OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS

19

ESPAÑA

Número de publicación:

21

Número de solicitud: 201301197

51

Int. CI.:

C01G 49/06 B82Y 30/00

Fecha de presentación:

73

18.12.2013 43

(2011.01)

Fecha de publicación de la solicitud:

Fecha de la concesión: 06.04.2016

72

Titular/es:

Inventor/es: GARCÍA CARMONA, Francisco; HERNÁNDEZ GARCÍA, Samanta y GARCÍA GARCÍA , María Inmaculada

Fecha de publicación de la concesión: 13.04.2016 74

Agente/Representante: CARPINTERO LÓPEZ, Mario

ES 2 540 026 B1

B1

UNIVERSIDAD DE MURCIA (100.0%) Oficina de Transferencia de Resultados de Investigación (OTRI). Vicerrectorado de investigación e Internacionalización Campus Universitario de Espinardo. Edificio Rector Soler, 1ª Planta 30100 Murcia (Murcia) ES

07.07.2015

45

(2006.01)

PATENTE DE INVENCIÓN

12

22

2 540 026

11

54

Título: Funcionalización de partículas magnéticas mediante sustitución nucleofilica de haluros orgánicos

57

Resumen:

Uso de un catalizador de metaloceno para producir una polialfa-olefina. La invención se refiere al uso, en una reacción de oligomerización llevada a cabo en presencia de hidrógeno y a una temperatura elevada, de un catalizador racémico de metaloceno puenteado, un compuesto de metaloceno (A) que está representado por medio de la fórmula R(Cp1)(Cp2) M X1 X2 en la que R es un grupo puenteante alquileno C1-C20; Cp1 y Cp2 son anillos tetrahidroindenilo sustituidos o no sustituidos iguales o diferentes, en los que sí están sustituidos, las sustituciones pueden ser independientes y/o estar ligadas para formar estructuras multicíclicas; M es un metal de transición seleccionado entre el grupo que consiste en titanio, circonio y hafnio; X1 y X2 son de forma independiente hidrógeno, halógeno, radicales hidruro, radicales hidrocarbilo, radicales hidrocarbilo sustituidos, radicales halocarbilo, radicales halocarbilo sustituidos, radicales sililcarbilo, radicales sililcarbilo sustituidos, radicales germilcarbilo, radicales germilcarbilo sustituidos; o ambos X1 y X2 se unen y enlazan al átomo metálico para formar un anillo de metalaciclo que contiene de 3 a 20 átomos de carbono; para la producción de polialfa-olefinas.

Aviso: Se puede realizar consulta prevista por el art. 37.3.8 LP.

B1 ES 2 540 026 A1   DESCRIPCIoN

Funcionalizacion de particulas macmeticas mediante sustitucion nucleofilica de haluros organicos. 5 Sector de la tecnica

La presente invencion se enmarca dentro del campo de nuevos materiales, y en particular dentro de los sistemas de particulas con propiedades magneticas. 10 Concretamente, se dirige a sistemas que comprenden particulas magneticas que se funcionalizan para su mejor y mayor reactividad, para incrementar su estabilidad y dispersiOn en disolventes, respetando su tame° y sus propiedades magneticas iniciales, y a procedimientos para su obtenciOn y sus aplicaciones.

15 Estado de la tecnica

Las particulas magneticas se aplican en muchas areas en la industria, debido a sus ventajas respecto a otros materiales. Se aplican en la fabricacion de materiales estructurales, como ceramicas y composites, para mejorar sus 20 prestaciones mecanicas. Iambi& se emplean en impresion magnetica, tintas magneticas, sellado en sistemas de vacio, sistemas de amortiguaciOn, altavoces, sensores magneticos, actuadores, catalisis, recuperacion

de metales

y

purificaci6n de aguas, inductores y antenas. Las particulas se presentan en forma de peliculas, en polvo, dispersas en fluidos o formando aerosoles. 25 Una de las primeras aplicaciones de las particulas magneticas se produjo en el campo de la biotecnologia en los arms 70, empleandose estas particulas como transportadores de enzimas, en procesos de separacion, purificacion y analisis de proteinas, en biocatalisis y bioprocesos (Magnogel, Dynabeads y Estapor). Ya en 30 los arios 80 empezaron a usarse en biomedicina como agentes de contraste en imagen por resonancia magnetica (MRI). Recientemente, se ha descrito una gran variedad

de utilidades tales como administracion dirigida de farmacos,

2

B1 ES 2 540 026 A1   inmunoensayos, biologia molecular, purificaciOn de acidos nucleicos (DNA, RNA), separaciOn celular, terapia mediante hipertermia, y otras.

Las aplicaciones industriales

de las particulas magneticas, sefialadas

5 anteriormente, se basan en su alta superficie especifica, en su capacidad para atravesar barreras biologicas, capacidad de adsorci6n de iones y, principalmente, en sus exclusivas propiedades magneticas, Opticas y electricas.

Se han desarrollado diferentes suspensiones de estas particulas magneticas con 10 recubrimientos organicos

e inorganicos con aplicaciones tecnolOgicas

y

biornedicas [Laurent, S.Chem. Rev. 2008, 108, 2064]. El primer requisito en la fabricaci6n de estas suspensiones es lograr la estabilidad de las mismas. Un segundo punto es la incorporacion de una o varias funcionalidades en la superficie de las particulas. Para lograr ambas cosas es habitual recubrir las 15 particulas con un material organic° o inorganic° que acttla como protecci6n para la particula, mejora su estabilidad, evita su oxidacion y permite incorporar grupos funcionales sobre la superficie del material organic°

o inorganic° de

recubrimiento. Existen varias estrategias para el recubrimiento o estabilizacion de particulas, que se pueden clasificar segian el tipo de compuesto usado en el 20 recubrimiento o segOn el metodo de estabilizacion:

1) Estabilizacion por interacci6n electrostatica: Es la primera estrategia que se desarrollo para estabilizar las particulas en medio disolvente; las particulas se rodean de compuestos de bajo peso molecular con grupos capaces de 25 interaccionar con la superficie de la particula unidos a residuos con afinidad por la

particula y por el solvente, como pueden ser surfactantes, acidos organicos e inorganicos (citrico, aspartico, glutarnico, oleico) y otro tipo de moleculas como la dopamina. Las primeras patentes que se desarrollaron en la NASA sobre los arios 60, atiadian a las particulas acid° oleico [US3215572, US2971916], para 30 estabilizarlas en disolventes organicos7 Las moleculas de acid° se colocan con el

grupo carboxilo orientado hacia la superficie de la particula dejando la cadena alifatica hacia el medio disolvente organic° logrando la estabilizaciOn de la particula. En la patente W003/016217 se recubren nanoparticulas metalicas y en

3

B1 ES 2 540 026 A1   particular de 6xidos metalicos con derivados de acid° fosfOrico, acido fosf6nico o fosfinas. Sin embargo es mas habitual utilizar como recubrimiento moleculas anfifilicas que pueden disponerse en forma de capas sencillas o dobles, como por ejemplo en [Shen et al. Langmuir, 2000, 16, 9907] aunque en este caso las 5 suspensiones sOlo son estables con pH superior a 7,4. Esta tecnologia respeta el tamario de la particula pero las interacciones electrostaticas son debiles y facilmente sustituibles.

2) Recubrimientos polimericos. En esta tecnica el recubrimiento se realiza bien 10

por combinacion de las particulas magneticas con polimeros solubles en medio

liquido, y sintetizados previamente, que contienen grupos funcionales capaces de interaccionar (interacciones hidrofObicas, electrostaticas, fuerzas de Van der Waals) con la superficie de las particulas de forma que estas quedan encapsuladas en el interior del polimero, bien por adsorci6n de monomeros o de 15 iniciadores de polimerizacion y posterior polimerizaciOn in situ, normalmente en el seno de sistemas micelares. Polimeros ampliamente usados en recubrimiento de particulas magneticas son el dextrano [US4452773], proteinas [US2010/0029902], alginatos y polimeros sinteticos como poliestirenos, funcionalizados, polipirrol, polimeros fenOlicos, polimeros de acidos carboxilicos [W02005/112758], 20 copolimeros bloque [Sohnet al. J. Appl. Polym. Sci. 2004, 91, 3549],

polietileniminas [W02009/135937] y otros. Una de las tecnicas preferidas para aumentar la estabilidad del recubrimiento consiste en el entrecruzamiento de las cadenas polimericas [W02003/005029]. Tambien se han descrito procedimientos para recubrir nanoparticulas con una doble capa organica en los que la union 25 entre las dos capas se realiza mediante enlaces amida [US2008/0226895]. La funcionalizacion se puede Ilevar a cabo por absorcion fisica de un segundo polimero como en [U52003/185757], en un primer polimero, el carboxidextrano, se utiliza como estabilizador

y un segundo polimero, carboxidextrano-

funcionalizado con enzimas, se usa para atiadir la funcionalidad.

Un

30 procedimiento que permite el recubrimiento biocompatible y la funcionalizacion de

nanoparticulas consiste en el uso de proteinas barnase y barstar, pero su alto coste puede limitar su aplicaciOn [Nikitin et al. Proc. Nat. Acad. Sci. USA 2010 (/doi/10.1073/pnas.1001142107)]. Tambien se han descrito procedimientos de

4

B1 ES 2 540 026 A1   recubrimientos de nanoparticulas con polimeros en aerosoles [US2009/0252965] y en fluidos supercriticos [W020041091571]. Los recubrimientos polimericos presentan la ventaja de formar una coraza maciza o esponjosa sobre la superficie de la particula magnetica, son recubrimientos estables, funcionalizables, pero 5 presentan la desventaja de que en la mayoria de los casos magnifican el tamatio

de la particula y debido a la coraza maciza polimerica la magnetizaci6n disminuye por apantallamiento de la misma.

3) Recubrimientos de silicio. Es la tecnica mas utilizada, normalmente se realiza 10

de dos maneras diferentes:

a) Haciendo uso de precursores organo-silanos como tetraetoxisilano; consiste en la adsorci6n de estos compuestos en la superficie de la particula, su posterior hidrolisis y condensaciOn para formar caparazones 15

de silicio, que a su vez se pueden activar por reaccion con compuestos alcoxisilanos funcionalizados [W02008/058678]. En [US6514481, Prasad] se describe nanoparticulas de 6xido de hierro recubiertas de silice a la que se une un peptido mediante un espaciador y en la solicitud de patente W02006/055447 se describe un procedimiento similar para realizar

20

recubrimientos de Organo-silice funcionalizados con oligonucleotidos. Un sistema muy utilizado en el recubrimiento de particulas que consiste en realizar la hidrOlisis de los precursores organosilanos en el seno de micelas [US2007/110816].

25

b) Mediante la deposicion en la superficie de la particula de 6xido de silicio y

su posterior condensaci6n,

a partir del metasilicato de sodio [US

2010/0063263], [US 8 323 899].

Al igual que los recubrimientos polimericos los recubrimientos de silicio presentan 30

la ventaja de formar una coraza maciza o esponjosa sobre la superficie de la

particula magnetica y son facilmente funcionalizables aunque no tan estables como los polimericos, ya que se degradan con facilidad en medios muy acidos o

5

B1 ES 2 540 026 A1   muy alcalinos, tambien presentan la desventaja de magnificacion del tamatio y de apantallamiento de la magnetizaciOn.

4) Por otra parte, tambien se han descrito metodos mecanicos para recubrir 5 nanoparticulas [W020081074087], aunque el control de la estructura y espesor del recubrimiento que permiten estas tecnicas es insuficiente para algunas aplicaciones.

La funcionalizaciOn de las particulas, es decir, el anclaje de agentes activos, se 10 realiza sobre la superficie de la capa estabilizadora una vez recubierta la particula. Esta estrategia acarrea algunos inconvenientes como tener que incluir procesos de purificaci6n o separaciOn y limitaciones en las condiciones de reaccion para evitar la agregaciOn o el deterioro de la capa estabilizadora o de la propia funcionalidad a afiadir. La funcionalizacion se puede Ilevar a cabo por 15 adsorciOn electrostatica [Wang et al. IEEE Trans. Nanotech 2009, 8, 142] pero es preferible realizarla mediante enlaces covalentes a traves de un espaciador que conecta la superficie del recubrimiento de la particula con el agente activo [George lin et al. J Nanopart Res 2010, 12, 675]. Un procedimiento versatil se basa en la union especifica entre streptavidina y biotina, aunque su coste es elevado y 20 requiere el uso de agentes activos biotinados.

Descripcion de la invencion

Breve descripcion de la invencion 25

La presente invencion se refiere a un sistema de particulas magneticas que se funcionalizan haciendo reaccionar los grupos hidroxilo de la superficie de la magnetita con haluros organicos R-X que presentan un enlace C-X siendo X un halOgeno (F, Cl, Br, l), quedando el residuo organico del haluro unido 30 covalentemente a la superficie de la particula magnetica, como muestra el

esquema representado en la figura 1.

6

B1 ES 2 540 026 A1   De acuerdo con la presente invencion, los residuos organicos unidos covalentemente

a la particula magnetica protegen

a esta de agentes

medioambientales, mejoran su estabilidad y dispersiOn en disolventes, respetando su tamatio y propiedades magneticas iniciales. Adernas, el residuo organic° es 5 capaz de seguir reaccionando con moleculas de interes.

El procedimiento propuesto en esta invenciOn ofrece varias ventajas respecto a los procedimientos existentes y supone un gran avance en el estado de la tecnica.

10

La presente invencion une covalentemente los grupos funcionales a la superficie de la particula magnetica; el enlace covalente asegura una uni6n estable practicamente irrompible, a diferencia de los procedimientos existentes que unen los grupos funcionales mediante interacciones electrostaticas o hidrof6bicas que son sensibles a romperse al cambiar las condiciones del medio.

15 Los residuos organicos mejoran la estabilidad y la dispersiOn de las particulas organicas

en medio disolvente, ademas

de protegerlas

de agentes

medioambientales externos, sin que ello suponga una gran modificaciOn de su tamario o una disminucion de su capacidad magnetica. En las tecnicas existentes 20

la estabilidad

recubrimientos

y la protecci6n de las particulas se consiguen mediante de silice

o de polimeros organicos. Estas tecnicas de

recubrimiento son las mas utilizadas aunque presentan ciertas desventajas en comparacion con la descrita en esta invencion, como son:

25

• El tamano de la particula se magnifica pudiendo pasar de una particula de

unos pocos nanOmetros a particulas de mas de cien nanometros, hasta particulas micrometricas.

• El recubrimiento es macizo e inerte, lo que provoca una disminucion de la 30

magnetizacion por apantallamiento de la misma.

• Si se desea particulas de tamatio uniforme el proceso se complica, ya que hay que trabajar con sistemas de emulsiones o micelas, que lo hace menos escalable y mas costoso.

7

B1 ES 2 540 026 A1   Las particulas de la invencion pueden poseer residuos organicos covalentemente unidos a la superficie, conteniendo grupos funcionales de acuerdo con el R del haluro organic° utilizado, como son epoxido, haluro, tosilo, ciano, amino, carboxilo o carboxilato capaces de seguir reaccionando para unir a la particula magnetica 5 moleculas con interes fisico, quimico o biologic° y medico. En las tecnicas de recubrimiento los grupos funcionales se incorporan al recubrimiento una vez formado este, lo que ariade al proceso mas fases de reaccion, de lavado y de purificaci6n, que en la presente invencion se evitan.

10

Por tanto, el procedimiento de la invencion no solo garantiza un enlace covalente entre los grupos funcionales y las particulas magneticas, sino que ademas simplifica los procesos existentes de funcionalizaciOn, estabilizaciOn y protecciOn de las particulas magneticas.

15 Otra caracteristica de la invencion es la aplicacion de las particulas magneticas funcionalizadas covalentemente con haluros organicos para refrigeracion magnetica, impresion magnetica, tintas magneticas, lubricaciOn de rotores, transformadores electricos, solenoides de bajo nivel de ruido, conmutadores, fluidos magnetoreologicos, fibras magneticamente activas, composites 20 polimericos reforzados, sellado en sistemas de vacio, sistemas de amortiguacion,

altavoces, sensores magneticos, actuadores, catalisis, recuperaciOn de metales y purificacion de aguas, inductores y antenas en tecnologia de la comunicaci6n, escudos magneticos y absorciOn de microondas, curado de polimeros, endurecimiento de resinas epoxy, calentamiento libre de contactos, preparacion 25

de pigmentos, pinturas

y colorantes, usos cosmeticos

y aplicaciones

biotecnologicas, veterinarias y medicas.

Descripcion detallada de la invencion

30

La presente invenciOn se refiere a un procedimiento para la funcionalizaciOn

covalente de particulas magneticas mediante una reacci6n de sustitucion nucleofila en la que los grupos hidroxilo de la superficie de la particula magnetica reaccionan con haluros organicos, quedando el residuo organic° del haluro unido

8

B1 ES 2 540 026 A1   covalentemente a la partfcula, como muestra el esquema representado en la figura 1.

El procedimiento se basa en la sorprendente capacidad de los grupos hidroxilo de 5

la superficie de las particulas magneticas para actuar como un grupo hidroxilo organic° (alcohol) y dar reacciones de sustituciOn nucleOfila; la reaccion comprende dos etapas:

a) El ataque nucleofilo del grupo hidroxilo al haluro organic°, 10

y el

desplazamiento del haluro.

b) La formacion del enlace covalente del residuo organic° y la particula magnetica.

15

En la presente invencion el termino sustituci6n nucleOfila engloba los conceptos sustitucion nucleofflica, ataque nucleofilico, reaccion de sustitucion SN1, reacciOn del tipo SN1, reacci6n SN1y reacciOn de desplazamiento nucleofilo.

Se entiende por haluro organic° a compuestos que tienen un residuo organic° y 20

uno o mas grupos haluro capaces de dar lugar a la reacci6n de sustituci6n

nucleofila.

Se entiende por haluro, en la presente invencion, a los elementos recogidos en el grupo 17 de la tabla peri6dica. 25

En la invencion se prefieren los haluros organicos que contengan, cloro, bromo, iodo o flOor o combinaciones de estos, especialmente cloruros y bromuros organicos.

30

Se entiende por residuo organic°, en la presente invenciOn, a la molecula

organica que queda unida covalentemente a la particula magnetica al reaccionar uno o mas de sus haluros mediante sustituci6n nucleofilica.

9

B1 ES 2 540 026 A1   Se denomina enlace covalente, en la presente invencion, al enlace quirnico en el cual dos o mas atomos comparten uno o mas electrones del Ultimo nivel, formando un orbital molecular, para alcanzar la estabilidad. Los residuos organicos se seleccionan preferentemente entre ep6xido, haluro, 5 tosilo, ciano, tiol, sulfonilo, hidroxilo, carboxilo o carboxilato, amino, cadenas alifaticas saturadas o insaturadas lineales ramificadas o ciclicas, cadenas aromaticas y combinaciones de ellos.

Como ejemplos de haluros organicos muy conocidos y empleados en quirnica 10 industrial se encuentran: cloruro de tosilo, fluoruro y cloruro de triazina, cloruro y bromuro

de cianOgeno, epiclorhidrina, bromopentadiona, acid° 2-4

diclorofenoxiacetico, 1-4 dibromobutano, 1-6 dibromohexano, clorobenzeno, bromobenzeno, entre otros.

15

Se entienden por particulas magneticas en la presente invenciOn las particulas de metal, oxido de metal, mezcla de oxidos metalicos, aleaciones metalicas o mezcla de ellas que tengan propiedades magneticas. En la presente invencion se prefieren particulas magneticas de 6xido de hierro, especialmente particulas de magnetita (Fe304) o maghemita (yFe203).

20 Se entiende en la presente invencion por particulas con propiedades magneticas a particulas que siendo o no siendo intrinsecamente magneticas se ven atraidas hacia un campo o fuerza magnetica cuando se las expone a este.

25 Preferentemente las particulas tienen propiedades magneticas del tipo superparamagneticas o ferromagneticas.

Preferentemente en la invencion se emplean particulas magneticas de tamarlos comprendidos entre 0.001-100pm. 30 Otra caracteristica de la invencion es que el proceso para dar lugar a la particula magnetica se selecciona entre co-precipitacion, micro-emulsion, descomposicion termica, ruta solvo-termica, ruta sono-quimica, proceso asistido por microondas, proceso Laux, tratamiento de minerales de oxido de hierro, pirolisis laser,

10

B1 ES 2 540 026 A1   deposici6n de vapor, descarga en arco, sintesis en fase gaseosa, sintesis en fase sOlida, reduccion quirnica u otros.

Preferentemente, el proceso para dar lugar a la particula magnetica es la co5 precipitacion.

Otra caracteristica de la invencion es que la reacci6n de sustituci6n nucleofflica se produce en medio disolvente; el disolvente se escoge entre agua, THF, DMSO, diclorometano, hexano, acetona, etanol, metanol, isopropanol, cloroformo, 10 liquidos i6nicos, fluidos supercriticos o cualquiera de sus combinaciones.

Las condiciones de pH y temperatura del medio disolvente donde se produce la reaccion son las adecuadas para que la reacciOn de sustituciOn nucleofilica progrese. 15 Otra caracteristica significativa de la invenciOn es que el residuo organic° unido covalentemente

a la particula magnetica la protege

de los agentes

medioambientales, mejora su estabilidad y dispersi6n en disolventes sin alterar por ello su tamario o capacidad magnetica. 20 Las particulas magneticas covalentemente funcionalizadas de la invencion se pueden almacenar dispersas en un disolvente o secas en forma de polvo o composite.

25 Preferentemente los disolventes en los que se dispersa la particula magnetica covalentemente funcionalizada de la invencion se seleccionan entre agua, THF, DMSO, diclorometano, hexano, acetona, etanol, metanol, isopropanol, cloroformo, liquidos ionicos, fluidos supercriticos o cualquiera de sus combinaciones.

30 Otra caracteristica muy significativa de la invenciOn es que el residuo organic° de las particulas magneticas covalentemente funcionalizadas esta activo y puede seguir reaccionando.

11

B1 ES 2 540 026 A1   Preferentemente se hace reaccionar al residuo funcional unido a las particulas magneticas con moleculas organicas o inorganicas con interes fisico, quimico o biolOgico y medico.

5 Preferentemente el compuesto con interes fisico se selecciona entre compuestos

colorantes o fluorescentes, como son por ejemplo rodamina, fluoresceina, Cibacron Blue, entre otros.

Preferentemente el compuesto con interes quimico se selecciona entre farmacos, 10 catalizadores, absorbentes, precursores de polimerizacion o cualquiera de sus combinaciones, como por ejemplo metales nobles con capacidad catalitica, poliaminas, poliacidos, entre otros.

Preferentemente el compuesto con interes biologic° y medico se selecciona entre 15 proteinas, chaperonas, enzimas, anticuerpos, acidos nucleicos de cadena sencilla o doble, monosacaridos, polisacaridos, glucoproteinas, acidos grasos, terpenos, esteroides, lipoproteinas, hormonas, vitaminas, metabolitos, oligonucleOtidos o cualquiera de sus combinaciones.

20 Otra caracteristica de la invencion es el uso de las particulas magneticas

covalentemente funcionalizadas en aplicaciones industriales pertenecientes, por ejemplo, a las siguientes areas: refrigeraciOn magnetica, impresiOn magnetica, tintas magneticas, lubricaciOn de rotores, transformadores electricos, solenoides de bajo nivel de ruido, conmutadores, fluidos magnetoreologicos, fibras 25 magneticamente activas, composites polimericos reforzados, sellado en sistemas

de vacio, sistemas de amortiguacion, altavoces, sensores magneticos, actuadores, catalisis, recuperacion de metales y purificacion de aguas, inductores y antenas en tecnologia de la comunicaciOn, escudos magneticos y absorci6n de microondas, curado

de polimeros, endurecimiento

de resinas epoxy,

30 calentamiento libre de contactos, preparacion de pigmentos, pinturas y colorantes,

usos cosmeticos y aplicaciones biotecnologicas, veterinarias y medicos.

12

B1 ES 2 540 026 A1   Entre las aplicaciones industriales basadas en las propiedades magnetotermicas de las particulas magneticas se pueden citar, sin que ello las limite, el uso hipertermico de particulas magneticas en el curado de polimeros, endurecimiento de resinas epoxy, calentamiento libre de contactos y aplicaciones biornedicas. 5

Como se ha comentado anteriormente las particulas magneticas de la invencion pueden anclar moleculas biologicamente activas, lo que facilita la aplicaciOn de las mismas al campo biotecnolOgico, en cualquiera de las areas concretas, por ejemplo, agroalimentacion, medio ambiente, sintesis quimica mediante enzimas, 10 veterinaria y medicina. Una realizacion particular de la invenciOn lo constituye el uso de las particulas magneticas de la invencion en el campo del diagnOstico y terapia de enfermedades humanas o animales.

En este sentido, el uso de las particulas magneticas en el diagn6stico y 15 tratamiento clinic° supone un salto muy significativo en estos campos, ya que, por ejemplo, una pequeria cantidad de particulas magneticas puede ser resuspendida en grandes voliimenes de muestra a analizar y ser recuperada posteriormente mediante la aplicacion de un campo magnetic° externo. Asi, es posible purificar y/o pre-concentrar cantidades muy minoritarias y diluidas de un 20 material biolOgico diana que especificamente se hibridiza con una biomolecula organica que act6a inmovilizada sobre dichas particulas, con lo que se reduce el limite de detecciOn en gran medida y se mejoran exponencialmente las posibilidades de un diagn6stico clinic° correcto. Este tipo de sistemas permite determinar la presencia de material biologic° especifico de interes en situaciones 25

donde una deteccion precoz del mismo puede ser critica, para evitar los efectos

perjudiciales que tuviera la existencia de las especies o cepas de organismos que poseen dichas secuencias caracteristicas. Este hecho posee gran aplicaciOn en biomedicina humana y veterinaria, entre otros en los siguientes ambitos: i) detecciOn de patOgenos de tipo viral, bacteriano, ft:ingico o protozoario; ii) 30 caracterizacion de mutaciones o polimorfismos geneticos (SNPs) en dichos

agentes que pueden hacerlos resistentes a farmacos o facilitar su inmunidad a vacunas; iii) caracterizacion de mutaciones o SNPs en genes humanos o animales relacionados con enfermedades o con propension a ellas; iv) detecci6n

13

B1 ES 2 540 026 A1   de marcadores de enfermedades humanas como tumores concretos. Asimismo, este potencial de detecci6n presenta importantes aplicaciones en alimentacion y control medioambiental, en relacion con aspectos tales como: i) detecciOn de microorganismos concretos, pat6genos o contaminantes; ii) deteccion de la 5 presencia de organismos manipulados geneticamente (OMG) o transgenicos,

pudiendo cuantificarse si su presencia este por encima de los limites permitidos.

Por otro lado, las particulas magneticas pueden utilizarse tambien en terapias humanas donde sea necesario destruir celulas en pacientes, por ejemplo, calulas 10 cancerosas, celulas del sistema inmune

en procesos autoinmunes,

microorganismos patogenos, etc. Las particulas pueden tener ancladas biomoleculas, por ejemplo un anticuerpo, que reconociendo especificamente un marcador tumoral concreto, por ejemplo, de cancer de mama, permitiera vehiculizar la particula a estas celulas diana, las cuales trasladarian dicha 15 particula a su interior y donde gracias a la propiedad de hipertermia se podria

destruir la celula diana.

Tambien se incluyen otros usos medicos de las particulas magneticas como por ejemplo: contraste para imagenes de resonancia magnetica nuclear (MRI), como 20 transportador de farmacos, magnetofeccion (insercion de acidos nucleicos en

celulas), para la reparacion de tejidos, entre otros.

Breve descripcion del contenido de las fiquras

25

FIGURA 1. RepresentaciOn esquematica de la reacci6n de sustituci6n nucleofila

por la que se funcionalizan las particulas magneticas con haluros organicos.

Descripcion de un modo de realizacion preferente de la invencion

30

EJEMPLO 1. Preparacion

de particulas magneticas mediante co-

precipitacion.

14

B1 ES 2 540 026 A1   Para la preparaciOn de particulas magneticas se emplea el metodo de Kim et al (Kim et al, 2001. J. Magn. Magn. Mater. 225, 30-36), con pequenas variaciones, 13.51 gr FeCI3 son disueltos en 25 ml de agua destilada, 6.95 gr de FeSO4 se disuelven en 25 ml 0.5 M de HCI, las disoluciones se mezclan y gotean sobre 150 5

ml 5 M de NaOH, se forma un precipitado negro con propiedades magneticas; mientras se produce la incorporacion de las sales de hierro a la disolucion de NaOH, esta se mantiene en agitacion constante (1500-2000 rpm). Transcurrida la reacciOn, la mezcla es acificada hasta pH neutro con HCI 5 M, una vez neutralizada el precipitado negro se lava con 100 ml de agua tres veces.

10

EJEMPLO 2. Funcionalizacion de las particulas magneticas con grupos oxirano mediante reaccion con epiclorhidrina.

Se disuelven en 50 ml de agua 5 gr de particulas magneticas obtenidas segOn el 15 ejemplo 1 y se sonican durante 10 minutos. Trascurrido ese tiempo a la

suspension se le al:laden 12 ml de epiclorhidrina disuelta en 8 ml de DMSO, la mezcla se vuelve a sonicar otros 10 minutos, el pH se ajusta a 12 con NaOH 0.1 M y la mezcla se deja en agitacion moderada 12 horas a temperatura ambiente. Transcurridas las 12 horas, las particulas funcionalizadas se lavan con acetona, 20 etanol y agua para guitar los restos de DMSO. Se obtienen aproximadamente

2.21 mmolEpoxido/g particulas.

EJEMPLO 3. Funcionalizacion de las particulas magneticas con cloruros reactivos mediante reaccion con cloruro de triazina. 25

Se disuelven en 50 ml de agua 5 gr de particulas magneticas obtenidas segOn el ejemplo 1 y se sonican durante 10 minutos. Trascurrido ese tiempo a la suspension de particulas se le ariaden 5 gr de cloruro de triazina disuelto en 50 ml de acetona, la mezcla se vuelve a sonicar otros 10 minutos, el pH se ajusta a 12 30

con NaOH 0.1 M y la mezcla se deja en agitacion moderada a 50°C 12 horas. Las particulas funcionalizadas

se lavan con etanol

y agua.

aproximadamente 1 mmol cloros reactivos/g de particulas.

15

Se obtienen

B1 ES 2 540 026 A1   EJEMPLO 4. Union covalente a las particulas magneticas funcionalizadas con epoxidos de un residuo con interes biologico: una enzima.

30 mg de las particulas magneticas funcionalizadas con oxiranos del ejemplo 2 5

son re-suspendidas en 2 ml de tampon fosfato potasico (50mM, pH 7), por otro

lado 30 mg de Lipasa de Pseudomon as fluoren ce se disuelven en 4 ml de tampOn fosfato potasico (50mM, pH 7) al que se le afiaden 500p1 de PEG 600. La mezcla de enzimas se ariade a la suspension de particulas y se deja reaccionar en un ban() de agua 30°C durante 6 horas. El soporte se lava una vez con etanol y dos 10 veces con tamp6n fosfato potasico (50mM, pH 7). La enzima no unida al soporte se cuantifica por el metodo Bradford, obteniendose una capacidad de carga de 997 mg de enzima por gramo de soporte. La actividad relativa de la enzima inmovilizada para la hidrolisis de p-nitrofenil acetato es de 73.63%.

15

EJEMPLO 5. Union covalente a las particulas magneticas funcionalizadas

con cloros reactivos de un residuo con inter& quimico: una diamina.

100 mg de particulas magneticas funcionalizadas con clorouro de triazina del ejemplo 3 son re-suspendidas en 1 ml de agua destilada, a la suspensiOn de 20 particulas se le afiade 1 ml de etilendiamina y la mezcla se incuba 12 horas con

agitaci6n moderada a 50°C. Las particulas se lavan con etanol y con agua y los grupos aminos de la superficie de la particula son valorados con el metodo de la naftoquinona, obteniendose 885 pmol aminas/g particulas.

25

16

B1 ES 2 540 026 A1   REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para funcionalizar particulas magneticas mediante reacciones de sustituci6n nucleofilica entre los grupos hidroxilo de la superficie de la 5 particula magnetica y haluros organicos, que comprende las siguientes etapas:

a. la reacci6n de al menos un grupo hidroxilo de la superficie de la particula magnetica con una molecula del haluro organic°, estando la 10

raz6n molar entre los grupos hidroxilo de las particulas magneticas y el haluro organic° en el interval° de 1-1000, en un medio disolvente y

b. la formaci6n de un enlace covalente entre el residuo organic° del haluro y el oxigeno de la superficie de la particula magnetica. 15

2. Procedimiento segOn la reivindicacion 1 caracterizado porque la partIcula se selecciona entre un metal, un oxido de metal, una aleaciOn metalica o una combinaciOn de Oxidos metalicos.

20

3. Procedimiento segOn la reivindicaciOn 2 caracterizado porque el oxido de

metal es un oxido de hierro.

4. Procedimiento segOn la reivindicaciOn 3 caracterizado porque el oxido de hierro es preferentemente magnetita (Fe304) o maghemita (y-Fe203). 25

5. Procedimiento segiin las reivindicaciones 1-4 caracterizado porque el tamano de la particula se selecciona en un rango entre 0.001-100pm.

6. Procedimiento segOn las reivindicaciones 1-5 caracterizado porque la 30 particula metalica tiene capacidad magnetica.

7. Procedimiento segOn las reivindicaciones 1-6 caracterizado porque el tipo de magnetizaciOn de la particula magnetica es superparamagnetismo ferromagnetismo. 35

17

o

B1 ES 2 540 026 A1   8. Procedimiento segOn las reivindicaciones 1-7 caracterizado porque la particula magnetica se obtiene mediante co-precipitaci6n, microemulsion, descomposicion termica, ruta solvotermica, ruta sonoquimica, proceso asistido por microondas, proceso Laux, tratamiento de minerales de Oxido de hierro, 5 pirolisis laser, deposici6n de vapor, descarga en arco, sintesis en fase

gaseosa, sintesis en fase solida, reducci6n quimica u otros.

9. Procedimiento segiln la reivindicacion 8, caracterizado porque el proceso de obtenci6n de las particulas magneticas es preferentemente co-precipitaciOn. 10

10. Procedimiento segOn las reivindicaciones 1-9 caracterizado porque el haluro organic° es una molecula que contiene uno o mas grupos haluro, capaces de reaccionar con grupos hidroxilo mediante sustituciOn nucleofila, y ademas contiene un residuo organic° que queda covalentemente unido a la particula 15

magnetica una vez acabada la reacci6n.

11. Procedimiento segOn las reivindicaciones 1-10 caracterizado porque el haluro se selecciona entre cloro, bromo, iodo, fluor o combinaciones de estos, preferentemente cloro o bromo. 20

12. Procedimiento segOn las reivindicaciones 1-11 caracterizado porque el residuo organic° del haluro se selecciona con grupos funcionales ep6xido, haluro, tosilo, ciano, tiol, sulfonilo, hidroxilo, carboxilo o carboxilato, amino, cadenas alifaticas saturadas o insaturadas lineales ramificadas o ciclicas, 25

cadenas aromaticas y combinaciones de ellos.

13. Procedimiento segOn las reivindicaciones 1-12 caracterizado porque el residuo organic° del haluro queda covalentemente unido a la particula magnetica y la funcionaliza. 30

14. Procedimiento segun las reivindicaciones 1-13 caracterizado porque el residuo organic° de la particula magnetica la protege de los agentes ambientales y evita su oxidacion.

18

B1 ES 2 540 026 A1   15.Procedimiento segOn las reivindicaciones 1-14 caracterizado porque el residuo organic° de la particula magnetica, mejora su dispersion y estabilidad en disolventes.

5 16. Procedimiento segOn la reivindicacion 15 caracterizado porque el disolvente en el que se dispersan las particulas magneticas funcionalizadas se selecciona entre agua, THF, DMSO, diclorometano, hexano, acetona, etanol, metanol, isopropanol, cloroformo, liquidos ionicos, fluidos supercriticos o cualquiera de sus combinaciones. 10

17.Procedimiento segiln las reivindicaciones 1-14 caracterizado porque las particulas magneticas covalentemente funcionalizadas se encuentran secas, en forma de polvo o composite.

15 18.Procedimiento segiin las reivindicaciones 1-17 caracterizado porque la reacciOn de sustitucion nucleofilica entre las particulas magneticas y los haluros organicos se realiza en medio disolvente.

19.Procedimiento segun la reivindicacion 18 caracterizado porque el medio 20 disolvente para la reaccion de sustitucion nucleofilica se selecciona entre agua, THF, DMSO, diclorometano, hexano, acetona, etanol, metanol, isopropanol, cloroformo, liquidos ionicos, fluidos supercriticos o cualquiera de sus combinaciones.

25 20.Procedimiento segt"in la reivindicacion 17 caracterizado porque el medio disolvente para la reaccion de sustitucion nucleofilica se mantiene a temperatura y pH adecuado para que la reacci6n transcurra.

21. Procedimiento segOn la reivindicacion 13 caracterizado porque el residuo 30

organic° que funcionaliza a la particula magnetica esta activo para seguir

reaccionando.

22. Procedimiento segiin la reivindicacion 21 caracterizado porque el residuo organic° que funcionaliza a la particula magnetica se hace reaccionar con un

19

B1 ES 2 540 026 A1   compuesto organic° o inorganic° con interes fisico, quimico, biologic° y medico, que queda unido a la particula magnetica mediante enlace covalente.

23. Procedimiento segiin la reivindicacion 22 caracterizado porque el compuesto 5

con interes fisico se selecciona entre compuestos colorantes o fluorescentes.

24. Procedimiento segun la reivindicaciOn 22 caracterizado porque el compuesto con interes quimico se selecciona entre farmacos, catalizadores, absorbentes, precursores de polimerizacion o cualquiera de sus combinaciones. 10

25. Procedimiento segUn la reivindicacion 22 caracterizado porque el compuesto con interes biolOgico y medico se selecciona entre proteinas, chaperonas, enzimas, anticuerpos, acidos nucleicos de cadena sencilla

o doble,

monosacaridos, polisacaridos, glucoproteinas, acidos grasos, terpenos, 15 esteroides, lipoproteinas, hormonas, vitaminas, metabolitos, oligonucleotidos o

cualquiera de sus combinaciones.

26. Particulas magneticas caracterizadas porque

son funcionalizadas

covalentemente al hacer reaccionar sus grupos hidroxilo de su superficie con 20

haluros organicos mediante la reacciOn de sustitucion nucleOfila, por el

procedimiento descrito en cualquiera de las reivindicaciones 1-25.

27.AplicaciOn de las particulas magneticas funcionalizadas descritas segOn la reivindicacion 26 para refrigeracion magnetica, impresi6n magnetica, tintas 25

magneticas, lubricacion de rotores, transformadores electricos, solenoides de

bajo nivel de ruido, conmutadores, fluidos magnetoreologicos, fibras magneticamente activas, composites polimericos reforzados, sellado en sistemas de vacio, sistemas de amortiguacion, altavoces, sensores magneticos, actuadores, catalisis, recuperacion de metales y purificacion de 30

aguas, inductores y antenas en tecnologia de la comunicaci6n, escudos

magneticos y absorciOn de microondas, curado de polimeros, endurecimiento de resinas epoxy, calentamiento libre de contactos, preparacion de pigmentos, pinturas y colorantes, usos cosmeticos y aplicaciones biotecnologicas, biolOgicas o medicos y captaciOn separaci6n y purificacion de moleculas 35 biologicas, veterinarias y medicos. 20

B1 ES 2 540 026 A1  

EINCLORMDRINA

+ HC1

+ HBr

PARTIC1ULKS MAGRETICAS

SUSACCION GENERAL

Ow-

X HALOGENO

GRtfpG FUNCIORAI.

Figura 1

21

HX

OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS

21 N.º solicitud: 201301197

ESPAÑA

22 Fecha de presentación de la solicitud: 18.12.2013 32 Fecha de prioridad:

INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA C01G49/06 (2006.01) B82Y30/00 (2011.01)

51 Int. Cl. :

DOCUMENTOS RELEVANTES

Categoría

56

Documentos citados

Reivindicaciones afectadas

A

BINDER, W olfgang H .; W EINSTABL, H arald C . S urface-modified superparamagnetic iron-oxide nanoparticles. Monatshefte für C hemie-Chemical M onthly, 20 07, vo l. 138, n o 4, p. 315 -320; Introduction.

1-21

A

LATTUADA, Marco; HATTON, T. Alan. Functionalization of monodisperse magnetic nanoparticles. Langmuir, 2007, vol. 23, no 4, p. 2158-2168; apartado Nanoparticle Preparation; Figura 3.

1-21

A

MONDINI, S ara, e t a l. One-step s ynthesis and f unctionalization of h ydroxyl-decorated magnetite nanoparticles. Journal of colloid and interface science, 2008, vol. 322, no 1, p. 173-179; apartado 2.

1-21

A

XIE, Ji n, et a l. Linking h ydrophilic macromolecules to m onodisperse m agnetite ( Fe3O4) nanoparticles via t richloro-s-triazine. C hemistry of m aterials, 2006, vo l. 18, no 23, p. 5401 -5403; todo el documento.

1-21

Categoría de los documentos citados

X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica

O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud

El presente informe ha sido realizado

 para todas las reivindicaciones Fecha de realización del informe 20.06.2014

 para las reivindicaciones nº: Examinador V. Balmaseda Valencia

Página 1/4

INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA

Nº de solicitud: 201301197

Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación) C01G, B82Y Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC, WPI, NPL, HCAPLUS

Informe del Estado de la Técnica

Página 2/4

OPINIÓN ESCRITA

Nº de solicitud: 201301197

Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 20.06.2014 Declaración Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)

Reivindicaciones 1-21 Reivindicaciones

SI NO

Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986)

Reivindicaciones 1-21 Reivindicaciones

SI NO

Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986). Base de la Opinión.La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.

Consideraciones:

Informe del Estado de la Técnica

Página 3/4

OPINIÓN ESCRITA

Nº de solicitud: 201301197

1. Documentos considerados.A co ntinuación se r elacionan l os documentos pertenecientes al estado de l a t écnica t omados en c onsideración para l a realización de esta opinión. Documento

Número Publicación o Identificación

Fecha Publicación

D01

BINDER, W olfgang H. ; W EINSTABL, Ha rald C. Monatshefte für Chemie-Chemical Monthly. Vol. 138, nº 4, p. 315-320. LATTUADA, Marco; HATTON, T. Alan. Langmuir, Vol. 23, nº 4, p. 2158-2168. MONDINI, Sara, et al. Journal of colloid and interface science, Vol. 322, nº 1, p. 173-179. XIE, Jin, et al. Chemistry of materials, Vol. 18, no 23, p. 5401-5403.

2007

D02 D03 D04

2007 2008 2006

2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración El objeto de la presente invención es un procedimiento para funcionalizar partículas magnéticas mediante reacciones de sustitución nucleofílica entre los grupos hidroxilo de la superficie de la partícula magnética y haluros orgánicos. El documento D01 describe un procedimiento para funcionalizar nanopartículas de óxido de hierro superparamagnéticas con ligandos fluorescentes. D icho pr ocedimiento co mprende l a m odificación superficial d e nanopartículas de F e2O3 con áci do oleico u octilamina por síntesis hidrotermal, el intercambio de los ligandos 1,2-dioles por ligandos w-azido o w-bromo, la sustitución nucleófila y una reacción de cicloadición con la molécula fluorescente (apartado Introduction). En el d ocumento D 02 se e studia de n anopartículas magnéticas monodispersas. D icha f uncionalización co mprende l a síntesis orgánica de nanopartículas magnéticas estabilizadas con ácido ol eico. L os grupos oleicos r esultantes en l a superficie de las nanopartículas se sustituyen por intercambio de ligandos con ligandos que contienen grupos hidroxilo. De este modo se consigue polimerizar las nanopartículas en distintos disolventes (apartado Nanoparticle preparation, fig.3) El doc umento D 03 descr ibe l a f uncionalización d e n anopartículas de m agnetita con gr upos hidroxilo. S e obtienen nanopartículas de magnetita cubierta de una capa de ácido carboxílico por descomposición a alta temperatura de hidroxicarboxilato de hierro (III) en tri- y tetra-etilenglicol (apartado 2). En el documento D04 se estudia la unión de macromoléculas hidrofílicas via tricloro-s-triazina. En concreto, se consigue conjugar nanopartículas monodispersas de Fe3O4 con varias macromoléculas hidrofílicas basadas en polietilenglicol (todo el documento). Ninguno de los documentos D01-D04 divulga procedimiento para funcionalizar partículas magnéticas mediante reacciones de su stitución nucleofilica entre l os grupos hidroxilo d e l a su perficie de la p artícula m agnética y haluros orgánicos qu e comprenda la reacción de al menos un grupo hidroxilo de la superficie de la partícula magnética con una molécula del haluro orgánico, est ando l a r elación m olar e ntre l os grupos hidroxilo de l as par tículas magnéticas y e l haluro or gánico en el intervalo de 1-1000, en un medio disolvente y la formación de un enlace covalente entre el residuo orgánico del haluro y el oxígeno de la superficie de la partícula magnética. Además, no sería obvio para un experto en la materia dicho procedimiento a partir de los documentos citados. En consecuencia, se considera que el objeto de las reivindicaciones 1-21 es nuevo e i mplica actividad inventiva (Artículos 6.1 y 8.1 de la L.P.)

Informe del Estado de la Técnica

Página 4/4