Single-chain nanoparticles: exploring novel synthesis Routes, basic properties and potential applications

[EN]: In the Nanotechnology era, many methods for synthesis of materials with welldefined nanoscale dimensions (1 nm = 10−9 m) have been developed. As a remarkable example, excellent size and shape control has been achieved for the synthesis of hard nanoparticles, such as quantum dots, gold nanoclusters or metal oxide nanoparticles. Similar control to produce soft nanoparticles based on polymers with dimensions below 10 nm has not been possible until just the beginning of the 21st Century. Advances in the synthesis of well-defined functional polymers through living radical polymerization processes, postfunctionalization techniques, as well as development of highly-efficient intrachain coupling reactions have paved the way to reliable production of singlechain polymer nanoparticles. The field of single-chain nanoparticles strives to create innovative nanostructures while also attempting to mimic biological nanomaterials. Natural macromolecules display primary structures with exact monomer sequence control allowing for the precise folding into three-dimensional shapes containing specific arrangements of functional groups on the surface and exterior. Obtaining synthetic nanostructures with the level of complexity seen in nature presents a significant challenge, with current systems unable to match the precision. Many areas of research including polymers are beginning to bridge the gap between synthetic and natural materials. The manipulation of single polymer chains, specifically intra-molecular folding into well-defined nanoparticles termed single-chain nanoparticles, or in brief SCNPs, is one particular avenue continually gaining interest. This area of research is simple conceptually, yet has results in many systems with complex behaviors. In “Single-chain nanoparticles: exploring novel synthesis routes, basic properties and potential applications” we try to made progress in this evolving field by exploring novel synthesis routes towards the development of functional singlechain nanoparticles, and by performing proof-of-concept experiments to show their possible use in potential applications. We also provide a deeper knowledge about the basic properties of these nano-objects, which is of utmost importance to stablish reliable structure-properties relationship.[ES]: En la era de la Nanotecnología, se han desarrollado muchos métodos para la síntesis de materiales con dimensiones bien definidas en la nanoescala (1 nm = 10−9 m). Un ejemplo notable es el excelente control sobre el tamaño y forma que se ha logrado en la síntesis de nanopartículas duras, tales como puntos cuánticos, nanopartículas de oro o nanopartículas de óxido metálico. Por el contrario, hasta principios del siglo XXI no ha sido posible obtener un control similar para producir nanopartículas blandas basadas en polímeros con dimensiones inferiores a 10 nm. Los avances en la síntesis de polímeros funcionales bien definidos a través de procesos de polimerización viva por radicales, técnicas de post-funcionalización, así como el desarrollo de reacciones de acoplamiento intra-cadena altamente eficientes, han allanado el camino hacia la producción fiable de nanopartículas poliméricas unimoleculares. El campo de las nanopartículas unimoleculares se esfuerza por crear nanoestructuras innovadoras a la vez que intentan imitar a los nanomateriales biológicos. Las macromoléculas naturales poseen un control exacto sobre la secuencia monomérica presente en sus estructuras primarias, lo que permite el plegado muy preciso en formas tridimensionales que contienen disposiciones específicas de grupos funcionales en la superficie y el exterior. Uno de los desafíos más significativos es la obtención de nanoestructuras sintéticas con el mismo nivel de complejidad que el que se halla en la naturaleza, ya que los sistemas desarrollados hasta el momento no son del todo capaces de igualar dicha precisión. Muchas áreas de investigación, incluida la ciencia de polímeros, están empezando a cerrar la brecha entre los materiales sintéticos y naturales. La manipulación de cadenas de polímeros individuales, específicamente el plegamiento intra-molecular para dar lugar a nanopartículas bien definidas denominadas “nanopartículas unimoleculares”, es una vía de particular interés que está en continuo crecimiento. Dicha área de investigación es conceptualmente simple, pero posee resultados prometedores en muchos sistemas con comportamiento complejo. En "Nanopartículas unimoleculares: explorando rutas de síntesis novedosas, propiedades básicas y aplicaciones potenciales" tratamos de avanzar en este campo evolutivo mediante la exploración de nuevas rutas de síntesis para el desarrollo de nanopartículas funcionales unimoleculares y mediante la realización de experimentos de ‘prueba de concepto’ que sirven para demostrar su posible uso en aplicaciones potenciales, tales como nanomedicina. Además, queremos proporcionar un conocimiento más profundo acerca de las propiedades básicas de estos nano-objetos, ya que es de suma importancia a la hora de establecer una relación fiable entre la estructura y sus propiedades.Expreso mi agradecimiento a la Universidad del País Vasco (UPV/EHU) por la concesión de la beca PREDOC, y también al Materials Physics Center (MPC) por el apoyo financiero concedido durante la realización de esta tesis.Peer reviewe