Síntesis de Bionanomateriales basados en Nanotubos de Carbono y su aplicación en Nanomedicina<br />Máster de estudios avan...
Periodo de docencia<br />
Nanotecnología<br />La nanotecnología consiste en el diseño, caracterización, producción y aplicación de estructuras, disp...
Nanomateriales<br /><ul><li>Comportamiento distinto a los mismos materiales a escala macroscópica
Mayor área superficial relativa
Predominio de efectos cuánticos
Manipulación y fabricación de nanomateriales
Aproximación top-down
Aproximación bottom-up</li></ul>Tipos de nanomateriales:<br />Liposomas<br />Quantum Dots<br />Dendrímeros<br />Nanoshells...
Liposomas<br /><ul><li>Vesículas de fosfolípidos  que pueden incorporar principios activos en su interior
Se utilizan para transportar moléculas de forma selectiva.
Nanomedicamentos: Doxil®; doxorrubicina</li></ul>Quantum Dots<br /><ul><li>Nanopartículas de semiconductores (2-100s nm)
Absorben y emiten radiación a longitudes de onda muy definidas según el tamaño de la partícula y con alto rendimiento cuán...
Aplicaciones: paneles solares, biosensores, sondas moleculares</li></li></ul><li>Dendrímeros<br /><ul><li>Polímeros con es...
Síntesis iterativa       distintas generaciones, más alta mayor tamaño</li></ul>Monodispersión<br />Versatilidad<br />Mult...
Nanoshells<br />Formadas por una delgada nanocapa de oro 8nm que recubre a una esfera de silice de 100nm<br />Luminiscenci...
Recuperan su forma tras someterse a alta presión
No interacción entre ellos
Nanotubos de carbono:
Gran resistencia mecánica
Flexibles alrededor de su eje
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Presentación master nanotubos jose ignacio

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Presentación nanotubos

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Presentación master nanotubos jose ignacio

  1. 1. Síntesis de Bionanomateriales basados en Nanotubos de Carbono y su aplicación en Nanomedicina<br />Máster de estudios avanzados en Química<br />José Ignacio Cebrián Candelera<br />
  2. 2. Periodo de docencia<br />
  3. 3. Nanotecnología<br />La nanotecnología consiste en el diseño, caracterización, producción y aplicación de estructuras, dispositivos y sistemas mediante el control del tamaño y la forma a una escala nanométrica<br /> La nanociencia es el estudio de los fenómenos y la manipulación de materiales a escala atómica, molecular y macromolecular, a las que las propiedades difieren significativamente de éstos a mayor escala.<br />(Royal Society, 2004)<br />Escala nanométrica (0.2 – 100 nm)<br />
  4. 4. Nanomateriales<br /><ul><li>Comportamiento distinto a los mismos materiales a escala macroscópica
  5. 5. Mayor área superficial relativa
  6. 6. Predominio de efectos cuánticos
  7. 7. Manipulación y fabricación de nanomateriales
  8. 8. Aproximación top-down
  9. 9. Aproximación bottom-up</li></ul>Tipos de nanomateriales:<br />Liposomas<br />Quantum Dots<br />Dendrímeros<br />Nanoshells<br />Fulerenos y nanotubos de carbono<br />
  10. 10. Liposomas<br /><ul><li>Vesículas de fosfolípidos que pueden incorporar principios activos en su interior
  11. 11. Se utilizan para transportar moléculas de forma selectiva.
  12. 12. Nanomedicamentos: Doxil®; doxorrubicina</li></ul>Quantum Dots<br /><ul><li>Nanopartículas de semiconductores (2-100s nm)
  13. 13. Absorben y emiten radiación a longitudes de onda muy definidas según el tamaño de la partícula y con alto rendimiento cuántico
  14. 14. Aplicaciones: paneles solares, biosensores, sondas moleculares</li></li></ul><li>Dendrímeros<br /><ul><li>Polímeros con estructura en forma de árbol (núcleo central o core se va ramificando)
  15. 15. Síntesis iterativa distintas generaciones, más alta mayor tamaño</li></ul>Monodispersión<br />Versatilidad<br />Multivalencia<br />Drug-delivery: encapsulación y derivatización superficie <br />Biocompatibilidad<br />
  16. 16. Nanoshells<br />Formadas por una delgada nanocapa de oro 8nm que recubre a una esfera de silice de 100nm<br />Luminiscencia reactiva, aumentan la temperatura al ser expuestos a determinada luz<br />Fulerenos y nanotubos de carbono<br /><ul><li>Fullerenos:
  17. 17. Recuperan su forma tras someterse a alta presión
  18. 18. No interacción entre ellos
  19. 19. Nanotubos de carbono:
  20. 20. Gran resistencia mecánica
  21. 21. Flexibles alrededor de su eje
  22. 22. Gran eficacia como conductor</li></li></ul><li> Formas Alotrópicas del Carbono<br />Grafito (sp2)<br />Fulereno (1985)<br />Diamante (sp3)<br /><ul><li>200x veces mas fuerte que el acero del mismo diametro.
  23. 23. El primer material sintético en tener mayor fortaleza que la seda de araña.
  24. 24. Excelentes conductores de electricidad y calor.
  25. 25. Tienen un gran potencial para el desarrollo de productos.</li></ul>SWCNTs<br />MWCNTs<br />Diametro: 4-30 nm<br />Longitud: 10 μm<br />Diametro: 1-1.5 nm<br />Longitud: several μm<br />Ijima, S. Nature 1991, 354, 56<br />
  26. 26. Nanotubos de carbono<br />
  27. 27. Propiedades de los CNTs<br /><ul><li>SWCNT pueden ser metálicos o semiconductores
  28. 28. Eléctricas: Conducción balística
  29. 29. Mecánicas: modulo de Young, proporción de Poisson, dureza, resistencia a tracción y compresión elevados
  30. 30. Conductividad térmica:: Anisotrópica; mas elevada en dirección paralela al eje (conduce el calor) que en dirección perpendicular ( refleja el calor). </li></li></ul><li>Métodos de síntesis de nanotubos de carbono<br />Deposición catalítica de vapor (CVD)<br />Hidrocarburo + catalizador Fe/Co/Ni 550-750°C CNT<br />Pasos:<br />Disociación del hidrocarburo<br />Disolución y saturación de átomos de carbono en nanopartículas de metal<br />Precipitación del nanotubo de carbono<br />Descarga de arco<br />Se pueden obtener SWNT o MWNT utilizando diferentes ánodos<br />Ablación láser<br />Se emplea un láser dentro de un horno con un blanco de grafito, se volatiliza el carbón por acción de éste y una trampa más fría para recoger los nanotubos de carbono como una película.<br />
  31. 31. Purificación de los nanotubos de carbono<br /><ul><li>Tratamiento ácido
  32. 32. Tratamiento de recocido
  33. 33. Tratamiento por ultrasonido
  34. 34. Purificación magnética
  35. 35. Microfiltración
  36. 36. Oxidación
  37. 37. Electroforesis capilar</li></li></ul><li>Aplicaciones de los CNTs<br /><ul><li>Síntesis de nuevos materiales, dos formas:</li></ul>- Haces: Fibras de diámetro nanoscópico y longitud mayor que el radio. Son mejores para aplicaciones estructurales y se mantienen mediante las fuerzas de Van der Waals<br />La Formación de Compuestos da lugar a cuatro tipos de materiales:<br />- Cero dimensiones: Sus tres dimensiones son nanoscópicas: Quantum Dots<br />- Una dimensión: dos dimensiones nanoscópicas, son unidimensionales: Hilos o cuerdas (tejidos)<br />- Dos dimensiones: Tienen una dimensión nanoscópica: pinturas, películas y recubrimientos<br />- Tres dimensiones: Todas sus dimensiones son macroscópicas<br />El número de dimensiones es un factor importante que influye en sus propiedades.<br />Como ejemplo de aplicaciones tenemos: <br /><ul><li>Blindajes: electromagnéticos, acústicos y contra impacto
  38. 38. Filtros
  39. 39. Otras aplicaciones: Eléctricas, químicas y térmicas.
  40. 40. Dispositivos electromagnéticos: Almacenamiento de energía, Supercondensadores, células solares y dispositivos electrónicos (Sensores, nanocircuitos, fotónica, interconectores y memorias)</li></li></ul><li>Aplicaciones Biológicas de los CNT<br />In vivo <br />Biosensores<br />TransferenciaGenetica <br />Tratamiento del Cancer<br />f-CNTs<br />Transporte de Proteinas<br />Transporte de medicamentos<br />Ausencia de Toxicidad<br />Proc. Natl. Acad. Sci. USA2008, 105, 1410-1415. <br />Nature Nanotech. 2008, 3, 216-221.<br />Chemistry & biology, 2010,17, 107-115<br />
  41. 41. Los CNT como biosensores<br /><ul><li>Aplicaciones en la detección de enzimas y facilita las interacciones especificas con el analito por funcionalización de la superficie del nanotubo
  42. 42. Se forman interfases con proteínas. El extremo se conecta con la parte activa del electrodo. Cambia la conductividad por adsorción de proteínas en la superficie de los CNT y así se pueden detectar biomoleculas
  43. 43. Estos biosensores se hacen con nanotubos de carbono de capa única con lo cual se aprovecha la capacidad de fluorescencia de los CNT al ser iluminados por ciertas ondas de luz infrarroja con lo cual se aumenta sus características ópticas</li></ul>Sondas<br />Microscopio de efecto túnel STM<br />Se aplica una diferencia de potencial entre la punta del microscopio y la superficie que se quiere estudiar<br />fluye una corriente de electrones (por efecto túnel cuántico)<br />A medida que la punta barre la superficie, las variaciones en la corriente reflejan la topografía de la superficie.<br />Microscopio de fuerza atómica<br />Instrumento mecano-óptico para materiales no conductores, como las muestras biologicas. Es una aguja muy fina que se dobla detectando irregularidades en la superficie<br />
  44. 44. Transporte de biomoléculasLiberación controlada de fármacos<br /><ul><li>La administración tradicional de fármacos no sólo afecta al órgano diana, sino también a otros órganos: la quimio destruye células cancerígenas pero también afecta negativamente al hígado
  45. 45. La formulación de fármacos en forma de nanoestructuras presenta las siguientes ventajas:</li></ul>Son capaces de transportar farmacos de manera específica y de manera altamente controlada con lo cual aumenta su eficacia terapeútica porque la liberación se produce en el órgano adecuado sin dañar otros órganos<br />Evitar problemas relacionados con la solubilidad y asimilación del fármaco<br />Proporcionar alternativas a las vias de administracion tradicionales, mucho mas invasivas, ya que su liberación sería minima mente invasiva pero terapeúticamente mas eficaz<br />
  46. 46. Toxicidad de los nanotubos de carbono<br /><ul><li>Son numerosos los estudios realizados in vitro y en vivo y sus resultados varían drásticamente pero se pueden sacar las siguientes conclusiones:</li></ul>1.- Toxicidad in vitro. Depende de los siguientes factores:<br />Deficiente funcionalización de los CNTs.<br />Exceso de tensioactivos presentes en las suspensiones de los CNT<br />Utilización de un catalizador metálico<br />Interferencia de los reactivos del ensayo<br />2.- Toxicidad in vivo<br />Los CNT inyectados en bruto de forma intratraqueal resultaron ser tóxicos para las vias respiratorias: debe evitarse el uso de aerosoles de CNT en bruto.<br />Los trabajos experimentales realizados in vivo ponen de manifiesto que no se observó toxicidad significativa en los CNT correctamente funcionalizados<br />
  47. 47. Funcionalización de los SWCNT<br /><ul><li>Covalente: Afecta a la estructura electrónica del nanotubo. Se forman enlaces covalentes por reacción química con las paredes o por reacción con grupos carboxilo (éster o amidas) introducidos anteriormente
  48. 48. No covalente: Asociación con moléculas a través de interacciones π-π o Dador-Aceptor. Se conservan las propiedades electrónicas al conservarse la estructura sp2 y la conjugación de los átomos de carbono</li></ul>Los nanotubos de carbono funcionalizados poseen una gran riqueza desde el punto de vista de sus propiedades fisicoquímicas utilizándose por ello para la producción de sistemas nanoestructurados con arquitecturas complejas y funciones altamente especializadas.<br />
  49. 49. Prato y col.<br />Chen y col.<br />Tipos de funcionalización de CNTs<br />Funcionalización Covalente<br />Funcionalización No Covalente<br />Dai y col.<br />Smalley y col.<br /><ul><li>Alta estabilidad
  50. 50. Pérdida de algunas propiedades electrónicas
  51. 51. Baja estabilidad
  52. 52. Mantiene las propiedades electrónicas </li></li></ul><li>Chem. Commun. 2009, 4121-4123.<br />H2O<br />Soft Matter,2009, 5, 948-950<br />Nano Research, 2010, in press<br />
  53. 53. Conclusiones<br /><ul><li>Las características únicas de los nanotubos de carbono unidas al desarrollo de estos sistemas han dado lugar a un numero considerable de aplicaciones y promesas revolucionarias en todos los campos científicos
  54. 54. La propiedad de biocompatibilidad de los nanotubos crea un enorme potencial en su aplicación en el área biomédica
  55. 55. El entendimiento básico, la descripción y el control de los sistemas nanobio llevaran a una nueva generación de sistemas integrados combinando propiedades peculiares de los nanotubos con la capacidad de reconocimiento molecular de las moléculas biológicas
  56. 56. El avance científico de la nanotecnología tiene que ser multidisciplinar, no sólo a nivel nacional sino internacional
  57. 57. Para la aplicación practica de la nanotecnología en biología, medicina, farmacología y preservar el medio ambiente las investigaciones sobre toxicidad de los nanotubos deben seguir profundizando más
  58. 58. En cuanto a la funcionalización de los nanotubos para una aplicación inocua en el campo biológico y farmacológico queda mucho camino por andar.</li>

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