Todos los materiales de carbono de baja dimensionalidad (grafito, 2-D; nanotubos de carbono, 1-D; y fulerenos, 0-D) se consideran como bloques de construcción muy importantes, para la metodología “bottom-up” (“o “desde abajo para arriba”) en nanotecnología y nanofabricación. En el caso de fulerenos y sus derivados, los aspectos de interés especial son dispositivos supramoleculares con sus aplicaciones en la conversión y almacenamiento de energía, almacenamiento de información, así como nanosensores. La combinación de nanotubos de carbono (CNTs por sus siglas en inglés) con una amplia variedad de las especies moleculares y nanomateriales es una ruta prometedora hacia la fabricación de dispositivos nanoelectrónicos y nanoelectromecánicos, sensores químicos y biológicos, celdas de combustible, compósitos con propiedades mecánicas sobresalientes, nanocatalisadores, plásticos conductores, materiales térmicos, sustratos para los cultivos de células, etc. En cuanto al grafito (en particular, a su forma pirolítica altamente orientada; HOPG, por sus siglas en inglés), el uso de su superficie como soporte para las capas 2-D moleculares autoensembladas ofrece una ruta para el diseño de nanodispositivos ajustables, nanosensores, sistemas de la conversión de energía solar, entre otros. _x000D_ _x000D_ Hablando de la fabricación de nanomateriales responsivos al campo (“field-responsive”), mallas moleculares, sensores, catalisadores, dispositivos electrónicos y fotónicos, las porfirinas sustituidas y péptidos/proteinas representan otras clases de compuestos de interés. El autoensamblaje a nanoescala de una amplia gama de arquitecturas, con una geometría bien definida, es una area de interés y esfuerzo crecientes, donde el alineamiento molecular y periodicidad ajustable sobre el sustrato juega un papel central. Dentro de esta area, el sustrato clásico que fue estudiado primero historicamente es HOPG. Este hecho se explica por su electroquímica particularmente interesante y útil potencialmente, así como por la posibilidad de observaciones directas de los autoensamblajes de porfirinas con resolución molecular, y en algunos casos submolecular, utilizando la microscopía de barrido por tunelaje (STM por sus siglas en inglés), la cual es el fuente principal (si no único) de información estructural para este tipo de sistemas. El autoensamblaje de porfirinas de origen natural fue reportado en unas cuantas publicaciones, pero en general, la mayoría de los estudios utilizan las porfirinas sustituidas basadas en meso-tetrafenilporfina (tambien conocida como 21,23-dihidro-5,10,15,20-tetrafenil-porfina, o H2TPP), con o sin grupos adicionales polares o hidrofóbicos en sus anillos fenil. El uso de porfirinas funcionales y/o oligoméricas, nos permite variar la naturaleza de interacciones intermoleculares entre las unidades porfirínicas, su orientación mutua, así como la periodicidad de autoensamblaje. Una circunstancia sumamente importante es que estos autoensamblajes utilizan las interacciones no-covalentes (puentes de hidrógeno, apilamiento -, efectos solvofóbicos y superficiales, etc.) en vez de enlazamiento covalente con el HOPG. Esta técnica tienes tales ventajas como la síntesis y purificación relativamente sencilla de las unidades estructurales porfirínicas, la generación espontanea de las estructuras más estables termodinámicamente, así como la posibilidad de autoreparación. _x000D_ _x000D_ Hemos empleado la microscopía STM para estudiar nanotubos y nanoesferas formados por la proteína viral VP6, y además en el estudio de un sistema híbrido albúmina sérica humana (HSA por sus siglas en inglés)/CNTs. Se ha decidido estudiar los tubos y esferas ya que plantillas de proteínas virales han demostrado pueden organizar materiales inorgánicos de una manera deseable. Por otro lado el sistema híbrido proteínas/CNTs ya tiene un gran número de aplicaciones. En el primer caso en el estudio de los tubos y esferas encontramos que la STM puede resolver a nivel molecular la estructura de los tubos y esferas, incluso puede mostrar el arreglo de las unidades estructurales de los tubos. En el segundo caso, STM permitió observar a HSA anclada sobre CNTs, además dió información acerca de su distribución a lo largo de tubos individuales así como en grupos de tubos, por otro lado también, información de la integridad de la proteína sobre HOPG y CNTs. Los resultados obtenidos demuestran que la microscopia STM es una herramienta que da información de gran valor a nivel molecular de ensambles proteicos y sistemas híbridos proteínas/CNTs._x000D_ _x000D_ Los trabajos dedicados a la obtención y caracterización de los nanohíbridos de porfirinas con CNTs (tanto de pared sencilla como de pared múltiple; SWNTs y MWNTs por sus siglas en inglés, respectivamente) igual utilizan varias porfirinas sustituidas. Sin embargo, en este caso ambos tipos de enlazamiento, covalente y no-covalente, fueron utilizados. Aparte de los aspectos tradicionales de síntesis y caracterización, los puntos de interés especial fueron el uso de hemina químicamente anclada a CNTs para la detección de oxígeno, una zonda óptica para la detección específica de ADN, la transferencia electrónica fotoinducida desde las porfirinas fisisorbidas y covalentemente enlazadas hacia los nanotubos, exfoliación y solubilización de CNTs, así como los ensamblajes de porfirinas dirigidas por SWNTs. Al igual que en el caso de HOPG, la funcionalización no-covalente de CNTs con porfirinas utiliza las interacciones - entre las dos especies químicas que poseen los electrones  altamente deslocalizados. En comparación con el anclaje covalente, el método no-covalente permite conservar intacta la estructura electrónica intrinseca de CNTs. La otra ventaja es que el método no-covalente permite utilizar los CNTs comerciales (a veces prístinos, o “as-prepared”), sin su funcionalización química adicional, y por otro lado, las porfirinas sintéticas más sencillas, tales como H2TPP y sus complejos metálicos. Desafortunadamente, a diferencia de los autoensamblajes sobre HOPG, los híbridos de porfirinas con CNTs carecen de una caracterización detallada por STM. El problema principal es que ambos componentes poseen una alta mobilidad y deslizan con respecto al soporte de HOPG, a la zonda y a uno contra otro, lo que hace la obtención de imágenes de STM una tarea sumamente complicada. _x000D_ _x000D_ El hecho de la dimensionalidad zero de fulerenos, hace sus híbridos con porfirinas muy distintos a los dos tipos anteriores, tanto en términos de rasgos estructurales, como en términos de las metodologías experimentales para su caracterización estructural. El tamaño típico de los nanoclusters de carbono 0-D (por ejemplo, el fulereno C60) es del orden de 1 nm, lo que es comparable con el tamaño de la porfina no-sustituida, y aun mas pequeño en comparación con las porfirinas sustituidas estudiadas tipicamente (por ejemplo H2TPP, sus derivados y complejos metálicos). Por lo contrario a HOPG y CNTs, los fulerenos son moléculas muy bien definidas, con un peso molecular constante, y por eso son capaces de formar los híbridos moleculares con porfirinas muy bien definidos, con la posibilidad de cristalizarlos y proporcionar una información estructural directa y exacta mediante la difracción de rayos X. _x000D_ _x000D_ El acercamiento racional al diseño y obtención de nuevos nanohíbridos basados en porfirinas, péptidos o proteinas, por un lado, y los materiales de carbono, por el otro, es imposible sin un buen conocimiento de las fuerzas que dirigen las interacciones entre los componentes. En esta area, al igual que en otras ramas de la ciencia y tecnología moderna, es difícil subestimar el papel de los métodos teóricos. Aunque ya sabemos que las moléculas orgánicas y bioorgánicas pueden enlazarse con los nanomateriales y superficies de carbono mediante las interacciones covalentes y no-covalentes, hasta ahora nos falta información a nivel molecular (sobre todo, en cuanto a las interacciones no-covalentes). Hasta ahora no existe una metodología teórica sencilla para estudiar las interacciones intermoleculares con la participación de los nanoclusters de carbono y superficies de grafito. Los estudios teóricos de las interac

La química de los materiales de carbono de baja dimensionalidad (grafito, nanotubos de carbono y fulerenos, o sea 2-D, 1-D y 0-D, respectivamente) es una de las lineas más importantes y prestigiosas en toda el area de nanomateriales y naofabricación. La caracterización detallada de las interacciones de estos materiales moléculas orgánicas y bioorgánicas es una tarea superimportante, pero sumamente complicada. _x000D_ _x000D_ Nuestro grupo de investigación ya ha demostrado su capacidad de contribuir a nivel mundial en esta area, a través de piblicar una serie de artículos en revistas internacionales de alto impacto, ya citados por un alto número de otros autores. Como consecuencia, fuimos invitados a escribir unos capítulos para Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology, primera en el mundo. Además, hemos editado cinco libros (cuatro publicados en EE.UU. y uno en la India) dedicados al tema de nanotubos de carbono y la química computacional en la química de materiales y superficies. _x000D_ _x000D_ El apoyo a través de este proyecto, nos permitiría fortalecer aun más la autoridad tanto de nuestro grupo de investigación como de la ciencia Mexicana, mediante elaboración y publicación de nuevos resultados de la más alta calidad a nivel mundial, en el area de la química de materiales de carbono de baja dimensionalidad. En este trabajo combinado teórico-experimental, el papel central tendría la microscopía de tunelaje de barrido (STM), que en conjunto con otros métodos (TEM, HRTEM, SEM, espectroscopía Raman e infrarrojo, etc.) nos permitiría visualizar y “ver” directamente en que estado existen las moléculas orgánicas, así como los métodos computacionales para explicar y/o predecir los resultados experimentales. _x000D_