La forma tubular, dimenciones, propiedades mecánicas, flexibilidad, y las posibilidades de modificación química con diferentes grupos funcionales, todo ello hace de los nanotubos de carbono (ntc) objetos muy atractivos para bio-aplicaciones. Las propiedades tales como por ejemplo la fluorescencia intrinseca en infrarrojo cercano de ntc, se puede usar en el desarrollo de bio-imagenologia en diagnostico médico. Se necesita nivel alto de ciencia básica en las investigaciones sobre las interacciones entre ntc y sistemas biológicos, especialmente en relación con proteinas y células en estos estudios. Obtención de la información detallada de tales aspectos permiten facilitar el diseño de ntc biocompatibles, que se puede llegar a aplicar en médicina. Probablemente, en el futuro los propios ntc no se usarán para dispositivos de entrega de drogas, pero los podrían usar para síntesis de compositos poliméricos en forma de nanotubos, que mantendrán las propiedades de ntc: propiedades electronicas y ópticas, pero en el mismo tiempo serán biocompatibles y biodegradables. Los estudios de interacciones entre materiales artificiales, como son ntc, y los sistemas biológicos están todavía en una etapa muy poco desarrollada, sobre todo por su baja solubilidad en medio acuoso y las dificultades en observar los nanotubos de carbono en medio biológico. Los argumentos más importantes que justifican tales estudios son los siguientes: 1) la mayoría de los procesos biológicos incluyen transferencia de carga, interacciones electrostáticas, y los nanotubos de carbono son canales -conductores, 2) hay una compatibilidad de tamaños: el diámetro del nanotubo de carbono de pared sencilla es de rango de 1 nm, lo cual es el diámetro del doble hélice de adn, y 3) la combinación entre (1) y (2) permite el desarrollo de los biosensores. El presente proyecto se dedicará a un estudio de las interacciónes de nanotubos de carbono con las moléculas de actividad biológica: porfirinas, aminoácidos, y proteínas. La síntesis de estos sistemas se realizará a traves de los métodos de modificacion química de ntc, en mayoría de los casos aplicando la técnica de funcionalización en fase de gas, que es una contribución importante a la química “verde” de ntc. En la fabricación de nuevos materiales híbridos “ntc/porfirinas”, la atención especial será para estudios del autoensamblaje de porfirinas protonizadas sobre ntc. Sería muy importante tener los estudios adicionales sobre como se controla la adsorcion de estas moléculas sobre ntc, para obtención de cubrimiento de orden de monocapa, como la presencia y la naturaleza química de ion metálico central podría afectar el enlazamiento de porfirinas con nanotubos de carbono, además de conocimientos de orientaciones y ordenamiento de estas moléculas en la superficie de ntc. Otras interacciones importantes para estudiar en este proyecto, son entre ntc y aminoácidos, en la obtención de materiales híbridos “ntc/aminoácidos”. Su enlazamiento químico no solamente aumenta la solubilidad de los ntc, pero tambien abre el camino amplio hacia aplicaciones biomedicas de estos nanomateriales. En la fabricación de tales estructuras será muy importante buscar las condiciones óptimas del proceso de la síntesis de nylon-6, con el objetivo de mayor biocompatibilidad. Durante estudios de las interacciones entre ntc y proteinas, en la obtención de materiales híbridos de “ntc/proteinas”, la proteína del origen viral (vp6) será de interés especial. La tendencia de este material biológico para autoensamblarse puede ser usada para dirigir el ensemblaje de los nanotubos de carbono, lo cual permitirá formar un nanoensamble de dos partes: biológico y electrónico, y permitirá proponer un sistema-biosensor. En las investigaciones de nanomateriales sería muy importante subrayar el papel importante de los métodos computacionales. Se plantea en el presente proyecto someter a las pruebas computacionales diferentes modelos de nanotubos prístinos, y utilizando dichos modelos, llevar a cabo los cálculos dft en las reacciones de adición de aminas y tioles sobre los defectos pentagonales, y para las interacciones no-covalentes con compuestos porfirinas, aminoácidos, componentes de los ácidos nucleicos, entre otros. Estas simulaciones permitirían evaluar como una primera aproximación la factibilidad de obtener diferentes derivados funcionales de los nanomateriales de carbono, aportando asimismo información valiosa sobre los esquemas básicos de reacción. Los resultados obtenidos permitirán realizar un trabajo más eficiente y deberán ser validados precisamente por la ejecución experimental de las reacciones estudiadas teóricamente. En este proyecto también se plantea realisar estudios de nuevos nanomateriales híbridos, (a parte de applicación de técnicas espectroscópicas:ir, raman, rmn, y espectrométricas (diferentes técnicas de espectrometría de masas), a través de la microscopía de tunelaje de barrido (stm) y de fuerza atómica (afm) con resolución molecular y atómica, que permitirá obtener la información más detallada e inambigua sobre las interacciones químicas entre los nanotubos de carbono y las biomoléculas, la distribución de estas moléculas sobre las paredes y puntas de nanotubos de carbono, y de esta forma averiguará experimentalmente la posibilidad de obtención de autoensamblaje de ellas sobre ntc. Los estudios que están planteados en este proyecto permitirán evaluar el poder predictivo de los métodos computacionales utilizados, y proponer las estrategias experimentales racionales para la modificación química de los nanotubos de carbono, necesaria para diferentes aplicaciones. El apoyo del papiit a través de este proyecto, nos permitiría fortalecer las investigaciones en nanomateriales de carbono que se realizan en la ciencia mexicana, mediante elaboración y publicación de nuevos resultados de la más alta calidad a nivel mundial. Una amplia applicación de técnicas microscópicas permitirá estudiar con detalles la morfología de las nanoestructuras que se formarán a través de modificaciones covalentes y no-covalentes de los nanotubos de carbono y los fullerenos, además de ayudar en analisis de carácterización de interacciones que mantendrán tales estructuras estables. Se buscará una alta variabilidad de autoensambles entre compuestos funcionales y nanomateriales de carbono.

Los estudios que están planteados en este proyecto permitirán evaluar el poder predictivo de los métodos computacionales utilizados, y proponer las estrategias experimentales racionales para la modificación química de los nanotubos de carbono con biomoleculas, necesaria para diferentes aplicaciones. El presente proyecto aplicará los métodos ecológicamente límpios (la técnica de funcionalización en fase de gas), para modificación química de ntc, que será una contribución importante a la química “verde” de ntc. Los planteados estudios de propiedades de sistemas obtenidos "nanomateriales de carbono funcionalisados con biomoleculas", a través de la microscopía de tunelaje de barrido (stm) y de fuerza atómica (afm) con resolución molecular y atómica, permitirá obtener la información más detallada e inambigua sobre las interacciones químicas entre los nanotubos de carbono y las biomoléculas, la distribución de estas moléculas sobre las paredes y puntas de nanotubos de carbono, y de esta forma averiguará experimentalmente la posibilidad de obtención de autoensamblaje de tales moléculas sobre ntc. Los resultados de investigaciones de interacciones entre los ntc y biomoleculas permitirán hacer contribución importante en tres temas más globales: la adsorción no-específica; resistencia a la adsorción de las proteínas; y bio-reconocimiento. El apoyo del papiit a través de este proyecto, permitirá fortalecer las investigaciones en nanomateriales de carbono que se realizan en la ciencia mexicana, mediante elaboración y publicación de nuevos resultados de la más alta calidad a nivel mundial. Los estudios planteados facilitarán el diseño de ntc biocompatibles, que se puede llegar a aplicar en médicina, y en el desarrollo de biosensores.