Nanotubos de carbono aplicados a la medicina

Los nanotubos de carbono son estructuras en forma de tubo que tienen un diámetro de unos pocos nanómetros, aunque su longitud no es nanométrica y llega a alcanzar los 0.01 centímetros.

La pared de los nanotubos está formada por redes hexagonales.

La pared de los nanotubos está formada por redes hexagonales. Fuente: Wikimedia Commons.

Sus paredes están formadas por redes hexagonales cerradas de átomos de carbono.
Esta disposición hace que sean ligeros, huecos y porosos, y que tengan alta resistencia frente a esfuerzos mecánicos.

Podrían describirse también como láminas enrrolladas de grafeno (el que dicen será el material del futuro). De hecho, un modo de producir este material es hacer nanotubos, cuyas técnicas de fabricación están algo más desarrolladas, y desenrrollar luego los tubos para convertirlos en láminas de grafeno.

Cable cocheLa resistencia de los nanotubos es sorprendente. Medidas hechas en la dirección axial (a lo largo del nanotubo) dieron como resultado valores equivalentes a que un cable de 1 mm de diámetro fuese capaz de soportar 6 toneladas y media de peso antes de romperse.

De cara a sus aplicaciones en medicina, también es importante resaltar que son capaces de mantenerse dentro del régimen elástico aún cuando estén soportando mucho peso.
Y por supuesto, su característica más importante en estas aplicaciones es su baja toxicidad, es decir, que pueden introducirse en el cuerpo humano sin causar daños importantes.

En cuanto a sus propiedades térmicas y eléctricas hay que decir que conducen extraordinariamente bien tanto el calor como la electricidad, siendo esta propiedad resultado de la ordenación en red de los átomos de carbono que forman sus paredes.

Presentan una curiosa propiedad óptica llamada fotoluminiscencia, que consiste en que cuando son excitados por una energía de origen electromagnético son capaces de emitir luz en la dirección de su eje.

Fotoluminiscencia: al ser excitados con radiación electromagnética los nanotubos emiten luz polarizada en la dirección de su eje.

Fotoluminiscencia: al ser excitados con radiación electromagnética los nanotubos emiten luz polarizada en la dirección de su eje.

Nanobuds.

Nanobuds. Fuente: Wikimedia Commons.

Uniendo nanotubos de carbono con fullerenos esféricos, que son como pelotitas formadas por redes de carbono, se obtienen las estructuras denominadas nanobuds, que combinan las propiedades físicas de los nanotubos con las propiedades químicas de los fullerenos.

Una vez descritas las sorprendentes propiedades de los nanotubos, podemos pasar a conocer algunas de sus aplicaciones en medicina, la inmensa mayoría de las cuales están en fase de investigación o aún no han sido descubiertas.

Sensores basados en nanotubos de carbono

Sus propiedades físico-química hacen que puedan diseñarse sistemas muy sensibles. Esta característica es muy importante en sensores utilizados en medicina.

Sensores químicos

Los sensores químicos desarrollados a partir de nanotubos de carbono basan su funcionamiento en la propiedad que tienen estos de cambiar sus propiedades eléctricas, en concreto su resistencia y su capacidad, al reaccionar químicamente con las sustancias que se pretende detectar.

 Pueden existir diferentes mecanismos de reacción. Una posibilidad es utilizar nanotubos con defectos de forma que las moléculas a detectar ocupen los huecos. Incluso se producen cambios en la capacidad del nanotubo si éste se recubre con otra sustancia que, de alguna manera, atrape a las moléculas a detectar, de forma que éstas se quedan en la superficie del nanotubo pero sin interaccionar directamente con él.

 Los nanotubos de carbono también pueden detectar la presencia de sustancias que tengan cierta carga, basándose en que la resistencia de los nanotubos depende del número de cargas libres en su interior y éste número se puede alterar mediante fuerzas electrostáticas que proceden del exterior.

Sensores mecánicos

Se utilizan para detectar fuerzas de todo tipo o parámetros asociados a ellas. Se pueden citar como ejemplos los sensores acústicos, de flujo, de velocidad y de masa.

Los nanotubos de carbono pueden ser utilizados como sensores mecánicos ya que al ser sometidos a una fuerza se producen pequeños desplazamientos en su estructura atómica y se alteran así sus propiedades eléctricas (son piezorresistivos).

Sensor de flujo.

Sensor de flujo.

Sensores térmicos

Los nanotubos de carbono pueden ser utilizados como sensores térmicos gracias a que su resistencia cambia con la temperatura.
Además son piroeléctricos, lo que quiere decir que cuando son calentados producen electricidad.

Los sensores térmicos de tamaño nanométrico pueden ser muy importantes en el futuro de la medicina. La monitorización de la temperatura en tiempo real de una determinada zona del cuerpo puede ser útil por ejemplo para afinar los tratamientos de radioterapia al saber si una zona del tumor o de sus proximidades está siendo irradiada o no.

Sensor térmico

Sensor térmico basado en nanotubo de carbono. Al subir la temperatura de la muestra disminuye la resistencia del nanotubo, y este cambio puede medirse con un circuíto eléctrico conectado a él, y traducir la diferencia de potencial a valores de temperatura.
Imagen  CC del nanotubo por G. Paumier.

Nanotubos como sistemas de liberación controlada de fármacos

Algunos problemas asociados con la administración de medicamentos se deben a que  se disuelven antes o después de lo esperado, no se distribuyen adecuadamente por el organismo, son poco selectivos y producen daño a los tejidos sanos.

Todos estos problemas pueden solventarse implementando un sistema que dirija el medicamento al lugar deseado y lo almacene allí. Los nanotubos son considerados excelentes transportadores, ya que pueden cruzar la membrana plasmática de las células y distribuirse por los diferentes orgánulos.

Los nanotubos de carbono cargados de drogas terapéuticas atraviesan fácilmente la membrana plasmática y se distribuyen por los orgánulos.

Los nanotubos de carbono cargados de drogas terapéuticas atraviesan fácilmente la membrana plasmática y se distribuyen por los orgánulos.

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