Estudio de la respuesta magnética de nanopartículas en hidrogeles y en coloides. Efecto desmagnetizante debido a las interacciones dipolares magnéticas entre partículas

Abstract

Los hidrogeles magnéticos (o ferrogeles) con nanopartículas de magnetita en una matriz de PVA, poseen propiedades notables de absorción de agua, cambio de volumen por hidratación y por aplicación de campos, y liberación de fármacos. Estos materiales basan su respuesta en una concentración elevada de MNPs que pueden llegar a constituir del orden del 15 % de su masa. En esto contrastan con los coloides magnéticos para aplicaciones biomédicas, que poseen a lo sumo concentraciones másicas del orden del 1 %. El contraste es mucho mayor con los coloides empleados para magnetofección, que en el presente trabajo poseen una concentración másica del orden de 10<SUP>-4</SUP> %. La elevada concentración de MNPs en los ferrogeles permite estudiar con detalle el efecto de las interacciones dipolares magnéticas, que tienen una dependencia característica con el cubo de la inversa de la separación entre MNPs. El cambio de volumen que experimentan al hidratarse (de hasta tres o cuatro veces su volumen seco) permite sintonizar la intensidad de las interacciones, de manera que estos materiales son además un banco de pruebas ideal para desarrollar y testear modelos. En esta tesis se presenta un modelo que hemos denominado MFISP (por Mean Field Interacting Super-Paramagnet) basado en los conceptos de campo medio desmagnetizante e interacciones dipolares magnéticas entre partículas. Este modelo permite interpretar el cambio de respuesta debido a las interacciones a través de un tensor desmagnetizante que depende de unos pocos parámetros estructurales asociados a la distribución espacial de MNPs. Como se verá más adelante, a través de este modelo se puede inferir si las interacciones dipolares se manifiestan o no durante el proceso de magnetofección. Si bien el coloide magnetofectante posee una concentración de MNPs muy baja, la formación de complejos podrá agrupar de cientos a miles de MNPs por PVP. Además las MNPs internalizadas por el cultivo se concentran en endosomas celulares. La comparación de la respuesta magnética del coloide estable de MNPs, del coloide de MNPs y PVPs usado para magnetofección, y del cultivo internalizado permitió inferir que en todos los casos la intensidad de las interacciones dipolares fue despreciable. Ello posiblemente se debió a la eficacia de la gruesa capa polimérica que recubre las MNPs, la cual impone una distancia mínima entre sus carozos magnéticos.