Structure and dynamics of colloidal systems with application to vesicle suspensions

Resumen

RESUMEN Los sistemas objeto de estudio durante este trabajo son las dispersiones de liposomas (o vesículas de fosfolípido) suspendidos en un medio líquido. El interés por la comprensión de estos sistemas se remonta a principios de los años sesenta, cuando son reconocidos por sus aplicaciones biotecnológicas como vehículos transportadores de fármacos y ¿material biológico¿ (proteínas, ácidos nucleicos,¿). Unido a este interés se encuentra otro de mayor trascendencia: los liposomas representan un modelo sencillo y manejable de membrana celular. Para abordar de forma adecuada la descripción fenomenológica de estos sistemas, resulta necesario plantear modelos de interacción (a corto y largo alcance) que expliquen las correlaciones espaciales entre vesículas tanto a distintas fraccciones de volumen como a distintas condiciones del medio acuoso. Uno de los ejemplos más llamativos de correlación espacial entre vesículas se manifiesta con la aparición de agregados fractales. Estas estructuras surgen cuando la repulsión entre vesículas queda apantallada (al menos parcialmente) y éstas se adhieren merced a la presencia de potenciales atractivos. Este caso resulta especialmente interesante cuando nuestro objetivo se centra en el estudio de la interacción de corto alcance. Son estos mecanismos de interacción los que rigen tanto los procesos de agregación como los procesos de fusión de vesículas. En el extremo opuesto a la agregación nos encontramos con suspensiones de liposomas en las que la repulsión coulombiana de largo alcance ha sido intensificada dando lugar a estructuras no agregadas y estables. Eventualmente, estos últimos sistemas pueden presentar una transición vítrea. La descripción, tanto experimental como teórica, de esta transición es sin duda uno de los retos más excitantes de la Física Coloidal de nuestros días. OBJETIVOS El objetivo esencial de este trabajo se centra en el estudio, tanto experimental como teórico, de la dinámica y estructura de las suspensiones de liposomas. De forma desglosada: 1- Descripción teórica y experimental de las estructuras de agregados de liposomas. 2- Descripción teórica y experimental de la cinética de agregación en suspensiones de liposomas. 3- Descripción teórica y experimental de estructuras no agregadas de liposomas estabilizados por repulsión. 4- Descripción teórica y experimental de la transición vítrea en una suspensión de liposomas estabilizados por repulsión. METODOLOGíA Para llevar a cabo el estudio experimental de los cuatro apartados anteriores nos valemos del uso de técnicas de dispersion dinámica y estática de luz. La descripción teórica del apartado 1 se lleva a cabo dentro del marco de la geometría fractal mientras que para el punto 2 nos valemos de modelos de campo medio tales como el modelo de Smoluchowski. Para la descripción teórica del punto 3 se usan modelos de ecuaciones ecuaciones integrales, además de simulaciones basadas en dinámica browniana. El punto 4 se abordará en su parte teórica mediante la aplicación de modelos de modos acoplados (¿Mode Coupling Theory¿), además de simulaciones de dinámica molecular. APORTE CIENTÍFICO Todos los puntos observados como objetivos presentan problemas abiertos, que en algunos casos (aplicación de la geometría fractal, transición vítrea) todavía no habían sido contemplados para estos sistemas. La consumación de estos objetivos conlleva una descripción completa de los mecanismos de interacción de los sistemas de liposomas cargados, repercutiendo en la posibilidad de una aplicación biotecnológica inmediata. BIBLIOGRAFÍA [1] D.D. Lasic, Liposomes: From Physics to Applications (Amsterdam, Elsevier, 1995). [2] B.B. Mandelbrot, The Fractal Geometry of Nature (W.H. Freeman and Company, 1983). [3] G. Nägele, On the Dynamics and Structure of Charge-Stabilized Suspensions, Physics Reports 272, 215 (1996). [4] P.N. Pusey, Introduction to Scattering Experiments, (edited by Lindner and Zemb, Amsterdam, Elsevier, 2002). [5] W. Götze and L. Sjogren, Rep. Prog. Phys. 55, 241 (1992). [6] S. Roldán-Vargas et al. Phys. Rev. E 75, 21912 (2007).