Guía docente de Coloides e Interfases: Aplicaciones a Nanosistemas de Interés Biotecnológico (M44/56/2/37)

Interacciones entre nanopartículas en un fluido: teoría DLVO de estabilidad. Interacciones no-DLVO: correlaciones iónicas. Aplicaciones biotecnológicas de diversos nanosistemas. Interfases fluidas. Emulsiones y espumas de interés biotecnológico.

Tener conocimientos adecuados sobre:

• Física General
• Química Física
• Matemáticas básicas
• Electrostática
• Estadística
• Termodinámica

En definitiva, los conocimientos de los Grados en Física, Química, Ingeniería Química, Bioquímica y Farmacia serían más que suficientes.

 El/la  estudiante sabrá/comprenderá:

• Los fundamentos teóricos que permiten explicar los mecanismos de estabilidad de sistemas coloidales.
• Las principales técnicas experimentales empleadas para caracterizar este tipo de sistemas.
• A analizar desde el punto de vista físico-químico las interacciones entre partículas en sistemas de interés biotecnológico.

El/la estudiante será capaz de:

• Identificar problemas en una gran variedad de dispersiones compuestas por nanopartículas de muy diferente naturaleza.
• Diseñar experiencias de laboratorio como una etapa previa al desarrollo de futuras líneas de investigación.
• Usar polímeros y electrolitos en el control de las propiedades (carga efectiva, estabilidad, autoensamblado) de sistemas de nanopartículas en medios acuosos y en la formación de espumas y nanoemulsiones.
• Aplicar modelos teóricos de los descritos en la asignatura que complementen las evidencias experimentales.
• Extraer conclusiones generales y desarrollar un razonamiento crítico.

Unidad 1: TEORIA DLVO: ASPECTOS CINÉTICOS Y TERMODINÁMICOS

• Tema 1: Interacciones de  van der Waals: Fuerzas de van der Waals entre moléculas. Interacciones entre cuerpos macroscópicos.
• Tema 2: Interacciones electrostáticas: Interfases. La doble capa eléctrica. Descripción matemática de la capa difusa en las proximidades de un plano cargado. Capa difusa alrededor de una esfera. Repulsión entre planos cargados. Repulsión entre esferas cargadas.
• Tema 3: Teoría DLVO. Estabilidad, coagulación y floculación. Teoría DLVO. Cinética de coagulación. Regímenes de agregación. 
• Tema 4: Propiedades electrocinéticas: electroforesis. Introducción. Técnicas electrocinéticas: electroforesis. Potencial electrocinético: teorías de conversión movilidad-potencial Zeta. Ejemplos de aplicación. 

Unidad 2: INTERACCIONES NO-DLVO

• Tema 5: Interacciones debidas a correlaciones iónicas. Introducción. Modelo primitivo de doble capa eléctrica. Modelo primitivo de electroforesis. Efecto de sobrecarga: ejemplos y aplicaciones. Modelo primitivo y estabilidad coloidal. Más allá del modelo primitivo.
• Tema 6: Estabilidad debida a polímero. Polímeros en disolución. Polímeros en interfases y estabilidad. Potencial de interacción entre partículas esféricas con recubrimiento de polímero. Criterios de estabilidad. Fuerzas de hidratación. Efectos Hofmeister en estabilidad coloidal.
• Tema 7: Aplicación a nanosistemas de interés biotecnológico: Nanogeles poliméricos. Introducción: conceptos básicos. Influencia de estímulos externos. Formalismo clásico: Teoría de Flory-Rhener.  Modelo primitivo de nanogeles. Aplicaciones biotecnológicas.
• Tema 8: Aplicación a nanosistemas de interés biotecnológico II: Complejos lípido-ADN. Terapia génica y transfección celular. Complejos lípidos catiónicos-ADN. Modelos de complejación. Interacción lípido-ion. Complejos ternarios: lípido aniónicos-catión-ADN.

Unidad 3: INTERFACES FLUIDAS. MONOCAPAS, EMULSIONES Y ESPUMAS.

• Tema 9: Tensión Superficial e Interfacial. Tensión superficial. Métodos de medida de la tensión superficial/interfacial. La ecuación de Young-Laplace. Métodos basados en la forma de gota/burbuja.
• Tema 10: Magnitudes termodinámicas superficiales. Moléculas Anfifílicas. Monocapas de Langmuir. Monocapas de Gibbs.
• Tema 11. Reología interfacial dilatacional. Dinámica de adsorción. Definición de propiedades reológicas interfaciales. Reología dilatacional. Métodos de medida de reología interfacial dilatacional.
• Tema 12. Dispersiones Coloidales: clasificación. Emulsiones y Espumas. Películas Delgadas. Mecanismos de formación y estabilidad. Ejemplos.

Prácticas de Laboratorio (Unidad 3):

•     Práctica 1: Medida de la tensión superficial de líquidos puros. Cálculo de la CMC de un surfactante.
•     Practica 2: Depositado de una monocapa de Langmuir y caracterización mediante microscopía de fuerza atómica.
•     Práctica 3: Estabilidad de espumas
•     Práctica 4: Medida del area molecular del ácido oleico

Tratamiento de datos (Unidad 3)

•     Ejercicio 1: Monocapas de Langmuir: obtención del área molecular de un surfactante o lípido.
•     Ejercicio 2: Diagramas de presión superficial vs área por partícula.
•     Ejercicio 3: Cálculo del coeficiente de difusión de un surfactante
•     Ejercicio 4: Calculo de los parámetros dilatacionales en un experimento de reología interfacial

NOTA: Se haran dos practicas y dos ejercicios de estos listados

• ISRAELACHVILI, J. N. Intermolecular and surfaces forces. London, Academic Press, Third edition 2011.
• HIEMENZ, P. C.; RAJAGOPALAN, R. Principles of Colloid and Surface Chemistry. NY, M D, 1997.
• HUNTER, R. J. (Ed.) Foundations of colloid science. Oxford, Clarendon Press, 1989.
• HUNTER R.J. Introduction to modern colloid Science, Oxford, Oxford University Press, 1993
• RUSSEL, W,B,; SAVILLE, D.A.; SCHOWALTER WR, Colloidal dispersions. Crambridge Univ. Press, 1995.
• SONNTAG, H.; STRENGE, K. Coagulation and Stability of Disperse Systems. N Y, Halsted Press, 1972.
• TADROS, Th. F. Solid/Liquid Dispersions. London, Academic Press, 1987.
• VAN DE VEN Th.G.M.. Colloidal Hydrodynamics.  London , Academic Press, 1989
• FENNELL EVANS, D.; WENNERSTRÖM, H., The colloidal domain, Where Physics, Chemistry, Biology and Technology Meet. Wiley-VCH 1999.
• OHSHIMA, H. Theory of Colloid and Interfacial Electric Phenomena. Ed. H. Ohshima, Interface Science and Technology-Volume 12, Elsevier, Amsterdam, 1st edition, 2006.
• WILEY, J. Properties and Behavior of Polymers Vols I&II. John Wiley & Sons Ltd. 2012.
• LASIC,  D.D. Liposomes in Gene Delivery. Boca Raton, Florida: CRC Press; 1997.
• DIAS, R.; LINDMAN, B. DNA interactions with polymers and surfactants. John Wiley & Sons, Inc 2008.
• HAMLEY. Introduction to Soft Matter – Revised Edition: Synthetic and Biological Self-Assembling Materials. John Wiley & Sons. 2007.

•  CALLEJAS-FERNÁNDEZ, J.; ESTELRICH, J.; QUESADA-PÉREZ, M.; FORCADA, J. Soft Nanoparticles for Biomedical Applications. The Royal Society of Chemistry, 2014

• GALANAKIS, C. Food Structure and Functionality. Elsevier, 2021. 

https://wpd.ugr.es/~lipoplex/

https://biocol.ugr.es/

https://www.biolinscientific.com/blog

El artículo 17 de la Normativa de Evaluación y Calificación de los Estudiantes de la Universidad de Granada establece que la convocatoria ordinaria estará basada preferentemente en la evaluación continua del estudiante, excepto para quienes se les haya reconocido el derecho a la evaluación única final.

La EVALUACIÓN CONTINUA se realizará mediante entrega de trabajos/problemas/ejercicios/informes de prácticas.

En EVALUACIÓN CONTINUA (Convocatoria ORDINARIA) la calificación final responderá al siguiente baremo:

• Cuestionario y resolución de problemas: 65 %.
• Trabajo de laboratorio: resultados obtenidos, dedicación y aprovechamiento, tratamiento de datos y comunicación de resultados: 35 %.
• La asistencia y aprovechamiento de las clases (teóricas y prácticas) es obligatoria y se realizará un control de asistencia a las mismas a lo largo del semestre.

El artículo 19 de la Normativa de Evaluación y Calificación de los Estudiantes de la Universidad de Granada establece que los estudiantes que no hayan superado la asignatura en la convocatoria ordinaria dispondrán de una convocatoria extraordinaria. A ella podrán concurrir todos los estudiantes, con independencia de haber seguido o no un proceso de evaluación continua. De esta forma, el estudiante que no haya realizado la evaluación continua tendrá la posibilidad de obtener el 100% de la calificación mediante la realización de una prueba y/o trabajo.

En EVALUACIÓN EXTRAORDINARIA la calificación final responderá al siguiente baremo:

• Examen de conocimientos teórico prácticos: 100%

Siguiendo las recomendaciones de la CRUE y del Secretariado de Inclusión y Diversidad de la UGR, los sistemas de adquisición y de evaluación de competencias recogidos en esta guía docente se aplicarán conforme al principio de diseño para todas las personas, facilitando el aprendizaje y la demostración de conocimientos de acuerdo a las necesidades especificas de atención educativa (NEAE) y al alumnado con alguna discapacidad.