¿Es un gas? ¿Es un líquido? ¡Es supercrítico!

¿Es un pájaro? ¿Es un avión? ¡Es Superman!

Un fluido comprimido- o gas denso- se define como la sustancia que en condiciones normales de presión y temperatura es un gas, pero cuando está cerca o por encima de su temperatura o presión críticas presenta propiedades intermedias entre gas y líquido.

El fluido comprimido que más se usa es el dióxido de carbono (o CO2), que es barato, está disponible y se considera como disolvente verde o sostenible porque no es tóxico, ni inflamable y se puede recuperar con facilidad. La presión y temperatura críticas del CO2 son 73 bar y 31ºC, respectivamente. Comparado con otros, no son muy elevadas y se pueden alcanzar sin consumir demasiada energía.

A presión atmosférica y temperatura ambiente, el CO2 es un gas, pero después de comprimirlo por encima de 73 bar, se obtiene un líquido. Si se mantiene a 73 bar mientras subimos la temperatura por encima de 31ºC, el dióxido de carbono se transforma en supercrítico. En este estado supercrítico y sus alrededores, el fluido comprimido (CF a partir de ahora) presenta una densidad líquida…, y una difusividad gaseosa, que hace mejorar la transferencia de masa, ¡clave para cualquier reacción química! Los CFs pueden usarse con disolventes orgánicos, formando líquidos expandidos en fase gaseosa.

Por si el concepto de CF no queda claro, os dejo con la explicación de todo un maestro:

Vale, sí, mola pero …, ¿¿¿sirve para algo???

En los años 90 emergieron las tecnologías basadas en fluidos comprimidos como una alternativa a procesos convencionales con disolventes líquidos. Las propiedades de solvatación (http://es.wikipedia.org/wiki/Solvataci%C3%B3n) de los CFs pueden ajustarse por ligeros cambios de presión, que permiten un mayor control del proceso. En la actualidad los CFs se usan industrialmente en procesos de extracción (por ejemplo, extracción de la cafeína para hacer café descafeinado) o de limpieza. Y además son una buena opción para preparar materiales micro- y nanoparticulados.

El crecimiento explosivo de la nanotecnología está revolucionando, entre otros campos, el de la medicina en cuanto al drug delivery  o distribución de compuestos biológicos activos. Muchos fármacos modernos requieren una liberación controlada para ejercer su acción específicamente sobre el órgano diana. Para ello, las nanopartículas son un buen carrier, por ejemplo, estoy trabajando en encapsular un fármaco que ha de llegar intacto al colon, y no disolverse en el estómago. Si logramos encapsularlo en un polímero que solo se disuelva a pH básico, podríamos conseguir mejorar la efectividad de la molécula activa en la administración. Dentro del drug delivery, tenemos los sistemas vesiculares, especialmente los liposomas, que pueden formar materiales inteligentes ya que sensibles a estímulos externos como cambios en la presión, pH, temperatura o concentración del medio.

Pero para que todo esto pase de ciencia ficción en el papel a ciencia aplicada, se requieren métodos rentables y efectivos para la preparación de formulaciones vesiculares homogéneas: con un tamaño, morfología y organización supramolecular controladas. Aquí viene en nuestro auxilio, el superhéroe CF:

Porque podemos usar el CO2 supercrítico como disolvente con una expansión rápida, usar el CO2 como soluto cuando lo absorbe el polímero, usar la despresurización de una disolución expandida de líquido orgánico (DELOS) o usarlo como antisolvente (agente inductor de la precipitación de nanopartículas). De hecho, cuando se emplean los CFs como disolventes o cosolventes, pequeñas variaciones de presión consiguen aumentar su efectividad como disolvente. Y cuando se usan como antisolventes, su difusividad tipo gas permite una mezcla apropiada entre CF y la disolución de soluto.

Elizondo et al., ver referencias

Los CFs tienen la ventaja de que nos permiten trabajar en condiciones estériles, reducir el tiempo de procesado, mejorar las propiedades intrínsecas de transferencia de masa, y obtener partículas o vesículas con características uniformes. ¡Justo lo que se necesita para diseñar y producir nuevos medicamentos! Además, los CFs permiten escalar las reacciones de nivel laboratorio a nivel industrial, manteniendo las propiedades interesantes que habíamos conseguido.

Hasta aquí lo que he aprendido en el último mes. Quizá dentro de cuatro años les pueda contar algo más. Por cierto, ¿quién necesita los superpoderes de Superman teniendo la super-ciencia? 😉

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Este artículo nos lo envía Dolores (@Ununquadio en twitter) una química a la espera de hacer la tesis en ciencia de los materiales con tecnologías sostenibles. Mientras tanto esta apasionada de la ciencia y su divulgación os invita a que visitéis su blog.

Referencias

Elizondo, E., Veciana, J., & Ventosa, N. (2012). Nanostructuring molecular materials as particles and vesicles for drug delivery, using compressed and supercritical fluids Nanomedicine, 7 (9), 1391-1408 DOI: 10.2217/nnm.12.110

Elizondo E, Moreno E, Cabrera I, Córdoba A, Sala S, Veciana J, & Ventosa N (2011). Liposomes and other vesicular systems: structural characteristics, methods of preparation, and use in nanomedicine. Progress in molecular biology and translational science, 104, 1-52 PMID: 22093216



Por Colaborador Invitado
Publicado el ⌚ 11 marzo, 2013
Categoría(s): ✓ Divulgación • Física