De gran potencial para mejorar las características de procesos y dispositivos electrónicos, biomédicos, energéticos, agrícolas, catalíticos y biotecnológicos, los nanomateriales provenientes del carbono (incluidos el grafeno y el nanodiamante) representan un área de interés científico en el siglo XXI.
Con varias aplicaciones en el mercado comercial y promesas por concretarse, tienen la desventaja de ser tóxicos si se planea introducirlos en organismos vivos, como plantas o animales.
Para reducir la toxicidad de los nanotubos de carbono, Elena Golovátaya Dzhymbeeva, del Centro de Ciencias Aplicadas y Desarrollo Tecnológico (CCADET), y Vladimir Basiuk Evdokimenko, del Instituto de Ciencias Nucleares (ICN) de la UNAM, desarrollan una estrategia experimental que une a esas fibras a escala nano con moléculas poliméricas como el nylon, o biológicas, como proteínas, con el fin de reducir su efecto tóxico.
“En su estado prístino los nanotubos de carbono son tóxicos para varios organismos vivos, como lo muestran pruebas, pero también son muy atractivos para uso futuro en electrónica, biotecnología, biomedicina y agricultura, pues son estables mecánica, química y térmicamente y tienen una superficie grande favorable para anexarles grupos funcionales de otras moléculas”, explicó Golovátaya, titular de la investigación.
Los universitarios experimentan con fulerenos, nanotubos, nanodiamantes y grafeno, para desarrollar estructuras basadas en ellos, cuyo diseño puede adaptarse a varias necesidades y generar un tejido a escala nano que se acopla con otras moléculas, según la aplicación.
Química verde: procesos limpios
En el camino para generar los nanotubos modificados en el laboratorio, los científicos de origen ucraniano aplican la “química verde”, es decir, procesos amigables con el ambiente que no usan disolventes orgánicos (contaminantes del medio y de la superficie del material resultante) ni agentes químicos intermedios, como los ácidos fuertes.
“Trabajamos en fase de gas –es decir, en un ambiente libre de disolventes– y empleamos compuestos aminas y tioles volátiles. El proceso es más rápido, económico y eficiente que los convencionales, requiere una activación térmica de 150 grados Celsius y vacío moderado para que ocurra la reacción de adición, por lo que puede considerarse una técnica de química verde”, refirió la experta.
Para medir la eficiencia, los científicos realizan análisis de fitotoxicidad, en colaboración con Joseph Dubrovsky y Svetlana Shishkova, investigadores del Instituto de Biotecnología (IBt) de esta casa de estudios.
Tubos forrados y “anclas” moleculares
Entre sus experimentos para reducir la toxicidad, han probado forrar las nanofibras con moléculas de nylon 6, un polímero usual en biomedicina.
En estudios con células de cultivo, han comprobado que esa cubierta polimérica disminuye drásticamente el efecto adverso del material, lo que promete ser una ruta adecuada para futuras aplicaciones en organismos vivos.
“También utilizamos al grupo amina como ancla para retener moléculas químicas y biológicas, como el ADN, en la estructura del nanotubo”, dijo.
Entre las aplicaciones con este método destaca una colaboración con Tzvetanka Dimitrova, de la Facultad de Química (FQ), para usar nanotubos de carbono funcionalizados con moléculas amina a fin de transferir ADN a cultivos de células de plantas y permitir la expresión de información genética, detalló.
Otro proyecto emplea un grupo de moléculas llamadas diaminas, que se entrecruzan con los nanotubos de carbono para usarse como soportes para depositar nanopartículas metálicas con las que forman redes conductoras, aplicables en circuitos nanoeléctricos estables mecánicamente.
“También, la funcionalización con diaminas puede tener varias aplicaciones biomédicas, por ejemplo, para inmovilizar compuestos biológicos sobre los nanotubos”, comentó.
De igual manera, los científicos del CCADET y el ICN han logrado sintetizar híbridos de nanotubos de carbono con aminas macrocíclicas y poliméricas, que tienen propiedades electrónicas y estructurales únicas que ofrecen versatilidad para catálisis, sensores biomédicos, óptica y para desarrollar antenas captadoras de luz en el centro de una reacción de fotosíntesis.
Nanoláminas de carbono
“Actualmente trabajamos en un papel o lámina de nanotubos de carbono (buckypaper en inglés),un material nanoestructurado y flexible que pesa la décima parte del acero, pero es 500 veces más fuerte si sus hojas se apilan para formar un compósito”.
Este nanomaterial dispersa el calor como el latón o el acero y conduce la electricidad como el cobre o el silicio. “Se puede utilizar para obtener superficies planas para televisores o para dispositivos aeronáuticos”, añadió.
Aunque existen en el mercado, la idea de los universitarios es lograr una versión de buckypaper hecho con química verde, para mejorarlo y que no sea contaminante.