Funcionalización y caracterización de nanotubos de carbón multipared asociados con paclitaxel: fase 1-funcionalización covalente y caracterización
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2025-05
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Resumen
Los nanotubos de carbón multipared (MWCNT) son estructuras cilíndricas compuestas por varias capas concéntricas de grafeno, que desde su descubrimiento han sido objeto de investigación a nivel mundial debido a su amplia gama de aplicaciones biológicas. Sin embargo, su superficie inerte y baja dispersión en medios acuosos ha dificultado su aprovechamiento en sistemas biológicos; para superar estas limitaciones se ha recurrido a la funcionalización covalente, la cual es una estrategia que permite modificar químicamente la superficie de los MWCNT mediante la introducción de grupos funcionales oxigenados como carboxilos, hidroxilos, cetonas y ésteres. En este trabajo de investigación los MWCNT fueron funcionalizados teniendo en cuenta un diseño factorial 23 donde se evalúo el efecto de tres variables: tipo de agente oxidante HNO3 (+) /H2O2 (-), concentración del agente oxidante HNO3 (65% (+), 30% (-)), H2O2 (30% (+), 15% (-)) y temperatura de oxidación 100 °C (+) y 50 °C (-) en dos niveles superior (+) e inferior (-), evaluándose cuáles de las variables empleadas favorecieron la mayor introducción de grupos funcionales oxigenados sobre la superficie de los MWCNT. Los resultados obtenidos mediante microscopía electrónica de barrido (SEM) indicaron daños superficiales en los MWCNT tras su funcionalización; por medio del análisis realizado mediante espectroscopía infrarroja (IR) se logró identificar la presencia de grupos funcionales oxigenados (-OH, -COOH,-C=O, -COOR) sobre la superficie de los MWCNT y el análisis elemental realizado mediante espectroscopía de energía dispersiva (EDS) reveló el aumento estimado de oxígeno en los MWCNT tras su funcionalización. Por su parte, los valores bajos de conductividad obtenidos demostraron la pérdida de la integridad estructural y efectos en la red conjugada de electrones π de los MWCNT tras su funcionalización y, luego del análisis de potencial zeta, fue posible notar cómo aumentó la estabilidad y la dispersión de los MWCNT tras su oxidación; por otra parte, tras el ensayo de viabilidad celular, los MWCNT prístinos y oxidados mostraron un porcentaje de células viables superior al 70%, lo que indicó que no tuvieron un efecto citotóxico. Finalmente, cabe resaltar que, teniendo en cuenta los resultados obtenidos, las variables que favorecieron la funcionalización covalente de los MWCNT fueron una temperatura de 100 °C y el ácido nítrico como tipo de agente oxidante, y aunque no se evidenciaron diferencias estadísticamente significativas entre los experimentos tras la realización de un ANOVA factorial, el cálculo de los efectos principales permitió identificar tendencias claras de cómo ciertas variables ejercieron un mayor efecto en los resultados obtenidos.
Descripción
Abstract
Multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) are cylindrical structures composed of several concentric layers of graphene, which since their discovery have been the subject of worldwide research due to their wide range of biological applications. However, their inert surface and low dispersion in aqueous media has hindered their exploitation in biological systems; to overcome these limitations, covalent functionalization has been used, which is a strategy that allows to chemically modify the surface of MWCNTs by introducing oxygenated functional groups such as carboxyls, hydroxyls, ketones and esters. In this research work the MWCNTs were functionalized taking into account a factorial design 23 where the effect of three variables was evaluated: type of oxidizing agent HNO3 (+) /H2O2 (-), concentration of the oxidizing agent HNO3 (65% (+), 30% (-)), H2O2 (30% (+), 15% (-)) and oxidation temperature 100 °C (+) and 50 °C (-) in two levels upper (+) and lower (-), evaluating which of the variables used favored the greater introduction of oxygenated functional groups on the surface of MWCNTs. The results obtained by scanning electron microscopy (SEM) indicated surface damage on the MWCNTs after their functionalization; by means of the analysis performed by infrared spectroscopy (IR) it was possible to identify the presence of oxygenated functional groups (-OH, -COOH,-C=O, -COOR) on the MWCNTs surface and the elemental analysis performed by energy dispersive spectroscopy (EDS) revealed the estimated increase of oxygen on the MWCNTs after their functionalization. On the other hand, the low conductivity values obtained demonstrated the loss of structural integrity and effects on the conjugated π-electron network of MWCNTs after functionalization and, after zeta potential analysis, it was possible to notice how the stability and dispersion of MWCNTs increased after oxidation; on the other hand, after the cell viability assay, pristine and oxidized MWCNTs showed a percentage of viable cells higher than 70%, which indicated that they did not have a cytotoxic effect. Finally, it should be emphasized that, taking into account the results obtained, the variables that favored the covalent functionalization of MWCNTs were a temperature of 100 °C and nitric acid as the type of oxidizing agent, and although no statistically significant differences were evident between experiments after performing a factorial ANOVA, the calculation of the main effects allowed identifying clear trends of how certain variables exerted a greater effect on the results obtained.
Palabras clave
Nanotubos de carbón, Funcionalización covalente, Cáncer de mama, Paclitaxel
Keywords
Carbon nanotubes, Covalent functionalization, Breast cancer, Paclitaxel