Influencia de polímeros biomiméticos del glucocálix en el movimiento browniano de partículas coloidales

Abstract

Las interacciones de partículas con membranas celulares desempeñan un papel importante en diversas aplicaciones biomédicas y biotecnológicas. Entre los principales ejemplos se encuentran la administración de medicamentos y quimioterapia a través de nanoportadores, la fototerapia dirigida y los biosensores. Por otro lado, un aspecto fundamental en los sistemas de materia blanda, tanto desde el punto de vista fundamental como del tecnológico, es la capacidad de determinar el potencial de interacción de las diferentes especies en el sistema. En este trabajo se reportan los potenciales de interacción y los componentes del coeficiente de difusión a bajas fuerzas iónicas y concentraciones muy diluidas de partículas de poliestireno de 1μm que difunden por encima del vidrio desnudo, el vidrio recubierto con polielectrolitos o el vidrio recubierto con una monocapa de fosfolípidos. Ya que las partículas son esferas de poliestireno (PS) con una densidad de carga diferente de cero en sus superficies, los sistemas partículas/superficies considerados aquí pueden ser vistos como un modelo simplificado de dominios proteicos o membranas celulares teniendo interacciones no específicas con las paredes. Para determinar los coeficientes de difusión de partículas, se reconstruyeron las trayectorias de las partículas en 3D analizando las imágenes de las partículas difractadas (función de difusión puntual) junto con el uso de técnicas convencionales de vídeo-microscopía. Con las trayectorias tridimensionales se calcularon los perfiles de potenciales de interacción entre las partículas y la pared y los componentes del coeficiente de difusión 𝐷𝑥 , 𝐷𝑦 y 𝐷𝑧, en función de la distancia entre las partículas y la pared 𝑧. Los potenciales de interacción se obtuvieron mediante la adquisición de los histogramas de altura de las partículas en relación con una pared horizontal, seguido de una interpretación adecuada y ajustada a la correspondiente curva de inversión de Boltzmann. Encontramos coeficientes de difusión de partículas más pequeños a distancias cortas y largas de la pared en comparación con las predicciones hidrodinámicas teóricas. Estas desviaciones se interpretaron como un aumento aparente de la viscosidad del medio. Estos resultados se comparan con varias aproximaciones asintóticas desarrolladas en las teorías relacionadas con el efecto electroviscoso y el deslizamiento parcial y cuyos efectos producen desviaciones de las conocidas fórmulas hidrodinámicas del Brenner. Por otro lado, una importante contribución de nuestro estudio en relación con la literatura anterior consistió en demostrar que 〈𝑧〉 también puede cambiar debido a las variaciones de la longitud gravitatoria, lg=kBT/mg, es decir, debido a la transferencia de masa entre las partículas y las paredes funcionalizadas. En conclusión, los bajos niveles de sal exacerbaron los llamados efectos electroviscosos, restringiendo los coeficientes de difusión por debajo de los valores predichos por la teoría hidrodinámica estándar, tanto a corta como a larga distancia de la pared. Estos resultados fueron comparados a una teoría simplificada o a una elaborada para los EVE. Esta comparación produjo valores de conductividad del mismo orden de magnitud que los encontrados en las mediciones estáticas independientes. Además demostramos que la técnica de videomicroscopía utilizada aquí en combinación con el tamaño de la partícula elegida permite el rastreo de esferas micro-tamaño a distancias de varios diámetros de partícula por encima de la pared, lo que hace que la determinación de la longitud gravitatoria (peso de la partícula) se más precisa.