Introducción
El carbono es el elemento químico con número atómico 6 y tiene seis electrones que ocupan 1 S2, 2 S2 y 2P2 orbital atómico. Puede hibridarse en formas sp, sp2 o sp3. Los descubrimientos de materiales muy constantes de tamaño nanométrico con enlace de carbono sp2, como grafeno, fullerenos y nanotubos de carbono, han alentado a realizar investigaciones en este campo., La mayoría de las propiedades físicas de los nanotubos de carbono se derivan del grafeno. En el grafeno, los átomos de carbono están densamente organizados en un patrón normal de panal de escala atómica unido a sp2 (hexagonal), y este patrón es una estructura básica para otros materiales unidos al carbono sp2 (alótropos) como los fullerenos y los nanotubos de carbono. El nanotubo de carbono es teóricamente distinto como un cilindro fabricado de una hoja de grafema enrollada. Se puede dividir en un solo pozo o múltiples pozos., Los nanotubos con un solo pozo se describen como nanotubos de carbono de pared simple (Swcnt) y se reportaron por primera vez en 1993 , mientras que los que tienen más de un pozo son nanotubos de carbono de pared múltiple (Mwcnt) y fueron descubiertos por primera vez en 1991 por Iijima (Figura 1).
Esquemática de la estructura y TEM imágenes de SWCNT y MWCNT. (A) estructura esquemática de SWCNT y (B) MWCNT. Las imágenes del microscopio electrónico de transmisión (TEM) de A (C) SWCNT y (D) MWCNT .,
nanotubos de carbono: estructura y propiedades
El carbono puede unirse de diferentes maneras para construir estructuras con propiedades completamente diferentes. La hibridación sp2 del carbono construye una construcción en capas con una unión débil fuera del plano de la forma de van der Waals y fuertes límites en el plano. Un par de unas pocas decenas de cilindros concéntricos con la periódica interlámina espaciado localizar alrededor de ordinario central hueca e hizo de Ello. El análisis del espacio real de las imágenes de nanotubos de múltiples paredes ha mostrado un rango de espaciamiento entre capas (0.34 a 0.,39 nm).
dependiendo del número de capas, el diámetro interior de MWCNTs diverge de 0.4 nm hasta unos pocos nanómetros y el diámetro exterior varía característicamente de 2 nm hasta 20 a 30 nm. Ambas puntas de MWCNT generalmente se han cerrado y los extremos están tapados por moléculas de medio fullereno en forma de cúpula (defectos pentagonales), y el tamaño axial difiere de 1 µm hasta unos pocos centímetros. El papel de las moléculas de medio fullereno (defecto del anillo pentagonal) es ayudar en el cierre del tubo en los dos extremos.
por otro lado, los diámetros SWCNT difieren de 0.,4 a 2 a 3 nm, y su longitud es típicamente del rango de micrómetros. Los swcnt generalmente pueden unirse y formar paquetes (cuerdas). En una estructura de haz, los Swcnt están organizados hexagonalmente para formar una construcción similar a un cristal .
estructura MWCNT y SWCNT
dependiendo de la envoltura a una forma de cilindro, hay tres formas diferentes de Swcnt como sillón, quiral y zigzag (figura 2B). La estructura de un SWCNT se caracteriza por un par de índices (n, m) que describen el vector quiral y tienen un efecto directo sobre las propiedades eléctricas de los nanotubos., El número de vectores unitarios en la red cristalina de panal de grafeno a lo largo de dos direcciones está determinado por los enteros n y m. Como opinión común, cuando m = 0, los nanotubos se denominan nanotubos zigzag; cuando n = m, los nanotubos se denominan nanotubos sillón, y otros estados se denominan quirales.
formas Diferentes de SWNTs. (A) el vector quiral C también determina el diámetro del tubo. B) Modelos de tres estructuras SWCNT atómicamente perfectas .,
El vector quiral C = na1 + ma2 (a1 y A2 son los vectores de la célula base del grafito) también determina el diámetro del tubo d, y este vector descubre la dirección de rodar una hoja de grafeno (figura 2a). Por lo tanto, el diámetro de un tubo de carbono se puede calcular por
donde a=1.42× 3 Å corresponde a la constante de red en la hoja de grafito.,
Cuando n-m es un múltiplo de 3, entonces el nanotubo se describe como’ metálico ‘ o nanotubos altamente conductores, y si no, entonces el nanotubo es un semimetálico o semiconductor.
en todo momento, la forma del sillón es metálica, mientras que otras formas pueden hacer del nanotubo un semiconductor.
muchos parámetros y vectores pueden tener un efecto en las estructuras de nanotubos como los siguientes:
los nanotubos de carbono Multiwalled se pueden formar en dos modelos estructurales: el modelo de muñeca rusa y el modelo de Pergamino., Cuando un nanotubo de carbono contiene otro nanotubo dentro de él y el nanotubo exterior tiene un diámetro mayor que el nanotubo más delgado, se llama el modelo de muñeca rusa. Por otro lado, cuando una sola hoja de grafeno se envuelve alrededor de sí misma varias veces, al igual que un rollo de papel enrollado, se llama el modelo de Pergamino. MWCNTs y SWCNTs tienen propiedades similares., Debido a la naturaleza multicapa de los Mwcnt, las paredes exteriores no solo pueden proteger los nanotubos de carbono internos de las interacciones químicas con sustancias externas, sino que también presentan propiedades de alta resistencia a la tracción, que no existen en los Swcnt (o existen parcialmente) (Tabla 1).
dado que los nanotubos de carbono tienen los enlaces sp2 entre los átomos de carbono individuales, tienen una mayor resistencia a la tracción que el acero y el Kevlar., Este enlace es incluso más fuerte que el enlace sp3 que se encuentra en diamond. Teóricamente, SWCNTs realmente puede tener una resistencia a la tracción cientos de veces más fuerte que el acero.
otra propiedad sorprendente de los nanotubos de carbono es también la elasticidad., Bajo alta fuerza y presión sentado y cuando se expone a grandes fuerzas de compresión axial, puede doblarse, torcerse, y finalmente doblarse sin dañar el nanotubo, y el nanotubo volverá a su estructura original, pero una elasticidad de los nanotubos tiene un límite, y bajo fuerzas muy poderosas presiones físicas, es posible deformarse temporalmente a la forma de un nanotubo. Algunos de los defectos en la estructura del nanotubo pueden debilitar la fuerza de un nanotubo, por ejemplo, defectos en las vacantes atómicas o un reordenamiento de los enlaces de carbono.,
La elasticidad tanto en nanotubos de pared simple como de pared múltiple está determinada por el módulo elástico o módulo de elasticidad . El módulo de elasticidad de los nanotubos multipared (Mwnt) se analiza con microscopios electrónicos de transmisión (TEM). Los científicos que usan el TEM miden y examinan las vibraciones térmicas en ambos extremos de los tubos. Como resultado de la fuerza de los enlaces atómicos en los nanotubos de carbono, no solo pueden soportar altas temperaturas, sino que también se ha demostrado que son muy buenos conductores térmicos. Pueden soportar hasta 750°C a presión normal y 2.800°C a presión atmosférica al vacío., La temperatura de los tubos y el entorno exterior puede afectar la conductividad térmica de los nanotubos de carbono . Algunas de las principales propiedades físicas de los nanotubos de carbono se resumen en el cuadro 2.
síntesis
se han desarrollado varias técnicas para fabricar estructuras CNT que involucran principalmente procesos en fase gaseosa., Comúnmente, se utilizan tres procedimientos para producir CNT: (1) la técnica de deposición química de vapor (CVD), (2) la técnica de ablación con láser , y (3) la técnica de descarga de arco de carbono (Tabla 3)., Las técnicas de preparación a alta temperatura, por ejemplo, la ablación láser o la descarga de arco, se utilizaron por primera vez para sintetizar CNT, pero actualmente, estas técnicas han sido sustituidas por métodos de deposición química de vapor a baja temperatura (CVD) (<800°C), ya que la longitud, el diámetro, La alineación, la pureza, la densidad y la orientación de los nanotubos CNT se pueden controlar con precisión en los métodos de deposición química de vapor a baja temperatura (CVD).,
descarga de arco eléctrico
La técnica de descarga de arco utiliza temperaturas más altas (por encima de 1,700°C) para la síntesis de CNT de CNT con menos defectos estructurales en comparación con otros métodos., Los métodos más utilizados utilizan la descarga de arco entre electrodos de grafito de alta pureza (6 a 10 mm de densidad óptica (OD)) generalmente electrodos refrigerados por agua con diámetros entre 6 y 12 mm y separados por 1 a 2 mm en una cámara llena de helio (500 torr) a presión subatmosférica (el helio puede ser reemplazado por hidrógeno o atmósfera de metano) . La cámara contiene un cátodo y ánodo de grafito, así como moléculas de carbono evaporadas y alguna cantidad de partículas catalíticas metálicas (como cobalto, níquel y/o hierro)., La corriente continua pasa a través de la curvatura (proceso de arco), y la cámara se presuriza y calienta a aproximadamente 4,000 K. en el curso de este procedimiento y arco, aproximadamente la mitad del carbono evaporado se solidifica en la punta del cátodo (electrodo negativo), y se forma un depósito a una velocidad de 1 mm/min que se llama «depósito duro cilíndrico o estructura similar a un cigarro», mientras que el ánodo (electrodo positivo) se consume. El carbono restante (una cáscara gris dura) se deposita en la periferia y se condensa en ‘hollín de la cámara’ cerca de las paredes de la cámara y ‘hollín del cátodo’ en el cátodo., El núcleo interno, el hollín del cátodo y el hollín de la cámara, que son oscuros y blandos, producen nanotubos de carbono de pared simple o de paredes múltiples y partículas de grafeno poliédrico anidadas. Mediante el uso de la microscopía electrónica de barrido (SEM), se pueden observar dos texturas y morfologías diferentes en el estudio del depósito del cátodo; los depósitos del núcleo interno oscuro y blando consisten en estructuras similares a paquetes, que contienen nanotubos dispuestos al azar y la cubierta exterior gris, que se compone de capas de grafemas curvos y sólidos.,
en la deposición de descarga de arco y síntesis de CNT, hay dos formas principales diferentes: síntesis con el uso de diferentes precursores de catalizador y sin el uso de precursores de catalizador. En general, la síntesis de Mwnt podría hacerse sin el uso de precursores del catalizador, pero la síntesis de nanotubos de pared simple (Swnt) utiliza diferentes precursores del catalizador y, para la expansión en la descarga del arco, utiliza un ánodo complejo, que se hace como una composición de grafito y un metal, por ejemplo , Gd, Co, Ni, Fe, Ag, Pt, Pd, etc., o mezclas de Co, Ni, Fe, y con otros elementos, como el Co-Pt, Co-Ru , Ni-Y, de Fe-Ni, Co-Ni, Co-Cu, Ni-Cu, Fe-No, Ni-Ti, Ni-Y, etc. Los estudios han demostrado que las mezclas de Ni-y-grafito pueden producir altos rendimientos (<90%) de SWNTs (diámetro promedio de 1.4 nm) , Y hoy en día, esta mezcla se utiliza en todo el mundo para la creación de SWNTs en alto rendimiento. La principal ventaja de la técnica de descarga de arco es la capacidad y el potencial para la producción de una gran cantidad de nanotubos. Por otro lado, la principal desventaja de este método es relativamente poco control sobre la alineación (es decir,,, quiralidad) de los nanotubos creados, lo cual es importante para su caracterización y papel. Además, debido al catalizador metálico necesario para la reacción, la purificación de los productos obtenidos es esencial.
método de ablación por láser
mediante el uso de vaporización por láser de alta potencia (tipo YAG), un tubo de cuarzo Que contiene un bloque de grafito puro se calienta dentro de un horno a 1.200 ± C, en una atmósfera Ar . El objetivo de usar láser es vaporizar el grafito dentro del cuarzo., Como se describe sobre la síntesis de SWNT mediante el uso del método de descarga de arco, para la generación de Swnt, utilizando la técnica láser, es necesario agregar partículas metálicas como catalizadores a los objetivos de grafito. Los estudios han demostrado que el diámetro de los nanotubos depende de la potencia del láser. Cuando se aumenta la potencia de pulso del láser, el diámetro de los tubos se hace más delgado . Otros estudios han indicado que los pulsos láser ultrarrápidos (subpicosegundos) son potenciales y capaces de crear grandes cantidades de SWNTs . Los autores revelaron que ahora promete crear hasta 1.,5 g / h de material nanotubo utilizando la técnica láser.
muchos parámetros pueden afectar las propiedades de los CNT sintetizados por el método de ablación láser, como la composición estructural y química del material objetivo, las propiedades del láser (potencia máxima, cw versus pulso, fluidez de energía, longitud de onda de oscilación y tasa de repetición), el flujo y la presión del gas tampón, la presión de la cámara y la composición química, la distancia entre el objetivo y los sustratos, y la temperatura ambiente. Este método tiene un potencial para la producción de Swnt con alta pureza y alta calidad., Los principios y mecanismos del método de ablación por láser son similares a la técnica de descarga por arco, pero en este método, la energía necesaria es proporcionada por un láser que golpea un pellet de grafito puro que contiene materiales catalizadores (frecuentemente cobalto o níquel).
Las principales ventajas de esta técnica consisten en un rendimiento relativamente alto y impurezas metálicas relativamente bajas, ya que los átomos metálicos involucrados tienen una tendencia a evaporarse desde el extremo del tubo una vez que está cerrado., Por otro lado, la principal desventaja es que los nanotubos obtenidos de esta técnica no son necesariamente uniformemente rectos, sino que contienen alguna ramificación.
Desafortunadamente, el método de ablación con láser no es económicamente ventajoso porque el procedimiento abarca barras de grafito de alta pureza, las potencias del láser requeridas son grandes (en algunos casos se requieren dos rayos láser), y la cantidad de nanotubos que se pueden sintetizar por día no es tan alta como la técnica de descarga de arco.,
deposición química de vapor
uno de los métodos estándar para la producción de nanotubos de carbono es la deposición química de vapor o CVD. Hay muchos tipos diferentes de ECV, como la deposición química catalítica de vapor (CCVD), ya sea térmica o con aumento de plasma (PE), ECV asistida por oxígeno , ECV asistida por agua , plasma de microondas (MPECVD), ECV de radiofrecuencia (RF-CVD) o filamento caliente (HFCVD). Pero la deposición química catalítica de vapor (CCVD) es actualmente la técnica estándar para la síntesis de nanotubos de carbono.,
esta técnica permite que los CNT se expandan en diferentes materiales e implica la descomposición química de un hidrocarburo en un sustrato. El principal proceso de crecimiento de nanotubos de carbono en este método, al igual que el método de descarga de arco, también es la excitación de átomos de carbono que están en contacto con partículas catalíticas metálicas.
para todos los propósitos, los tubos se perforan en silicio y también se implantan con nanopartículas de hierro en la parte inferior. Después de eso, un hidrocarburo como el acetileno se calienta y se descompone en el sustrato., Dado que el carbono es capaz de hacer contacto con las partículas metálicas implantadas en los agujeros, se inicia para crear nanotubos que son una «plantilla» de la forma del túnel. Con el uso de estas propiedades, los nanotubos de carbono pueden crecer muy bien alineados y muy largos, en el ángulo del túnel. En el procesamiento de CVD, una capa de partículas catalíticas metálicas prepara y procesa un sustrato a aproximadamente 700°C. más comúnmente, las partículas catalíticas metálicas son níquel, cobalto , hierro o una combinación ., El objetivo de utilizar las nanopartículas metálicas en combinación con un soporte catalizador como MgO o Al2O3 es desarrollar la superficie para un mayor subproducto de la reacción catalítica del carbono puro con las partículas metálicas. En el primer paso de la expansión de nanotubos, dos tipos de gases alimentaron el reactor (el reactor más utilizado es el reactor de lecho fluidizado ): un gas que contiene carbono (como etileno, acetileno, metano o etanol) y un gas de proceso (como nitrógeno, hidrógeno o amoníaco)., En la superficie de la partícula catalizadora, el gas que contiene carbono se rompe y por lo tanto el carbono se hizo visible en los bordes de la nanopartícula donde los nanotubos pueden producir. Este mecanismo todavía se está debatiendo . Los estudios han demostrado que los modelos aceptados convencionalmente son el crecimiento de la base y el crecimiento de la punta . Dependiendo de la adhesión y la unión entre el sustrato y la partícula del catalizador, las partículas del catalizador pueden permanecer en la base del nanotubo o nanotubo durante el crecimiento y la expansión .,
en comparación con la ablación con láser, CCVD es un método económicamente práctico para la producción de CNT a gran escala y bastante pura, por lo que la ventaja importante de CVD es el material obtenido de alta pureza y el fácil control del curso de reacción .
purificación de nanotubos
dependiendo de la técnica de síntesis de nanotubos de carbono, hay muchos métodos y procedimientos diferentes para la purificación., Todos los procedimientos de purificación tienen los siguientes pasos principales: eliminación de partículas de grafito grandes y agregaciones con filtración, disolución en solventes apropiados para eliminar partículas catalíticas (ácidos concentrados como solvente) y fullerenos (uso de solventes orgánicos), y microfiltraciones y cromatografía para dimensionar la separación y eliminar los racimos de carbono amorfos . La purificación de Mwnt producidos por técnicas de descarga de arco se puede hacer mediante el uso de técnicas de oxidación que pueden separar Mwnt de partículas poliédricas similares al grafito .,
Las principales desventajas de este método son la baja pureza, la alta tasa de destrucción de los materiales de partida (95%), así como la alta reactividad de los nanotubos restantes al final del proceso debido a la existencia de enlaces colgantes (una valencia insatisfecha) y para la eliminación de tales enlaces colgantes es necesario usar recocido a alta temperatura (2,800 ± C).
los métodos no destructivos para separar CNT acoplan suspensiones coloidales bien dispersas de tubos / partículas con materiales que evitan la agregación, como tensioactivos, polímeros u otras partículas coloidales ., El otro método como objetivo de los nanotubos de exclusión de tamaño utiliza cromatografía de exclusión de tamaño y filtros porosos, así como microfiltración asistida por ultrasonidos que purifica Swnt de carbono amorfo y partículas catalíticas .
Los estudios han demostrado la ebullición de SWNTs en soluciones acuosas de ácido nítrico o ácido fluorhídrico para la purificación de SWNTs y la eliminación de partículas amorfas de carbono y metal como una técnica eficiente y simple.,
para la purificación de túbulos de carbono, el científico prefiere usar sonicación de nanotubos en diferentes medios y luego oxidación térmica del material SWNT (a 470°C), así como tratamientos con ácido clorhídrico . Otra forma de oxidar las partículas carbonosas insatisfechas es el uso de racimos de oro (OD 20 nm) junto con la oxidación térmica de SWNTs a 350°C.
Huang et al., introducir una nueva forma de separación de swnts semiconductores y metálicos mediante el uso de cromatografía de exclusión de tamaño (SEC) de nanotubos de carbono dispersos por ADN (DNA-SWNT), que tienen la clasificación de longitud de mayor resolución . La ultracentrifugación de gradiente de densidad se ha utilizado para la separación de SWNT en función del diámetro . La combinación de cromatografía de intercambio iónico (IEC) y ADN-SWNT (IEC-DNA-SWNT) también se ha utilizado para la purificación de quiralidades individuales. En este proceso, se pueden usar oligómeros de ADN cortos específicos para separar quiralidades SWNT individuales., Los científicos han utilizado procesos de fluoración y bromación, así como tratamientos ácidos de materiales MWNT y SWNT con el objetivo de purificar, cortar y suspender los materiales de manera uniforme en ciertos disolventes orgánicos .
como se discutió anteriormente, dependiendo de la forma de síntesis de nanotubos, hay muchos métodos diferentes para la purificación de nanotubos de carbono, y por lo tanto, la existencia de métodos que son procesos de un solo paso y no se ven afectados en las propiedades de los productos de nanotubos de carbono es esencial para la producción de nanotubos limpios y debe ser objetivo en el futuro.,
aplicaciones biomédicas
Las propiedades de los nanotubos son ciertamente sorprendentes; en los últimos años, muchos estudios han sugerido posibles aplicaciones de los CNT y han demostrado innumerables aplicaciones que podrían ser prometedoras cuando estos materiales recién determinados se combinan con productos típicos . Producción de nanorods utilizando CNTs como plantillas de reacción .
Las aplicaciones para nanotubos abarcan muchos campos y disciplinas como la medicina, la nanotecnología, la fabricación, la construcción, la electrónica, etc., Se puede observar la siguiente aplicación: compuestos de alta resistencia , actuadores , dispositivos de almacenamiento y conversión de energía , nanosondas y sensores , medios de almacenamiento de hidrógeno , dispositivos electrónicos y catálisis . Sin embargo, las siguientes secciones detallan las aplicaciones existentes de los CNT en la industria biomédica exclusivamente. Antes del uso de nanotubos de carbono en entornos biológicos y biomédicos, hay tres barreras que deben ser superadas: funcionalización, farmacología y toxicidad de los CNT., Una de las principales desventajas de los nanotubos de carbono es la falta de solubilidad en medios acuosos, y para superar este problema, los científicos han estado modificando la superficie de los CNT, es decir, la ficcionalización con diferentes moléculas hidrofílicas y químicas que mejoran la solubilidad en agua y biocompatibilidad de los CNT .
otra barrera con el nanotubo de carbono es la biodistribución y la farmacocinética de las nanopartículas que se ven afectadas por muchas características fisicoquímicas como la forma, el tamaño, la composición química, la agregación, la superficie de solubilidad y la ficcionalización., Los estudios han demostrado que los CNT solubles en agua son biocompatibles con los fluidos corporales y no producen efectos secundarios tóxicos ni mortalidad.
otra barrera importante es la toxicidad de los CNT. En general, la combinación de la alta superficie y la toxicidad intrínseca de la superficie puede ser responsable de los efectos nocivos de las nanopartículas.
la toxicidad de los CNT puede verse afectada por el tamaño de los nanotubos., Las partículas por debajo de 100 nm tienen propiedades potencialmente dañinas tales como mayor toxicidad potencial para el pulmón, escape de las defensas fagocíticas normales, modificación de la estructura proteica, activación de las respuestas inflamatorias e inmunológicas, y redistribución potencial de su sitio de deposición.
implantes artificiales
los nanomateriales muestran probabilidad y promesa en Medicina Regenerativa por sus atractivas propiedades químicas y físicas ., En general, rechazar los implantes con el dolor postadministración, y para evitar este rechazo, la fijación de nanotubos con proteínas y aminoácidos ha sido prometedora. El nanotubo de carbono, tanto individual como multi-WNT, se puede emplear como implantes en forma de articulaciones artificiales y otros implantes sin respuesta de rechazo del huésped. Además, debido a propiedades únicas como la alta resistencia a la tracción, los CNT pueden actuar como sustitutos óseos e implantes si están llenos de calcio y formados/dispuestos en la estructura ósea .,
se ha investigado la adhesión y proliferación celular que puede mejorar con los compuestos SWCNT y MWCNT, y por lo tanto, estos nanotubos se han integrado en materiales naturales y sintéticos para generar nanocompuestos. Algunas aplicaciones de nanotubos como implantes artificiales se resumen en la Tabla 4.,
ingeniería tisular
El objetivo de la ingeniería tisular es sustituir tejido dañado o enfermo con alternativas biológicas que puedan reparar y preservar la función normal y original. Los grandes avances en las áreas de la ciencia de los materiales y la ingeniería han apoyado el prometedor progreso de la medicina regenerativa de tejidos y la ingeniería., Los nanotubos de carbono se pueden utilizar para la ingeniería de tejidos en cuatro áreas: detección del comportamiento celular, seguimiento y etiquetado celular, mejora de las matrices de tejidos y aumento del comportamiento celular . El seguimiento y etiquetado celular es la capacidad de rastrear las células implantadas y observar la mejora de la formación de tejido in vivo y no invasivo. El etiquetado de las células implantadas no solo facilita la evaluación de la viabilidad del tejido diseñado, sino que también ayuda y facilita la comprensión de las vías de biodistribución, migración, reubicación y movimiento de las células trasplantadas., Debido al tiempo que consume y el desafío de manejo en el uso de métodos tradicionales como la citometría de flujo, los métodos no invasivos son métodos populares entrantes. Se muestra que los nanotubos de carbono pueden ser factibles como agentes de contraste de imágenes para las modalidades de resonancia magnética, óptica y radiosonda.
otra aplicación importante de los nanotubos de carbono en la ingeniería de tejidos es su potencial para medir la biodistribución y también se puede modificar con radiosondas para gammagrafía. Singh et al. atado SWNTs con . En y administrado a ratones BALB/c Para evaluar la biodistribución de nanotubos ., El diseño de tejidos mejor diseñados mejora y facilita con el mejor monitoreo de la fisiología celular, como las interacciones enzima / cofactor, la secreción de proteínas y metabolitos, el comportamiento celular y el transporte de iones. Posiblemente se utilizarán nanosensores para hacer disponible un monitoreo constante del rendimiento de los tejidos diseñados. Los nanotubos de carbono presentan numerosas características populares que los hacen elementos ideales para nanosensores, incluyendo su gran área de superficie y capacidad para inmovilizar el ADN u otras proteínas, y propiedades eléctricas., El nanotubo de carbono tiene estructuras electrónicas únicas que, como la probabilidad del sensor electroquímico del nanotubo de carbono, simplifica la investigación de proteínas y aminoácidos activos redox que permiten el monitoreo celular en tejidos diseñados. En un estudio, los Mwnt se conjugaron con micropartículas de platino y fueron capaces de detectar tioles, incluidos aminoácidos como el glutatión y la L-cisteína en ratas .
la matriz de células juega un papel importante en la ingeniería de tejidos., Mientras que los polímeros sintéticos aceptados, por ejemplo, PLGA y PLA han sido empleados para la ingeniería de tejidos, carecen de la resistencia mecánica requerida y no pueden simplemente ser funcionalizados en contradicción con los nanotubos de carbono que pueden ser funcionalizados voluntariamente. Por lo tanto, los nanotubos de carbono tienen potencial para su uso como andamios de tejido y pueden proporcionar el refuerzo estructural requerido, pero la principal desventaja de los nanotubos de carbono es que no son biodegradables., Combinación de polímero al disolver una porción deseada de nanotubos de carbono en un polímero, se han detectado mejoras significativas en la resistencia mecánica del compuesto. Los Mwnt combinados con quitosano ilustraron un avance significativo en las propiedades mecánicas en comparación con solo el quitosano . El colágeno mezclado SWNT mejora el crecimiento de las células musculares lisas .
identificación de células cancerosas
se están creando nanodispositivos que tienen el potencial de desarrollar tratamiento, detección y diagnóstico del cáncer., Las nanoestructuras pueden ser tan pequeñas (menos de 100 nm) que el cuerpo posiblemente las despejará demasiado rápido para que sean eficientes en imágenes o detección y, por lo tanto, pueden ingresar a las células y los orgánulos dentro de ellas para interactuar con el ADN y las proteínas. Castillo et al., mediante el uso de un péptido nanotubo-ácido fólico modificado electrodo de grafeno, mejorar la detección de células humanas de cáncer de cuello uterino sobreexpresando receptores de folato .,
dado que una gran cantidad de cánceres son asintomáticos a lo largo de su estadio temprano y las modificaciones morfológicas distintivas están ausentes en la mayoría de los trastornos neoplásicos en estadio temprano, en consecuencia los métodos clínicos tradicionales de diagnóstico por imágenes del cáncer, por ejemplo, los rayos X, la TC y la RMN, no adquieren una resolución espacial adecuada para la detección de la enfermedad en estadio temprano. Los estudios de imágenes con SWCNTs han prosperado en los últimos años. Hong et al., se evaluó la imagen molecular con SWNTs y se evaluaron los Swcnts funcionalizados Gd3 + combinados cuando se aplicaron a la RMN, y se logró alta resolución y buena penetración tisular.
La combinación de radioisótopos marcados con Swcnt con técnicas de imágenes basadas en radionúclidos (PET y SPECT) puede mejorar la penetración, sensibilidad y resolución media del tejido.,
hay muchos biomarcadores proteicos característicos que a menudo están sobreexpresados en las células cancerosas, y proporcionan una puerta de apertura para el diagnóstico temprano, el pronóstico, el mantenimiento de la vigilancia después de la cirugía curativa, el monitoreo de la terapia en la enfermedad avanzada y la predicción de la respuesta terapéutica., Muchos marcadores importantes del tumor se han aplicado extensivamente y se han utilizado en la diagnosis del carcinoma hepatocelular, del cáncer colorrectal, del cáncer pancreático, del cáncer de próstata, del tumor epitelial del ovario tal como antígeno 19-9 del carbohidrato (CA19-9), del Alfa-fetoprotein (AFP), del antígeno carcinoembryonic (CEA), del antígeno 125 del carcinoma (CA125), de la gonadotropina coriónica humana (hCG), y del antígeno prostático específico (PSA). En la Tabla 5 se resumen algunos de los biomarcadores del cáncer detectados por los sistemas de detección basados en CNT.,
administración de fármacos y genes por CNTs
existen muchas barreras con la administración convencional de agentes quimioterapéuticos como la falta de selectividad, la toxicidad, mala distribución entre las células, solubilidad limitada, incapacidad de los medicamentos para cruzar las barreras celulares y falta de procedimientos clínicos para superar el cáncer multirresistente (MDR)., Los investigadores han introducido una amplia gama de diferentes tipos de sistemas de administración de fármacos para superar estos problemas, como polímeros, nanopartículas de sílice, puntos cuánticos, emulsiones, dendrímeros, liposomas, conjugados moleculares y micelas . Como se mencionó anteriormente, los CNT tienen propiedades únicas, como una superficie ultraalta, que los convierten en un potencial prometedor para la administración de fármacos, péptidos y ácidos nucleicos (Tabla 6)., El fármaco o gen específico puede integrarse en las paredes y puntas de los CNT y reconocer receptores específicos del cáncer en la superficie celular, por estos medios los CNT pueden cruzar la membrana celular de los mamíferos por endocitosis u otros mecanismos y transportar fármacos terapéuticos o genes de manera más segura y eficiente en las células que antes eran inaccesibles . Más recientemente, los investigadores han desarrollado un nuevo y más eficiente sistema de administración de medicamentos dirigidos al tumor (DDS) basado en SWNT que consiste en ligandos dirigidos al tumor, medicamentos contra el cáncer y SWNTs funcionalizados., Si este sistema interactúa con las células cancerosas, entonces puede inducir la endocitosis mediada por receptores al reconocer los receptores específicos del cáncer en la superficie de las células cancerosas y así liberar de manera eficiente y específica agentes quimioterapéuticos.