Newsletter | Edição 14
17 março -2015

Polímeros impressos com íons, IIPs (do inglês, Ion Imprinted Polymers), representam uma particularidade dos polímeros impressos com moléculas, MIPs (Molecularly Imprinted Polymers), e possuem as mesmas virtudes destes, incluindo a simplicidade e conveniência da síntese, e representam uma nova classe de materiais que possuem alta seletividade e afinidade para o íon alvo. 

O processo de impressão química com íons é uma tecnologia emergente para a produção de materiais poliméricos altamente seletivos. De maneira geral, o processo de síntese dos IIPs é considerado simples, rápido, de baixo custo, e apresenta possibilidade de várias rotas sintéticas e aplicações. 

Luiz Fernando Mendes de Azevedo, mestre em Química Analítica pela Universidade Federal de Alfenas (MG), conversou com a Analitica News sobre aplicações e vantagens dessa tecnologia.  

Analitica News: Quais as aplicações dos polímeros impressos com íons na química analítica? Com qual objetivo esta tecnologia é utilizada? 

Luiz Fernando Mendes de Azevedo: De um modo geral, os materiais quimicamente impressos são derivados do modelo enzima-substrato e antígeno-anticorpo proposto por Linus Pauling, que se baseia no reconhecimento biomolecular de muitos processos biológicos, onde as biomacromoléculas possuem sítios receptores capazes de se ligar seletivamente a uma molécula na presença de outras com estruturas análogas. Neste sentido, materiais sintéticos, em especial os polímeros, podem apresentar efeito de impressão química, desde que interações favoráveis entre o monômero e a molécula molde ocorram durante a síntese polimérica. Polímeros seletivos a uma determinada molécula, preparados via tecnologia de impressão química, são conhecidos como MIPs (do inglês, Molecularly Imprinted Polymers). Já os polímeros impressos com íons são denominados IIPs (do inglês, Ion Imprinted Polymers), os quais representam uma particularidade dos polímeros impressos com moléculas. Sendo assim, esses materiais têm como principal objetivo trazer uma maior seletividade, uma vez que são sintetizados a partir de um determinado “modelo”: o íon ou molécula que se deseja trabalhar. Assim, durante a aplicação em processos de extração, a espécie química fica retida no material devido às diferentes interações eletrostáticas. Outro ponto importante é o favorecimento da sensibilidade devido à capacidade de adsorção de íons metálicos, uma vez que temos processos de pré-concentração favorecendo o tratamento de amostras complexas. Desta forma, esses materiais têm se tornado uma grande descoberta, aliados aos métodos analíticos conhecidos. O principal objetivo da utilização dos polímeros impressos é a seletividade e a melhora na sensibilidade.  

Analitica News: Quais os principais avanços que podemos destacar no uso desse método nos últimos anos? 

Azevedo: Os materiais impressos estão em alta devido a sua facilidade de preparo e aos grandes problemas e desafios enfrentados pela sociedade científica. Estamos diante de uma nova realidade, na qual se tem buscado o estabelecimento de novas formas de preparo de amostra com o menor número de interferentes possível. Sendo assim, diversos grupos de pesquisa têm realizado estudos nas mais deferentes áreas com o intuito de melhorar o preparo de amostras de interesse ambiental, farmacêutico, clínico e alimentício, e com isso métodos alternativos vêm sendo investigados, dentre os quais o uso de materiais adsorventes, que promovam a retenção seletiva e reversível do analito. Em destaque temos alguns trabalhos que têm realizado estudos de algumas classes de fertilizantes acoplando esta técnica de extração à Cromatografia Liquida e à Espectrometria de Massas. Outros estudos têm se voltado para os compostos clorados, os quais podem estar presentes em diferentes tipos de alimentos provindos da agricultura, onde esta técnica está sendo acoplada à Cromatografia Gasosa, apresentando um ótimo desempenho no preparo das amostras, levando à quantificação de concentrações cada vez mais baixas. Portanto, tem sido de grande importância no monitoramento e controle de poluentes ambientais. 

Cabe ressaltar que os MIPs têm apresentado outra vertente como potenciais receptores biomiméticos para aplicações em ensaios de fluoroafinidade e radioafinidade e para desenvolvimento de sensores químicos. Neste sentido, a tecnologia de impressão molecular tem sido uma ferramenta de grande importância para o desenvolvimento de sistemas de liberação de drogas ("DDS - drug delivery systems"), devido ao caráter promissor de tal aplicação e pela facilidade de obtenção desses materiais. 

Analitica News: Como são preparados esses polímeros? 

Azevedo: Os MIPs são preparados convencionalmente pelo método conhecido por polimerização em "bulk", onde a reação é realizada em sistema homogêneo. Esta reação é conduzida em frascos selados contendo monômero, analito, solvente, reagente de ligação cruzada e iniciador radicalar. A reação ocorre na ausência de oxigênio sob fluxo de N2 ou Ar e induzida com aquecimento e/ou radiação UV. O oxigênio deve ser eliminado do meio reacional, pois retarda a reação de polimerização radicalar. Por fim, o sólido polimérico resultante é moído, peneirado e submetido a uma lavagem com solvente para extração do analito, visando seu uso posterior. A escolha dos reagentes antes de iniciar uma síntese é uma das etapas mais importantes e é ditada pela natureza da interação do analito com o monômero. O analito necessita conter em sua estrutura molecular grupos funcionais capazes de interagir fortemente com os monômeros, a fim de formar uma espécie de complexo estável. Essa interação analito-monômero pode se dar por meio de ligação covalente ou não-covalente, por meio de ligação de hidrogênio, interação dipolo-dipolo, interação iônica ou por interação hidrofóbica. 

A síntese desses materiais pode ser dividida basicamente em quatro estágios: (1) formação de um complexo entre o analito (íon/molécula) e o monômero; (2) incorporação do analito de interesse na rede polimérica ou no polímero linear por meio da reação de polimerização; (3) remoção do analito impresso do polímero e (4) teste do polímero para a seletividade e religação do analito de interesse. A seletividade do polímero é baseada na especificidade do ligante (no caso o monômero) em relação ao analito, no tamanho da molécula ou íon, nos tipos de grupos funcionais, no caso dos MIPs, e na coordenação, tamanho e carga do íon para os IIPs.  

Analitica News: Quais as perspectivas futuras para este tipo de método? 

Azevedo: Os principais desafios têm sido no preparo de amostras de modo a termos cada vez mais uma seletividade e sensibilidade melhores. Com isso os estudos científicos têm se voltado muito para amostras alimentícias e biológicas. Cabe ressaltar que outros pesquisadores têm realizado uma busca incessante na construção de sensores capazes de identificar e quantificar seletivamente diversas substâncias químicas nas mais diversas áreas, entretanto, uma das perspectivas futuras é maximizar a construção desses sensores, uma vez que a maior dificuldade é transformar as respostas químicas em dados mensuráveis capazes de serem detectados a ponto de ter um sensor eficiente e seletivo. Já por outro lado, na indústria farmacêutica temos atualmente uma enorme variedade de colunas cromatográficas, muitas delas específicas para cada produto. Acredito que num futuro não muito distante teremos colunas à base de materiais poliméricos impressos para determinados tipo de amostra ou pelo menos para determinadas classes de materiais, facilitando os meios de extração e/ou separação, aliado as técnicas de quantificação como Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (HPLC - Hight Performance Liquid Chromatography) e Cromatografia Líquida de Ultra Eficiência (UPLC - Ultra Performance Liquid Chromatography).  

Outro ponto importante seria a síntese em grande escala de polímeros impressos com funções específicas embasados no reconhecimento molecular, os quais devem ser empregados no controle e liberação de drogas no organismo humano de modo que os efeitos das drogas sejam cada vez mais eficientes e específicos, com menos efeitos colaterais. Cabe ressaltar que um dos principais desafios é conhecer e minimizar os riscos inerentes à toxicidade dos polímeros, dos reagentes remanescentes da síntese e de seus produtos de degradação, uma vez que as metodologias clássicas empregam solventes orgânicos como meio reacional. Esses solventes podem causar sérios danos celulares e, por isso, são necessárias estratégias eficientes de lavagem dos polímeros até a obtenção de níveis de solventes considerados não tóxicos. Em contrapartida, a busca por reagentes mais compatíveis com o sistema biológico torna-se uma alternativa elegante para minimizar problemas de toxicidade. Nesse contexto, MIPs aquosos (síntese em meio aquoso) são menos problemáticos e, por isso, são considerados uma forte tendência no campo de liberação controlada de fármacos (drug delivery system). 

Analitica News: Quais as vantagens dessa tecnologia em relação aos métodos analíticos já conhecidos? 

Azevedo: Uma das principais vantagens desses materiais com certeza é a reconhecimento molecular, o que contribui positivamente para a seletividade; desta forma teremos cada vez mais um preparo de amostras mais eficiente. Neste sentido cabe ressaltar que buscam-se atualmente métodos que sejam cada vez mais sensíveis, e os polímeros impressos, uma vez que podem ser utilizados em etapas de extração e pré-concentração, são de extrema importância em etapas de clean up. 

Analitica News: Essa técnica é uma tendência nas indústrias? 

Analitica News: Poderia nos dar um exemplo recente de aplicação dessa tecnologia?  

Azevedo: Temos diversas aplicações mais cientificas, como o uso de polímeros em estudo de especiação redox e estudo de pré-concentração de Cr (III) e Cr (VI), utilizando um sistema de injeção em fluxo com duas colunas preparadas a partir de polímeros reticulados à base do ácido metacrílico e de polivinilimidazole. Neste estudo, a coluna de poli (ácido metacrílico) tem afinidade pelo Cr (III) e a coluna de polivinilimidazol tem afinidade pelo Cr (VI), proporcionando uma capacidade máxima de adsorção de 1,42 e 3,24 mg g-1, respectivamente. 

Outro estudo desenvolvido foi o de preparo de polímeros molecularmente impressos (MIPs) com nicotina como droga modelo para avaliar a viabilidade destes materiais como excipientes para a entrega transdérmica controlada de nicotina. Para atingir este objetivo, os MIPs foram sintetizados por um método de polimerização de radicais livres utilizando ácido metacrílico como monómero e o dimetacrilato de etilenoglicol como agente de reticulação. As partículas de polímero foram preparadas e incluídas nos sistemas transdérmicos com veículos de diferentes polaridades. Com base nos resultados, as partículas em MIP, interações fármaco-polímero não-covalentes foram estabelecidas por adsorção de nicotina, principalmente em veículos não-polares. A difusão da droga a partir da matriz de polímero pode ser modificada por sítios seletivos no transportador de polímero impresso. Portanto, MIPs podem ser considerados como candidatos adequados para a administração transdérmica controlada de nicotina.