libres para formar hidrogeles nanocompuestos basados en celulosa nanocristalina (NCC). Una variedad de monómeros vinílicos hidrofílicos son adecuados, tales como ácido acrílico, acrilamida (AM), vinilpirrolidona, N-isopropilacrilamida (NIPAM), N-vinilformamida (NVF), etc. Debido a que no hay un punto de entrecruzamiento en la NCC durante la polimerización, la NCC primero debe ser modificada para que funcione como un agente de entrecruzamiento. La modificación se efectúa siguiendo un procedimiento en el cual un monómero vinílico con grupos funcionales, por ejemplo metacrilato de glicidilo (GMA), se usa para que reaccione con los grupos hidroxilo en la NCC, dando como resultado NCC acoplada con el grupo metacrilato. Enseguida, se prepara el hidrogel nanocompuesto usando la NCC modificada y monómeros hidrofílicos, tal como acrilamida, y se inicia con iniciadores de radicales libres tal como persulfato de potasio. Siguiendo el procedimiento de esta invención, los hidrogeles nanocompuestos preparados a partir de la NCC modificada son mucho más resistentes que los hidrogeles preparados a partir de un agente de entrecruzamiento orgánico normal, por ejemplo ?/,?/'-metilenbisacrilamida (BIS).11 La capacidad de hincharse con el agua del hidrogel nanocompuesto resultante es reversible, lo que indica que la propiedad de difusión del hidrogel está conservada mientras que las propiedades mecánicas están mejoradas. El peso molecular o longitud de la cadena polimérica entre las partículas de NCC puede ser controlado por dos factores principales: (i) la concentración de NCC, y (ii) la densidad de los modificadores injertados en la superficie de la NCC. Mientras mayor es la concentración de NCC y la densidad del modificador injertado en la superficie de la NCC, más cortas serán las cadenas poliméricas. Por el contrario, mientras más baja es la concentración de NCC y la densidad del modificador injertado en la superficie de la NCC, más largas se vuelven las cadenas poliméricas. Sin embargo, la concentración de NCC también puede afectar la resistencia mecánica del hidrogel resultante.

El método descrito más arriba no está limitado al uso de acrilamida como el monómero. La elección de diferentes monómeros es dependiente de la aplicación final. Para diferentes sistemas de monómeros, los hidrogeles nanocompuestos pueden ser capaces de responder al pH, sensibles a la temperatura, electroquímicamente sensibles, etc. El aumento de la resistencia mecánica ampliará la aplicación potencial de los hidrogeles a una amplia gama de materiales de ingeniería y sistemas médicos.

Una descripción detallada de los pasos específicos que pueden emplearse para la preparación de hidrogeles nanocompuestos basados en NCC se divulga más abajo. 1. Modificación de la superficie de NCC con un monómero vinílico que posee grupos funcionales adecuados: se usa una suspensión de NCC en agua con una determinada concentración, por ejemplo 4.38% en peso. El pH de la suspensión de NCC se ajusta a neutro, y enseguida la suspensión de NCC se seca usando una técnica apropiada, por ejemplo secado por rociado o por congelación. Varios gramos de NCC secada por congelación, típicamente de 1 a 10 g, por ejemplo 5 g, son resuspendidos en 50 a 500 mi de un solvente apropiado, por ejemplo dimetilsulfóxido (DMSO), preferentemente 100 mi, con agitación por entre 10 min y 4 horas hasta que la NCC esté totalmente suspendida. La elección del solvente sólo está limitada por el hecho de que la suspensión de NCC debe estar totalmente dispersada. Enseguida, la suspensión de NCC es ultrasonicada por 10 a 60 min. La cantidad deseada de un catalizador, por ejemplo 1 g de 4-dimetilaminopiridina (DMAP), se añade a la suspensión, y después se burbujea nitrógeno en la suspensión por 10 a 60 min para eliminar el oxígeno disuelto. La reacción se inicia introduciendo en la suspensión la cantidad requerida, por ejemplo 0.73 g, de un monómero vinílico adecuado con grupos funcionales, por ejemplo metacrilato de glicidilo (GMA). La reacción puede efectuarse a cualquier temperatura en el rango desde temperatura ambiente hasta la temperatura de degradación de la NCC; en este caso se usan 50°C. El tiempo de reacción puede estar en el rango desde 4 horas hasta varios días, y aquí se emplean 48 horas. El tiempo de reacción, la temperatura y la razón de GMA a NCC determinarán el grado de modificación. Después de la reacción, algo de agua desionizada (DI), 100 mi en este caso, se introduce en la suspensión y el pH del sistema se ajusta a 7-8. La suspensión obtenida es dializada contra agua DI por 3 a 10 días, 7 días en este caso. Después de la diálisis, la suspensión es ultrasonicada por 30 min y filtrada, por ejemplo, a través de papel filtro Whatman N° 42. Finalmente, el pH de la suspensión de NCC modificada se ajusta a 7-8 y se seca por congelación. 2. Preparación de hidrogeles nanocompuestos basados en NCC: La cantidad calculada de NCC modificada y acrilamida se disuelven en agua DI, agitando hasta que estén totalmente disueltas, típicamente de 10 min a 60 min, y después se somete a ultrasonicación por 10 a 30 min. Enseguida, la suspensión se filtra a través de un filtro de aguja de 0.45 pm. La cantidad deseada de un catalizador adecuado, por ejemplo ?,?,?',?'-tetrametiletilendiamina (TEMED), se añade a la suspensión de NCC para ayudar en la generación de radicales libres desde el iniciador, y se burbujea nitrógeno en la suspensión por al menos 30 min. La cantidad calculada de un iniciador adecuado, por ejemplo persulfato de potasio (KPS), se disuelve en agua DI y se burbujea nitrógeno al mismo tiempo. Para iniciar la reacción, la solución de KPS se introduce en la suspensión de NCC en un baño de hielo-agua. La polimerización por radicales libres in situ se deja avanzar a temperatura ambiente por 1 a 5 días, por ejemplo 2 días, hasta que la reacción se finaliza en una atmósfera de nitrógeno. La razón molar entre el monómero (acrilamida), iniciador (KPS) y catalizador (TEMED) se mantiene constante en esta muestra específica en 381 : 1 :2.35. Diferentes razones de NCC a acrilamida pueden usarse para optimizar el efecto de la concentración de NCC sobre las propiedades mecánicas del hidrogel nanocompuesto. La razón molar de otros reaccionantes también puede ajustarse dentro de un rango razonable para controlar las propiedades de los hidrogeles con NCC preparados.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Figura 1 : es un esquema de cómo la NCC funciona como un agente de entrecruzamiento en los hidrogeles nanocompuestos descritos. Cada nanopartícula se une a al menos dos unidades del modificador. Se espera que la NCC se distribuya en forma completamente aleatoria dentro de la estructura del hidrogel; Figura 2: es un espectro FT-IR de NCC modificada de acuerdo con las condiciones descritas en la Tabla 1 ; Figura 3: es un gráfico que muestra el comportamiento de tracción del nanocompuesto basado en NCC (triángulos abiertos) y de hidrogeles basados en BIS (línea sólida); Figura 4: es un gráfico que muestra la respuesta de resistencia a la tracción a un aumento de la carga del agente de nanorreforzamiento/entrecruzamiento para el nanocompuesto basado en NCC (triángulo sólido) y los hidrogeles basados en BIS (cuadrado sólido); y Figura 5: es un gráfico que muestra el módulo de compresión como una función de la carga del agente de nanorreforzamiento/entrecruzamiento para el nanocompuesto basado en NCC (triángulo sólido) y los hidrogeles basados en BIS (cuadrado sólido).

TABLAS TABLA 1 Tamaño y carga superficial de NCC modificada preparada usando las condiciones indicadas TABLA 2 Razones de hinchamiento del nanocompuesto basado en NCC y los hidrogeles basados en BIS EJEMPLO 1 La modificación de NCC por GMA se controla usando diferentes condiciones de reacción. Se ilustra en la Tabla 1 que la carga superficial de la NCC modificada está disminuida en comparación con la NCC original. Más aún, la NCC modificada se vuelve más pequeña en tamaño que la NCC original. Esto probablemente es porque el catalizador, DMAP, es una base, que posiblemente hidrolizará a la NCC para hacerla más pequeña y disminuir la carga superficial. Para confirmar el injerto de GMA sobre NCC, se efectúa una prueba de infra-rojo con transformada de Fourier (FT-IR) para verificar las muestras de NCC modificada. Como se demuestra en la Figura 2, el pico a alrededor de 1720 cm"1 representa la vibración del grupo carbonilo en el metacrilato, lo que indica que el grupo metacrilato está injertado sobre la NCC.

EJEMPLO 2 Las propiedades mecánicas de los hidrogeles pueden analizarse usando una máquina de ensayo de tracción Instron, o cualquier otra, a una tasa de extensión de 100 mm/min. La longitud de calibre se fijó en 30 mm, y el espécimen de prueba era un cilindro sólido con un diámetro de 1 1.46 mm. La sección transversal inicial se usa para calcular la resistencia a la tracción y el módulo.

La Figura 3 exhibe respuestas de tracción típicas de (1 ) hidrogel nanocompuesto basado en NCC preparado de acuerdo con esta invención, y (2) hidrogel preparado usando un agente de entrecruzamiento orgánico, BIS. El hidrogel nanocompuesto basado en NCC exhibe un comportamiento característicamente diferente del de los hidrogeles producidos usando agentes de entrecruzamiento orgánicos. El hidrogel nanocompuesto basado en NCC muestra un punto de inflexión claro a alrededor del 100% de deformación, indicando la transición desde respuesta lineal elástica a plástica. Este comportamiento elástico-plástico indica que los hidrogeles nanocompuestos basados en NCC (1 ) tienen la capacidad de absorber una cantidad significativa de energía (material altamente tenaz), (2) son rígidos (módulo alto) y (3) tienen alta resistencia a la tracción en el rango plástico (más de 7 veces más alto que en el rango elástico). Esta respuesta plástica significativa para los hidrogeles nanocompuestos basados en NCC es una característica singular hecha posible por el mecanismo de reforzamiento de la NCC.

La Figura 4 ilustra la respuesta de resistencia a la tracción como una función de contenidos crecientes de NCC (o BIS) en hidrogeles nanocompuestos basados en NCC, e hidrogeles preparados usando un agente de entrecruzamiento orgánico, respectivamente. Es evidente que la resistencia a la tracción aumenta al aumentar el contenido de BIS (cuadrados sólidos), alcanza un pico a -0.015 MPa, y después disminuye. Sin embargo, la resistencia a la tracción para el hidrogel nanocompuesto basado en NCC aumenta constantemente al aumentar el contenido de NCC (triángulos sólidos). Por ejemplo, a 50% p/p de carga de NCC sobre el monómero, la resistencia a la tracción llega a 0.126 MPa, más de 8 veces más alta que para el hidrogel normal.

EJEMPLO 3 Se efectúan ensayos de compresión usando un analizador mecánico térmico (TMA Q 400) bajo una sonda de expansión. La altura de la muestra es de alrededor de 6 mm y el diámetro de la sonda es de 2.795 mm. La medición se efectúa aplicando una fuerza inicial de 0.01 N y una rampa de fuerza de 0.1 N/min hasta 1.2 N. Compresiones entre 0.5 y 2.5 mm se usan para calcular el módulo de compresión.

La Figura 5 ilustra el módulo de compresión de los hidrogeles como una función de las densidades de entrecruzamiento o carga de NCC como porcentaje en peso sobre el monómero. Por ejemplo, para el hidrogel con BIS (cuadrados sólidos), el módulo de compresión aumenta con el aumento de la concentración del agente de entrecruzamiento y los datos siguen una respuesta logarítmica que se estabiliza a ~9 kPa. Sin embargo, el módulo de compresión para el hidrogel nanocompuesto basado en NCC aumenta exponencialmente al aumentar la carga de NCC (triángulos sólidos). Los resultados también indican que el aumento de la carga de NCC modificada en el hidrogel nanocompuesto, aumentará el módulo de compresión a una velocidad mucho más rápida que en el caso de hidrogeles basados en BIS.

EJEMPLO 4 Las propiedades de hinchamiento de los hidrogeles se miden remojando los hidrogeles preparados en agua DI por 3 días, y comparando los pesos de los hidrogeles antes y después del hinchamiento. La razón de hinchamiento se define como la razón entre el peso después del remojo y el peso antes del remojo. La Tabla 2 muestra claramente que los hidrogeles nanocompuestos con NCC tienen razones de hinchamiento más altas que los hidrogeles normales. También se encontró que el hinchamiento de los hidrogeles nanocompuestos basados en NCC es reversible si son secados y remojados nuevamente en agua.

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Claims (20)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1. Un hidrogel nanocompuesto, caracterizado porque comprende un polímero hidrofílico entrecruzado por un agente de entrecruzamiento que comprende celulosa nanocristalina (NCC), donde dicho agente de entrecruzamiento comprende una NCC modificada en la cual un modificador tiene un primer grupo funcional acoplado con un grupo hidroxilo de la NCC, y un segundo grupo funcional acoplado a dicho polímero.

2. El hidrogel nanocompuesto de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicho polímero hidrofílico es derivado de la polimerización de un monómero vinílico hidrofílico.

3. El hidrogel nanocompuesto de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicho polímero hidrofílico es derivado de la copolimerización de un monómero vinílico hidrofílico y un comonómero para dicho monómero vinílico hidrofílico.

4. El hidrogel nanocompuesto de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado además porque dicho comonómero es un comonómero hidrofílico.

5. El hidrogel nanocompuesto de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicho polímero hidrofílico es derivado de la polimerización de un monómero hidrofílico seleccionado entre ácido acrílico, acrilamida (AM) y vinilpirrolidona, N-isopropilacrilamida (NIPAM), y N-vinilformamida (NVF).

6. El hidrogel nanocompuesto de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado además porque dicho modificador es un monómero vinílico que tiene un grupo funcional.

7. El hidrogel nanocompuesto de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado además porque dicho modificador es seleccionado del grupo consistente en metacrilato de glicidilo, metacrilato de trimetilsililo, metacrilato de 2-(trimetilsililoxi)etilo, metacrilato de 2-aminoetilo, metacrilato de 2-isocianatoetilo, acrilato de 2-cloroetilo, acrilato de 3-(trimetoxisilil)propilo, acrilato de glicidilo, isocianato de vinilo, éter 2-aminoetilvinílico y viniltrimetoxisilano.

8. El hidrogel nanocompuesto de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porque dicho monómero vinílico que tiene un grupo funcional es metacrilato de glicidilo.

9. Un método para preparar un hidrogel nanocompuesto, que comprende: polimerizar un monómero hidrofílico para formar un polímero hidrofílico en presencia de un agente de entrecruzamíento para dicho polímero, que comprende celulosa nanocristalina (NCC).

10. El método de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque dicho monómero hidrofílico es un monómero vinílico hidrofílico.

1 1. El método de conformidad con la reivindicación 9 ó 10, caracterizado además porque dicha polimerización comprende la copolimerización de dicho monómero htdrofílico y un comonómero.

12. El método de conformidad con la reivindicación 1 1 , caracterizado además porque dicho comonómero es un comonómero hidrofílico.

13. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 9 a 12, caracterizado además porque dicho agente de entrecruzamiento comprende NCC modificada con un modificador que tiene grupos funcionales primero y segundo, haciendo reaccionar dicho primer grupo funcional con un grupo hidroxilo de la NCC, y acoplando dicho segundo grupo funcional al polímero.

14. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 9 a 13, caracterizado además porque dicho monómero hidrofílico es seleccionado entre ácido acrílico, acrilamida (AM) y vinilpirrolidona, N-isopropilacrilamída (NIPAM), y N-vinilformamida (NVF).

15. El método de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado además porque dicho modificador es seleccionado del grupo consistente en metacrilato de glicidilo, metacrilato de trimetilsililo, metacrilato de 2-(trimetilsililoxí)etilo, metacrilato de 2-aminoetilo, metacnlato de 2-isocianatoetilo, acrilato de 2-cloroetilo, achlato de 3-(trimetoxisilil)propilo, acrilato de glicidilo, isocíanato de vinilo, éter 2-aminoetilvinílico y viniltrimetoxisilano.

16. El método de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado además porque dicho modificador es un monómero vinílico que tiene un grupo funcional.

17. El método de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado además porque dicho monómero vinílico que tiene un grupo funcional es metacrilato de glicidilo.

18. Un dispositivo médico formado del hidrogel nanocompuesto de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8.

19. Un dispositivo de higiene absorbente formado del hidrogel nanocompuesto de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8.

20. El dispositivo médico de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado además porque es seleccionado entre un sistema de entrega de fármacos para aplicaciones médicas; un sensor que responde a estímulos, un implante médico y un material de ingeniería de tejidos.