Funcionalizacion-de-nanotubos-de-carbono-con-b-ciclodextrina-para-aplicaciones-en-farmacologa

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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO 
 
 
POSGRADO EN CIENCIA E INGENIERÍA DE MATERIALES 
 
 
 
 
“FUNCIONALIZACION DE NANOTUBOS DE CARBONO CON 
β-CICLODEXTRINA PARA APLICACIONES EN FARMACOLOGÍAˮ 
 
 
 
 
T E S I S 
 
QUE PARA OBTENER EL GRADO DE 
 
MAESTRO EN CIENCIA 
E INGENIERÍA DE MATERIALES 
 
 
 PRESENTA 
 
IQ. ELIZABETH DANAE GUERRA LÓPEZ 
 
 
 
 
 
Director de tesis: Dr. Gabriel Alonso Núñez 
 
 
 
 
 
Ensenada B.C. México 2013 
 
 
Ciencia e Ingeniería de Materiales 
 
UNAM – Dirección General de Bibliotecas 
Tesis Digitales 
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Centro de Nanociencias y Nanotecnología 
UNAM 
 
 
POSGRADO EN CIENCIA E INGENIERÍA DE MATERIALES 
 
 
Tesis: 
 
 
“FUNCIONALIZACIÓN DE NANOTUBOS DE CARBONO CON β-CICLODEXTRINA PARA 
APLICACIONES EN FARMACOLOGÍA” 
Tesis 
 
Que para obtener el título de: 
 
MAESTRO EN CIENCIAS EN: 
Ciencia e Ingeniería de los Materiales 
 
 
 
Presenta: 
Ing. Elizabeth Danae Guerra López 
 
Asesor: 
Dr. Gabriel Alonso Núñez 
 
 
 
Ensenada, Baja California. 
i 
 
ÍNDICE DE CONTENIDO 
 
 Página 
ÍNDICE DE CONTENIDO
 i 
LISTA DE FIGURAS
. iii 
LISTA DE TABLAS
.. vi 
RESUMEN
.. vii 
I. MARCO TEÓRICO
... 1 
 I.1. Biomateriales
. 1 
 I.2. Nanobiomateriales
 3 
 I.3. Nanotubos de Carbono
 4 
 I.4. Ciclodextrinas
 8 
 I.5. Algunas aplicaciones biomédicas de los Nanotubos de 
Carbono
. 
 
13 
 I.5.1. CNTs en entrega de fármacos
 13 
 I.5.2. Uso de CNTs para regeneración ósea
 15 
 I.5.3. Sensores basados en Nanotubos de 
Carbono
. 
 
17 
 I.6. Problemas de toxicidad asociados con los CNT
.. 18 
 I.7. Hidroxiapatita
 21 
 I.8. L-Cisteína
.. 23 
 I.9. Técnicas de Análisis y Caracterización
 25 
 I.9.1. Espectroscopia Infrarroja por Transformada de 
Fourier (FT-IR)
.. 
 
25 
 I.9.2. Microscopía Electrónica de Transmisión (TEM) y 
Microscopía Electrónica de Barrido (SEM)
 
 
26 
 I.9.3. Espectroscopia de Emisión Óptica de Plasma 
Acoplado Inductivamente (ICP-OES)
.. 
 
30 
 I.9.4. Análisis Termogravimétrico (TGA)
 34 
 
ii 
 
 Página 
II ANTECEDENTES
.. 36 
III. JUSTIFICACIÓN
. 37 
IV. HIPÓTESIS
. 41 
V. OBJETIVOS
 43 
 V.1. Objetivos Generales
. 43 
 V.2. Objetivos Particulares
.. 43 
VI. METODOLOGÍA EXPERIMENTAL
. 45 
 VI.1. Materiales y Equipo Menor
 45 
 VI.2. Procedimiento Experimental
.. 45 
 
 
VI.2.1. Funcionalización de Nanotubos de Carbono con 
Grupos Carboxílicos
 
 
45 
 VI.2.2. Derivación de Nanotubos de Carbono con β-
Ciclodextrina
. 
 
46 
 VI.2.3. Preparación del Fluido Fisiológico Simulado
 48 
 VI.2.4. Crecimiento de Hidroxiapatita
 50 
 VI.2.5. Generación de complejos de inclusión CNT-β-CD-
L-Cis
 
 
51 
 VI.3. Instrumentación
. 52 
VII. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
. 54 
 VII.1. Funcionalización y Caracterización de Nanotubos de 
Carbono con Grupos Carboxílicos
.. 
 
54 
 VII.2. Derivación y Caracterización de Nanotubos de Carbono 
con β-Ciclodextrina
.. 
 
59 
 VII.3. Crecimiento de Hidroxiapatita sobre Nanotubos de 
Carbono funcionalizados con β-Ciclodextrina
.. 
 
63 
 VII.4. Formación de complejos de inclusión de L-Cisteína en 
Nanotubos de Carbono funcionalizados con β-
Ciclodextrina
.. 
 
 
67 
VIII. CONCLUSIONES
... 71 
IX. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
.... 73 
iii 
 
LISTA DE FIGURAS 
 Página 
Figura 1 Estructura molecular de SWCNT y MWCNT
. 5 
Figura 2 Esquema representativo de las rutas seguidas para incrementar la 
solubilidad de los CNTs
.. 
 
6 
Figura 3 Esquema de la diversidad de funcionalizaciones de CNTs
. 7 
Figura 4 Representación esquemática de la interacción de los CNTs con las 
especies
 
 
8 
Figura 5 Sistema de liberación específica de fármacos basado en CNTs
.. 9 
Figura 6 Esquema que representa los defectos en los CNTs
. 10 
Figura 7 Estructura de la unidad de α-(1,4)-glucopiranosa que constituye a las 
CD
.. 
 
13 
Figura 8 Representación esquemática de las regiones hidrofílica e hidrofóbica 
de una molécula de ciclodextrina
.. 
14 
Figura 9 Ejemplo de formación de complejos en una CD
. 19 
Figura 10 Estructura jerárquica de los huesos en sus diferentes escalas de 
longitud
. 
 
22 
Figura 11 Estructura molecular de la hidroxiapatita
 22 
Figura 12 Molécula de L-Cisteína
.. 24 
Figura 13 Molécula de Cistina
 24 
Figura 14 Diagrama esquemático de un espectrofotómetro infrarrojo dispersivo. 
Figura 15 Interacciones entre los electrones y el material
.. 27 
Figura 16 Esquema que muestra las partes que componen un Microscopio 
Electrónico de Transmisión
.. 
 
28 
Figura 17 Estructura típica de un SEM
.. 29 
Figura 18 Sección transversal de una antorcha de ICP para representar la 
secuencia de encendido
 
 
32 
 
 
 
 
 
 
 
 
iv 
 
 
Página 
Figura 19 Diagrama esquemático de los principales componentes y diseño 
típico de un equipo ICP-OES
 
 
33 
Figura 20 Diagrama de la parte interna que compone un TGA
 35 
Figura 21 Funcionalización de MWCNTs con ácidos carboxílicos (MWCNT-
COOH)
...... 
 
38 
Figura 22 Estructuras de α-, β- y γ – Ciclodextrinas
 39 
Figura 23 Estructura y dimensiones geométricas aproximadas de las 
ciclodextrinas
.......... 
 
39 
Figura 24 Condiciones para la derivación de CNTs con CD
 40 
Figura 25 Funcionalización de CNT con grupos carboxílicos por oxidación con 
ácidos fuertes
. 
 
46 
Figura 26 Funcionalización de MWCNT-COOH con bromuro de tionilo y 
posterior derivación con β-
Ciclodextrina
. 
 
48 
Figura 27 Crecimiento de hidroxiapatita sobre la superficie de CNT-β-
Ciclodextrina
. 
 
51 
Figura 28 Formación de complejos de inclusión de CNT-β-CD y L-Cisteína
.. 51 
Figura 29 Representación de la metodología seguida para las diferentes etapas 
de funcionalización de CNTs y crecimiento de hidroxiapatita, así como 
para CNT-β-CD con L-Cisteína
. 
 
 
52 
Figura 30 Imagen de SEM de MWCNTs sintetizados por el método “spray-
pirolisis” utilizando ferroceno y benceno como precursores
. 
 
54 
Figura 31 Imágenes de SEM de CNTs funcionalizados con grupos carboxílicos, 
siguiendo un tratamiento ácido y sonicación
. 
 
55 
 Espectros obtenidos por Espectroscopia de Dispersión de Energía de 
Rayos-X para CNT sin modificary CNT funcionalizados con grupos 
carboxilo
 
 
 
55 
Figura 32 Espectros obtenidos por EDS para CNT sin modificar y CNT-
COOH
....... 
 
56 
v 
 
Página 
Figura 33 Gráficas de TGA tomadas para muestras de CNT y CNT-COOH
.. 57 
Figura 34 Espectros FT-IR comparativos de (a) CNT sin funcionalizar y (b) 
CNTs con tratamiento ácido
.. 
 
58 
Figura 35 Imágenes de SEM para muestras de CNTs funcionalizados con β-
Ciclodextrina
. 
 
59 
Figura 36 Imágenes de TEM para muestras de CNTs funcionalizados con β-
Ciclodextrina
. 
 
60 
Figura 37 Imágenes comparativas de TEM para muestras de CNTs no 
modificados y CNT funcionalizados con β-Ciclodextrina
.. 
60 
Figura 38 Diagrama de TGA para análisis de muestras de CNT-β-CD
 61 
Figura 39 Espectro obtenido por Espectroscopia FT-IR de CNT funcionalizados 
con β-Ciclodextrina
.. 
 
62 
Figura 40 Imágenes comparativas de SEM de CNT-β-CD después de haber 
sido inmersas en SBF durante 1, 2 y 3 semanas
... 
 
64 
Figura 41 Imágenes obtenidas con el microscopio electrónico de transmisión 
(TEM) de CNT-β-CD después de haber sido inmersas en SBF durante 
diferentes períodos de tiempo
. 
 
 
65 
Figura 42 Análisis por ICP-OES para la solución de SBF posterior a los períodos 
de evaluación
 
 
66 
Figura 43 Imágenes de SEM correspondientes a la funcionalización de a) CNT-
β-CD y b) CNT-β-CD después de dispersarse en una solución de L-
cisteína
.. 
 
 
67 
Figura 44 Curva de TGA obtenida para CNT-β-CD-L-cisteína
.. 68 
 Espectros de FT-IR obtenidos para dos muestras de CNT-β-CD, 
después de haber sido dispersados en soluciones de L-Cisteína de 
baja y alta concentración
.. 
 
 
70 
 
 
 
 
vi 
 
LISTA DE TABLAS 
 Página 
Tabla 1 Características básicas de los Biomateriales
.. 2 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
vii 
 
RESUMEN 
En este trabajo, nanotubos de carbono de multipared fueron oxidados y 
posteriormente funcionalizados con β-ciclodextrina, por medio de una acilación 
halogenada con bromuro de tionilo (SOBr2) y Dimetilformamida anhidra (DMF). El 
producto obtenido fue un material compuesto de nanotubos de carbono de 
multipared con β-ciclodextrina (CNT-β-CD) unida sobre la superficie externa de los 
nanotubos. Los cambios en la estructura de los nanotubos de carbono y la 
formación de grupos funcionales sobre su superficie fueron estudiados con 
diferentes técnicas, como Espectroscopia Infrarroja de Transformada de Fourier 
(FT-IR), Microscopía Electrónica de Transmisión (TEM), Microscopía Electrónica 
de Barrido (SEM) y Análisis Termogravimétrico (TGA). Los resultados muestran 
que tanto la longitud de los nanotubos de carbono como su superficie sufrieron un 
cambio. Asimismo, se demostró que la β-ciclodextrina se unió a la superficie de los 
nanotubos de carbono, formando una monocapa alrededor de éstos. Para 
comprobar la utilidad del material como plantilla para la precipitación química en la 
síntesis de hidroxiapatita en presencia de β-CD, se dispersaron los CNT-β-CD en 
fluidos fisiológicos simulados por períodos de 1, 2 y 3 semanas, esperando que las 
especies de Ca+2 y (PO4)
-3 presentes en el Fluido Fisiológico Simulado (SBF por 
sus siglas en inglés) se depositaran sobre la capa de β-CD que recubre a los 
nanotubos, y de esta manera formar hidroxiapatita anclada a la superficie de la β-
CD, la cual deberá fungir como matriz biocompatible. Las características 
morfológicas de esta nueva capa formada sobre el material, se evaluaron 
mediante SEM y TEM. Asimismo, se analizó el pH y la carga iónica de la solución 
SBF remanente, ésta última evaluada mediante Espectroscopia de Plasma 
Acoplado por Inducción (ICP-OES). Estos análisis revelan que no se llevó a cabo 
la producción de una capa de fosfato de calcio sobre la superficie de los CNT-β-
CD, debido a la incapacidad de la ciclodextrina de generar cargas parciales, que 
fungirían como sitios activos para la posterior deposición de iones de Ca+2, OH- y 
(PO4)
-3 provenientes del SBF. Por otro lado, con el fin de evaluar la capacidad de 
formación de complejos de este material, se dispersaron CNT-β-CD en dos 
soluciones de L-Cisteína, una de baja concentración y una de mayor 
viii 
 
concentración, ambas durante 3 días. Los resultados arrojados por SEM de la 
morfología externa de los CNT-β-CD son inconcluyentes, sin embargo, los análisis 
tomados con Espectroscopia FT-IR y TGA demuestran que se lograron formar 
complejos de inclusión entre la L-cisteína y la β-CD anclada a los CNTs, sirviendo 
como posible material con potencialidades de uso en el desarrollo de nuevos 
sensores biomoleculares, debido a las características conferidas por la sinergia 
entre los CNTs y la β-CD. 
 
1 
 
I. MARCO TEÓRICO 
I.1 Biomateriales 
 Existen muchas interpretaciones del término “biomaterial” pero, por definición, 
es una sustancia o combinación de sustancias, diferentes de los fármacos, de 
origen sintético o natural, las cuales pueden ser usadas por cualquier período de 
tiempo como un sustituto completo o parcial que trata, aumenta, o remplaza 
cualquier tejido, órgano o función del cuerpo [1]. Los científicos dedicados al 
campo de estudio de los biomateriales tienen por objetivo imitar esas funciones, 
aproximándose lo mayormente posible a la composición y morfología del tejido 
natural, haciendo uso de diversas técnicas [2]. 
 Los biomateriales tienen características específicas que los distinguen del 
resto de los materiales; combinan una serie de propiedades físicas, mecánicas, 
químicas y biológicas, de tal forma que su aplicación en ambientes fisiológicos sea 
segura, efectiva y confiable. Las características de los biomateriales difieren de un 
material a otro, dependiendo del tipo y aplicación a la que esté destinado (ver tabla 
1) [1]. 
 Además de los requisitos necesarios para su buen funcionamiento en 
ambientes fisiológicos, también deben ser considerados otros factores de los 
cuales dependerá el éxito del material, tales como: estabilidad durante el 
almacenamiento previo a la implantación, diseño de implante, técnicas quirúrgicas, 
período de aplicación, condiciones de salud y actividades del paciente. Asimismo, 
la selección del biomaterial es de suma importancia. Pueden estar constituidos de 
materiales biológicos, metálicos, poliméricos, cerámicos y combinaciones de 
éstos. 
 
 
 
 
 
2 
 
Tabla 1. Características básicas de los Biomateriales [1]. 
Características Aspectos importantes 
Biocompatibilidad Debe ser biológicamente compatible con el tejido 
receptor, es decir, no debe producir rechazo, 
inflamación ni respuestas inmunes. 
Refuerzo vascular Debe proveer canales para el abastecimiento de 
sangre, con el fin de asegurar que la regeneración 
sea saludable y rápida. 
No toxicidad No debe provocar toxicidad a los tejidos. 
No inmunogénico No debe suscitar respuestas inmunológicas a los 
tejidos. 
Corrosión No debe corroerse a temperatura corporal y pH 
fisiológico. 
Área superficial grande Para acomodar las células de alta densidad. 
Superficie modificable Para funcionalizar grupos químicos o 
biomoleculares que mejoren la adhesión tisular. 
Refuerzo 
mecánico adecuado 
 
Con el propósito de resistir estímulos in vivo. 
Esterilizable Para evitar la contaminación tóxica. 
 
 La ingeniería tisular y regenerativa tiene por objetivo desarrollar sustitutos 
biológicos que restauren, mantengan, o mejoren las funciones de tejidos u 
órganos dañados. Aunque la ingeniería de tejido y la medicina regenerativa han 
sido muy prometedoras en las últimas décadas, todavía es necesario llevar a cabo 
investigaciones que proporcionenmateriales alternativos que, finalmente, 
resuelvan los numerosos problemas asociados con los implantes tradicionales [3]. 
 
 
 
3 
 
I.2. Nanobiomateriales 
Hoy en día, la nanotecnología es de gran importancia para la medicina y biología 
molecular, debido a que los procesos vitales se mantienen por la acción de una 
serie de procesos biomoleculares, dentro de las células, a escala nanométrica. Por 
tal motivo, la nanotecnología ha dado lugar a la revolución dentro de muchas 
áreas importantes de la biología molecular y la medicina. 
 Existe una vasta variedad de biomateriales que se utilizan actualmente y otros 
que se encuentran en desarrollo para superar las deficiencias de los actuales y 
mejorar sus aplicaciones en el futuro. En este sentido, la nanotecnología ha 
surgido como una ciencia que se encarga de producir superficies, estructuras y 
materiales a nanoescala [4], mejor conocidos como nanomateriales, La 
convergencia de la nanotecnología, biología molecular y medicina, abre nuevas 
posibilidades para la detección y manipulación de átomos y moléculas utilizando 
dispositivos nanométricos [5]. 
 Los nanobiomateriales, son materiales con unidades estructurales básicas, 
como granos, partículas, fibras u otros constituyentes menores a 100 nm, en al 
menos una de sus dimensiones, y que son utilizados en aplicaciones biomédicas. 
Es importante mencionar que todos los tejidos duros y blandos del cuerpo humano 
contienen una amplia variedad de células alojadas en la matriz extracelular, la cual 
está estructurada a diferentes escalas, que van desde la macro a la nanométrica. 
 Para que un biomaterial sea considerado bionanomaterial, es importante que el 
material en cuestión tenga propiedades que lo distingan del material 
macroscópico. Con esta idea en mente, los avances hechos en áreas como 
farmacología y en terapia genética se han desarrollado potencialmente a escala 
nanométrica, logrando una mayor eficiencia en funcionalización y en entrega 
inteligente. La razón de esto es que muchos de los aspectos de compatibilidad de 
los biomateriales son controlados por sus características a escala nanométrica. 
Las interacciones entre las células y la superficie del biomaterial están mediadas 
por moléculas y estructuras que se encuentran en las membranas celulares dentro 
del citoplasma, el cual es muy sensible a los procesos de señalización, mismo que 
4 
 
se lleva a cabo a escalas muy pequeñas. El comportamiento de dichas células en 
la interfase con el biomaterial se encuentra profundamente influenciado por la 
nanotopografía [6]. Asimismo, las células pueden unirse y organizarse mejor 
alrededor de los biomateriales a escala nano que a escala micrométrica, debido a 
sus propiedades superficiales. Esto se debe a que los nanobiomateriales tienen 
mayor número de átomos y cristales en su superficie, lo que provee de mayor área 
superficial en relación al volumen, en comparación con los biomateriales 
convencionales a microescala, lo cual hace que la superficie de los 
nanobiomateriales sea más reactiva ante los cultivos celulares (en el caso de 
pruebas in vitro) y al tejido receptor (cuando es in vivo) y, por lo tanto, mejoran en 
gran medida la interacción entre las células y el material implantado. 
 Por lo anteriormente mencionado, los nanobiomateriales podrían ser la clave 
para resolver muchos de los problemas que los científicos involucrados en el 
desarrollo de biomateriales enfrentan hoy en día, ya que son los únicos materiales 
que pueden imitar el ambiente natural de las células y promover ciertas funciones, 
tales como adhesión, movilidad y diferenciación celular, encaminadas a obtener 
respuestas biológicas dirigidas a los tejidos receptores [4]. 
 
I.3. Nanotubos de Carbono 
En los últimos años, los nanotubos de carbono (CNTs por sus siglas en inglés) 
han despertado un creciente interés por parte de los científicos, debido a la 
combinación excepcional de sus propiedades mecánicas, térmicas, químicas y 
ópticas [7] definidas por su diámetro, longitud, quiralidad y giro [8]. 
 Un nanotubo ideal, puede ser considerado como una red hexagonal de átomos 
de carbono enrollados en forma de cilindro hueco. Estos cilindros huecos pueden 
medir decenas de micrómetros de longitud, pero con diámetros tan pequeños 
como 0.7 nm, con cada extremo del cilindro tapado con medio fullereno, es decir, 
seis pentágonos [9]. 
5 
 
 Hay dos tipos de nanotubos de carbono: los Nanotubos de Carbono de Pared 
Simple (SWCNTs por sus siglas en inglés), parecidos a una capa de lámina de 
grafeno enrollada sobre sí misma en forma de tubo, mientras que los Nanotubos 
de Carbono de Pared Múltiple (MWCNTs por sus siglas en inglés) están hechos 
de más de una capa, formando tubos concéntricos [10], tal como se muestra en la 
figura 1. 
 
Fig. 1. Estructura molecular de SWCNT (izq.) y MWCNT (der.) [11]. 
 
 Desde la primera vez que los CNTs fueron reportados, en 1991 por el científico 
japonés Sumio Iijima [11], se han llevado a cabo diversos estudios enfocados en 
áreas muy versátiles, que van desde la electrónica, óptica y catálisis, hasta la 
medicina y biología [7], ya que también se pueden usar para producir compositos 
con diferentes materiales, mejorando las propiedades y ampliando las 
expectativas de uso en estos campos de estudio. Sin embargo, debido a que los 
CNTs son grandes moléculas con miles de átomos de carbono en un sistema 
aromático deslocalizado, son prácticamente insolubles en todos los solventes y, 
por consiguiente, difíciles de manejar [12], siendo este el mayor obstáculo para su 
uso en áreas como la nanomedicina. Por ello, en los últimos años se ha buscado 
la forma de desarrollar rutas químicas que permitan su funcionalización, con el 
objetivo de aumentar su solubilidad y mejorar su biocompatibilidad [11]. El proceso 
de funcionalización de los CNTs implica la ruptura selectiva de enlaces C=C, para 
ello es común recurrir a la oxidación química, resultando en la formación de 
grupos carboxílicos, que después son utilizados como sitios activos para 
posteriores reacciones químicas [13]. 
 
6 
 
 A la fecha, existen muchas estrategias basadas en adsorciones no covalentes o 
en enlaces covalentes, desarrolladas para funcionalizar los CNTs. Para los 
métodos no covalentes, se han utilizado agentes aniónicos, catiónicos y 
surfactantes no iónicos. De igual manera, se sabe del uso de polímeros, 
biomacromoléculas y dendrímeros. Sin embargo, la afinidad de enlace entre estos 
agentes y la superficie de los CNTs no ha sido suficientemente fuerte debido a la 
interacción no covalente, de tal forma que el carácter hidrofílico y la habilidad para 
dispersarse en medios acuosos aún no son suficientes para su uso en 
aplicaciones biomédicas; en consecuencia, es necesario funcionalizar los CNTs 
con enlaces covalentes para mejorar su interacción en diferentes ambientes 
químicos [7]. 
 
Fig. 2. Esquema representativo de las rutas seguidas para incrementar la solubilidad de los CNTs. 
A) Enlaces covalentes en paredes laterales. B) Enlaces covalentes en los defectos o en puntas 
abiertas. C) Encapsulación no covalente de surfactantes. D) Adsorción de polímeros sobre la 
superficie del CNT. 
 
7 
 
 Se han descubierto diversas metodologías para modificar la superficie de los 
CNTs. Una de las más utilizadas actualmente, es la oxidación por medio de ácidos 
fuertes, dando como resultado una disminución de la longitud del CNT y la 
generación de grupos carboxílicos, lo cual aumenta su capacidad de dispersión en 
soluciones acuosas. Alternativamente, las reacciones de adición en las paredes 
externas y los extremos, le proporcionan a los CNTs la capacidad de dispersarse 
de manera más uniforme en diferentes solventes polares. 
 
Fig. 3. Esquema de la diversidad de funcionalizaciones de CNTs, ya sea en los extremos o las 
paredes laterales.Los métodos incluyen (1) Reflujo en ácido para abrir los extremos. (2) Adición de 
especies químicas reactivas, como fluoración, a la que podría seguirle (3) Amidación y (4) la unión 
de grupos biológicamente importantes, tales como aminoácidos y proteínas [13]. 
 
 Cabe recalcar que la solubilidad en condiciones fisiológicas es fundamental en 
la biocompatibilidad de los CNTs. Una vez que éstos han sido funcionalizados 
8 
 
pueden ser ligados a una amplia variedad de moléculas activas, tales como 
péptidos, proteínas, ácidos nucléicos y otros agentes terapéuticos [14], 
aportándoles propiedades para diversas aplicaciones en medicina, incluyendo el 
diagnóstico y tratamientos contra el cáncer, enfermedades infecciosas, 
desórdenes del sistema nervioso central e ingeniería de tejido. 
 
 En investigaciones anteriores se ha comprobado que los nanotubos de carbono 
pueden dispersarse eficientemente cuando son funcionalizados con ciclodextrinas, 
ya que éstas se adsorben en la superficie de los nanotubos por medio de fuerzas 
de Van der Waals y enlaces de hidrógeno propiciados por las interacciones entre 
moléculas de ciclodextrina adyacentes, formando complejos de CNT-CD. Estos 
compositos pueden servir como excelentes agentes en la construcción de 
electrodos basados en CNTs y CD [15], o como agentes que promueven la 
formación de complejos de inclusión en la cavidad de la ciclodextrina. 
 
I.4. Ciclodextrinas 
Las ciclodextrinas se han venido estudiando desde hace casi cien años. En 1881, 
fueron producidas por primera vez por Villiers, por la digestión de almidón con 
Bacillus amylobacter, pero no fue sino hasta 1903 cuando Schardinger demostró 
la estructura cíclica de estos compuestos [16]. 
 
 
 
 
 
Fig. 4. Estructura de la unidad de α-(1,4)-glucopiranosa que constitute a las CD [17]. 
 
n=6, α-CD 
n=7, β-CD 
n=8, γ-CD 
9 
 
 Las ciclodextrinas son una familia de oligosacáridos cíclicos, compuestos de 
seis (α-ciclodextrina), siete (β-ciclodextrina), ocho (γ-ciclodextrina) o más unidades 
de glucopiranosa, unidas por enlaces α-(1,4) [18]. Este tipo de enlace, también 
conocido como enlace glicosídico, es un tipo de enlace covalente que une una 
molécula de hidrato de carbono (azúcar) a otro grupo, que puede ser otro hidrato 
de carbono. 
 
 Las estructuras de las ciclodextrinas han sido estudiadas por difracción de 
rayos X. Los grupos hidroxilo de una de las unidades glucopiranosas del C2 
forman un enlace de hidrógeno con el grupo –OH de la unidad glucopiranosa del 
C3 adyacente. En la molécula de β-ciclodextrina se produce un anillo secundario, 
conformado por estos enlaces de hidrógeno, lo que hace que esta molécula en 
particular sea una estructura rígida. Este enlace intramolecular de hidrógeno 
probablemente sea la explicación de que la β-ciclodextrina sea la ciclodextrina 
menos soluble en agua [19]. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 5. Representación esquemática de las regiones hidrofílica e hidrofóbica de una molécula de 
ciclodextrina [19], [20]. 
 
 
 Como resultado de la conformación de las unidades glucopiranosas, los grupos 
hidroxilo secundarios, situados en los carbonos C2 y C3 quedan dirigidos hacia el 
borde más ancho del cono truncado, mientras que los grupos hidroxilo primarios, 
Cavidad 
apolar 
Hidroxilos 
secundarios 
Hidroxilos 
primarios 
10 
 
enlazados al carbono C6 quedan orientados hacia el borde más estrecho del cono. 
Por consiguiente, los hidrógenos correspondientes a los carbonos apolares C5 y 
C3 y los oxígenos del grupo éter se encuentran en el interior del anillo [18], 
proporcionándole un carácter altamente hidrofóbico y apolar. Así, todos los grupos 
hidrofílicos se ubican alrededor de las aberturas de la cavidad y orientados hacia 
afuera, es decir, la molécula de ciclodextrina presenta un revestimiento externo de 
naturaleza altamente hidrofílica, que puede ser disuelta en agua, y una cavidad 
apolar, que provee de una matriz hidrofóbica, tal como se muestra en la figura 8. 
 
 El principal interés en el estudio de las ciclodextrinas se enfoca en su habilidad 
de formar complejos con una gran variedad de iones, radicales o moléculas 
sólidas, líquidas o gaseosas, las cuales quedan atrapadas dentro de la cavidad 
apolar [16]. 
 
 En estos complejos, una molécula huésped es alojada dentro de la cavidad de 
la ciclodextrina, misma que provee de un microambiente, en el cual las especies 
no polares de tamaño adecuado pueden entrar y formar complejos (ver figura 6). 
 
 
Fig. 6. Ejemplo de formación de complejos en una CD, donde el p-xileno es la molécula huésped y 
los círculos representan las moléculas de agua [19]. 
 
 Durante la inclusión de complejos no hay rompimiento ni formación de enlaces 
covalentes, sino que una molécula de agua es desplazada del interior de la 
cavidad por una o más moléculas hidrofóbicas presentes en la solución, dando 
11 
 
lugar a una asociación apolar-apolar y una disminución en la tensión superficial del 
anillo de ciclodextrina, que resulta en un estado de energía más bajo, es decir más 
estable, en consecuencia, es posible sustituir estas moléculas por moléculas 
“huésped” apropiadas, las cuales son menos polares que el agua [10]. 
 
 Por muchas razones (precio, disponibilidad, aprobación por parte de la FDA, 
dimensiones de su cavidad, etc.) la β-CD es la CD más importante, ya que 
representa el 95% de todas las CDs producidas y consumidas en el mundo. Sin 
embargo, su baja solubilidad inusual (y la de la mayoría de los complejos que 
forma) es una barrera para su amplia utilización. Afortunadamente, mediante 
modificaciones enzimáticas o químicas, la solubilidad de todas las CDs puede ser 
mejorada, por ejemplo, la β-CD puede ser mejorada de 18 g/L a 500 g/L en 
soluciones acuosas [10]. 
 
 Debido a la naturaleza química de las ciclodextrinas, se han podido sintetizar 
diversos derivados, usualmente producidos por aminaciones, esterificaciones o 
eterificaciones de los grupos hidroxilos primarios y secundarios de la ciclodextrina. 
Dependiendo del sustituyente, la solubilidad de los derivados de la ciclodextrina 
diferirá de la solubilidad misma de la ciclodextrina sin modificar. Prácticamente, 
todos los derivados provocan un cambio en el volumen de la cavidad hidrofóbica, 
mejorando la solubilidad y estabilidad ante la luz o el oxígeno, además de ayudar 
en el control de la actividad química de las moléculas atrapadas dentro de la 
ciclodextrina [18]. 
 
 Gracias a la formación de complejos con las moléculas huésped, algunos de 
los usos más comunes de las CD se dan en el área de la farmacología, los cuales 
son [10]: 
• Mejora de la biodisponibilidad de formulaciones sólidas o semisólidas. 
• Incrementa la estabilidad y prolonga la vida de la formulación. 
• Reduce los efectos secundarios. 
• Produce polvos uniformes, fáciles de manejar inclusive a partir de líquidos. 
12 
 
• Es posible producir soluciones inyectables acuosas a partir de fármacos 
con una solubilidad escasa. 
 Sin embargo, hablar sólo de las numerosas ventajas que tienen las CD puede 
ser algo engañoso, ya que existen algunos factores que restringen el uso de las 
CD en la formación de complejos. Debido a esto, no todas las moléculas son aptas 
para este propósito. Las condiciones generales previas para obtener una exitosa 
formación de complejos de fármaco-CD se mencionan a continuación [10]: 
• La molécula debe tener más de 5 átomos (C, P, S, N) para formar el 
esqueleto del complejo. 
• Solubilidad en agua menor a 10 mg/mL 
• Temperatura de fusión por debajo de los 250°C, de lo contrario, las fuerzas 
de cohesión entre las moléculas serían muy fuertes. 
• La molécula debe consistir de menos de 5 anillos condensados. 
• Peso molecular entre 100 y 400 g/mol (con una molécula más pequeña, el 
contenido de fármaco dentro del complejo sería muypoco, mientras que las 
moléculas más grandes no caben dentro de la cavidad de la CD) 
• En el caso de los complejos fármaco-CD, la relación entre la dosis 
requerida y el peso molecular de la CD determinará la factibilidad de la 
administración oral del complejo formado [19]. 
 
 Estas propiedades han dado pie a un creciente interés en el estudio de las 
ciclodextrinas y ciclodextrinas modificadas para su aplicación en diversos campos, 
como en alimentos, farmacéutica, agricultura y técnicas cromatográficas [18]. Los 
avances hechos en el estudio de las ciclodextrinas han dado lugar a mejores 
técnicas de síntesis de estos compuestos, resultando en una reducción 
considerable de costos y en una mayor pureza para su uso en farmacéutica y 
biomedicina. 
 
 
13 
 
I.5. Algunas aplicaciones biomédicas de los Nanotubos de Carbono 
I.5.1. CNTs en entrega de fármacos 
El uso de los CNTs como excipientes de medicamentos ha tomado gran interés, 
dada su capacidad para interactuar con macromoléculas, tales como proteínas y 
ADN [21], además de muchas otras moléculas igualmente benéficas, como 
péptidos y ácidos nucléicos [22]. Las características deseables para que un 
sistema de liberación de fármacos sea eficiente, incluyen su capacidad para llevar 
a cabo la entrega controlada y selectiva del medicamento, cualidad que ha sido 
hallada en los CNTs. 
 Existen tres métodos de interacción posibles para liberación de fármacos entre 
los CNTs y los componentes farmacológicamente activos. El primer método de 
interacción consiste en actuar como absorbente poroso para atrapar los 
componentes, ya sea dentro de la “malla” que conforma la red estructural de los 
CNTs, o entre los paquetes formados por muchos nanotubos (fig. 7A). La segunda 
forma de interacción es a través de la unión del compuesto sobre las paredes 
exteriores del CNT por la adición de grupos funcionales (fig. 7B). La tercera 
aproximación involucra el uso de los canales del CNT como un nanocatéter, es 
decir como un dispositivo nanométrico de forma tubular que sirva como sonda 
para llevar fármacos hacia el interior de los tejidos o venas (fig. 7C) [21]. 
 
Fig. 7. Representación esquemática de la interacción de los CNTs con las especies. (A) Paquetes 
de CNTs como matriz porosa para el encapsulamiento de moléculas de fármacos entre los surcos 
de CNTs individuales. (B) Especies unidas al exterior del CNT, ya sea por enlaces covalente o por 
interacción hidrofóbica de las especies. (C) Encapsulamiento de las especies dentro del nanocanal 
interno del CNT [21]. 
 
14 
 
 Recientemente, nuevos sistemas de liberación de fármacos específicos (DDS 
por sus siglas en inglés), basados en SWCNT, han sido desarrollados. Estos 
sistemas de entrega de fármacos generalmente consisten de tres partes: los CNTs 
funcionalizados, ligandos selectivos de tumor y los fármacos anticancerígenos. 
Cuando los DDS interactúan con las células cancerígenas, pueden reconocer los 
ligandos receptores específicos del cáncer sobre la superficie de la célula y 
después inducir la endocitosis mediada por un receptor (ver figura 8). Las pruebas 
demostraron que el complejo fue recolectado eficientemente y específicamente 
por las células cancerígenas, consecuentemente se liberaron los agentes 
quimioterapéuticos dentro de la célula, lo cual suprimió la proliferación de células 
cancerígenas de una forma más efectiva que con otras formas tradicionales de 
control no específico conteniendo el mismo fármaco. Por otro lado, se observó que 
la citotoxicidad disminuyó en cierta medida y, por lo tanto, los efectos secundarios 
graves y perjudiciales podrían ser evitados [22]. 
 
 
Fig. 8. Sistema de liberación específica de fármacos basado en: CNTs, el fármaco y los ligandos 
del tumor. Cuando el DDS es administrado, éste puede reconocer receptores específicos sobre la 
superficie de la célula cancerígena y atravesar la membrana celular por endocitosis [22]. 
 
 
 Sin embargo, los resultados obtenidos de esta investigación, muestran que se 
han detectado principalmente las células tumorales in vitro y no en modelos 
15 
 
animales in vivo. Por lo tanto, será necesario el aporte de nuevas investigaciones, 
donde la especificidad de los CNTs ligados al tumor y su eficacia antitumoral in 
vivo sean estudiados [22]. 
 
I.5.2. Uso de CNTs para regeneración ósea 
Los huesos, son tejidos duros que proveen refuerzo mecánico a nuestro cuerpo, 
protegen los órganos internos y además se encargan de producir y almacenar las 
células sanguíneas en la médula ósea. Cuando se busca diseñar un material para 
ser utilizado como andamio o “scaffold” óseo, uno de los criterios más importantes 
que deben ser considerados son las propiedades mecánicas del material. 
Tomando en cuenta la resistencia mecánica de los CNTs, es natural que en los 
últimos años haya incrementado el número de estudios enfocados en el uso de 
nanoestructuras de carbono como agentes de refuerzo en materiales compositos, 
especialmente para su aplicación como andamios óseos. Esto se debe en parte a 
que los scaffolds que son utilizados actualmente en ortopedia, compuestos de 
materiales metálicos o cerámicos como el titanio, acero inoxidable, alúmina, por 
mencionar algunos [23], tienen un tiempo de vida promedio de tan sólo 10 a 15 
años, por lo que la modificación de la superficie de los implantes metálicos se 
vuelve necesaria para promover el crecimiento de nuevo tejido óseo. Una de las 
razones por las que suelen llegar a fallar los implantes ortopédicos modernos se 
debe a la falta de integración del material implantado en el hueso yuxtapuesto [24]. 
En este sentido, los CNTs funcionan como scaffolds más ligeros, ya que son 
menos densos pero al mismo tiempo proveen una alta resistencia mecánica. 
Asimismo, los CNTs son muy flexibles y tienen un módulo de Young elevado, 
equivalente a una adecuada rigidez, en el rango de terapascales (TPa). 
 Como se mencionó anteriormente, los CNTs pueden ser funcionalizados con 
diferentes grupos para mejorar su biocompatibilidad y/o sus propiedades 
mecánicas [23]. De igual manera, se pueden diseñar estructuras que imiten la fase 
nanométrica inicial de los constituyentes de los huesos, tales como la 
hidroxiapatita y el colágeno. Asimismo, las funciones celulares de los huesos son 
16 
 
estimuladas con corriente eléctrica y, por lo tanto, los nanomateriales conductores, 
como los CNTs, pueden desempeñar un papel importante al favorecer la actividad 
de osteoblastos (células encargadas de producir tejido óseo nuevo) [24]. 
 Al usar sustratos basados en CNTs, se ha demostrado que se ve favorecido el 
crecimiento de osteoblastos [24]; los cuales son células inmaduras que, una vez 
alcanzada su madurez, se les asocia a la producción de tejido óseo [25]. Debido a 
que los CNTs no son biodegradables, se comportan como una matriz inerte sobre 
la cual las células pueden proliferar y depositar nueva materia viva, 
transformándose progresivamente en hueso normal y funcional. El uso de CNTs 
como materiales idóneos para andamios en el desarrollo y formación de tejido 
óseo, se determinó experimentando con líneas de células osteoblásticas de 
osteosarcoma ROS 17/2.8, éstas son un cultivo de células totalmente maduradas 
que producen la matriz mineralizada [26], se utilizan principalmente para el estudio 
de diferenciación de osteoclastos [27], las células fueron cultivadas sobre 
SWCNTs y MWCNTs modificados. Los CNTs portadores de carga eléctrica neutra 
presentaron el mayor crecimiento celular y producción de cristales con forma de 
placas. También se observó un cambio dramático en la morfología celular de los 
osteoblastos que fueron cultivados sobre MWCNTs, lo cual está relacionado con 
los cambios en las funciones de la membrana plasmática [26]. 
 Los CNTs han servido en diversos campos como compositos que dan la pauta 
para el desarrollo de materialesaltamente funcionales. Además, existe un interés 
latente en la aplicación de los CNTs como biomateriales, particularmente en 
aquellos que se encuentran en contacto directo con los huesos, como las prótesis 
para artroplastia, placas o tornillos de fijación en casos de fractura y como 
andamiaje para regeneración ósea. De igual forma, se prevé que el uso de CNTs 
como biomaterial aplicado en tejido óseo pueda mejorar las propiedades 
mecánicas y promover la regeneración tisular al actuar como andamios [24]. 
 
 
 
 
17 
 
I.5.3. Sensores basados en Nanotubos de Carbono 
Como resultado de su estructura cuasi unidimensional (1D) y sus propiedades 
electrónicas únicas, los CNTs se han vuelto candidatos atractivos para 
aplicaciones en el área de electrónica molecular, ya que se comportan como 
metales o semiconductores, proveyendo los elementos necesarios que conforman 
un circuito electrónico. Debido a dichas propiedades, particularmente su 
estabilidad química [28], gran área superficial y estructura atómica, los CNTs son 
excelentes candidatos como sensores en nanoescala, debido a que son altamente 
sensibles a los ambientes químicos [29]. 
 El principio de funcionamiento de un sensor químico se basa simplemente en el 
cambio en la resistencia en respuesta a la unión de analitos. Entre las ventajas 
que se derivan del uso de resistores químicos, se encuentran el bajo consumo de 
energía y la facilidad de llevar a cabo mediciones de alta precisión. Muchos 
materiales han sido utilizados como sensores de gases, incluyendo óxidos 
metálicos, semiconductores orgánicos y CNTs y sus conjugados. Actualmente los 
más utilizados son los óxidos metálicos. Sin embargo, las aplicaciones biológicas 
de los CNTs como dispositivos biosensores han capturado la atención de los 
investigadores, por lo que se han llevado a cabo numerosos estudios en este 
campo, especialmente en el desarrollo de CNTs como sensores biológicos y 
químicos [28]. 
 Como idea fundamental, se ha estudiado la forma de inmovilizar biomoléculas 
en la superficie de los CNTs, asimismo se busca lograr la conjugación de 
proteínas con CNTs. En el campo de biotecnología, se han usado para un 
sinnúmero de aplicaciones que van desde la inmovilización de enzimas hasta el 
desarrollo de sistemas de liberación de agentes anticancerígenos [28]. 
 
 Actualmente, los CNTs se consideran un material ideal para uso en una 
variedad de aplicaciones que se extiende rápidamente. Además de ser un material 
apto para la liberación de fármacos y como sensores, los CNT también exhiben 
propiedades útiles en otros campos de la medicina, por lo que en los últimos años 
18 
 
se ha estudiado su aplicación en el área de diagnóstico de cáncer, quimioterapia 
dirigida, terapia térmica, terapia fotodinámica y terapia genética [22]. Las 
características de los CNTs ligadas a aplicaciones biomédicas son producto de su 
capacidad de penetrar membranas biológicas [11] por endocitosis u otros 
mecanismos [22]. De igual manera, su combinación con macromoléculas como 
las ciclodextrinas, derivan en una mayor solubilidad y capacidad de interactuar con 
los sistemas biológicos. Por lo anterior, se han hecho muchos esfuerzos para 
comprender totalmente las aplicaciones de este nuevo material, ya que se ha 
demostrado que también puede utilizarse como nanomatriz para el control sobre la 
síntesis de otras nanoestructuras [30]. 
 Se espera que investigaciones futuras en este ámbito tengan un impacto en 
biomedicina como biosensores avanzados, medios de diagnóstico y sistemas de 
administración de fármacos, una vez que las cuestiones de biocompatibilidad y 
toxicidad sean resueltas [28]. 
 
I.6. Problemas de toxicidad en la aplicación de CNT en sistemas biológicos 
Sin duda, los CNTs han emergido como un área innovadora de la medicina, que 
podrían traer estrategias revolucionaras para resolver muchos de las 
enfermedades para las que actualmente no existe un tratamiento [31]. 
 
 Los CNTs han sido propuestos para aplicaciones en medicina principalmente 
por las siguientes razones: 
• Habilidad para ser funcionalizados con otras especies químicas, ya sea con 
enlaces covalentes o no covalentes. 
• Estructura geométrica y la proporción entre su longitud y diámetro, lo cual 
permite la penetración en la célula [13]. 
 
 A pesar de las notables características anteriormente mencionadas para 
aplicaciones en el área de la medicina, la toxicidad de los CNTs, tanto de los 
SWCNTs como de los MWCNTs, es una cuestión de gran importancia. Según los 
estudios sobre la toxicidad de los CNT (in vivo o in vitro), ésta se le ha atribuido a 
19 
 
diversos factores, por ejemplo su longitud, tipo de funcionalización, concentración, 
tiempo de exposición, método de exposición e incluso el agente dispersante 
utilizado para solubilizar los CNTs; sin embargo muchos estudios han sugerido 
que tales características son infundadas. Todas estas inconsistencias parecen 
surgir, en gran parte, debido a las diferencias en el protocolo de investigación 
seguido, por lo que muchos de los aspectos relacionados con la toxicidad de los 
CNT aún son inciertos y requieren de investigación adicional [13]. 
 
 La mayoría de las metodologías de funcionalización dependen de la presencia 
de defectos, tanto neutrales como de carga, a lo largo de la morfología de los 
CNTs, lo cual determina que las reacciones se lleven a cabo [13]. 
 
 
Fig. 9. Esquema que representa los defectos en los CNTs que juegan un papel importante en la 
interacción con el ambiente y que pueden estar implicados en la toxicidad [13]. 
 
 
20 
 
 En la figura 9 se muestra un esquema general de la relación que tienen los 
defectos estructurales con la toxicidad celular. Defectos intersticiales y de 
vacancias, anillos no hexagonales (como los pares pentágono-heptágono, 
conocidos como defectos de Stone-Wales), defectos de rehibridización, en 
términos de electroquímica de los CNTs, han sido considerados como posibles 
sitios de unión con agentes biológicos, tales como péptidos y enzimas. La 
transferencia de electrones entre los CNTs y la solución también puede promover 
la generación in situ de especies altamente reactivas, asimismo puede llegar a 
modificar la polaridad local y el carácter hidrofóbico/hidrofílico. Esto puede suceder 
una vez que se aplique corriente constante a un electrodo hecho a base de CNTs 
[13]. 
 
 Se estima que existe entre 1% y 3% de probabilidad de encontrar anillos no 
hexagonales distribuidos al azar a lo largo de la superficie de un CNT, en una 
longitud de 4 μm. Asimismo, se puede presentar un déficit o un exceso de carga 
en anillos con número impar de miembros, que resulta en la desviación de 
neutralidad. Aunque la modulación de dicha carga se ha aprovechado para otras 
aplicaciones de interés, los estudios han demostrado que el tipo de carga y la 
densidad de carga en un CNT funcionalizado afectan directamente en la 
interacción celular; por ejemplo, la cantidad y fuerza con que las hebras de ADN 
se unen al CNT dependen de la densidad de carga de éste último, la cual varía 
directamente con el método de producción seguido [13]. 
 
 Por otro lado, también se ha observado que los defectos externos, como los 
residuos de catalizadores, pueden ser perjudiciales para las aplicaciones 
biomédicas. Debido a que los catalizadores de Fe y Ni son utilizados en la 
producción de CNTs, éstos pueden llegar a constituir entre 25% a 40% en peso de 
los CNTs. Éstos metales se encuentran embebidos y pueden llegar a suscitar 
reacciones de oxidación en las células y tejidos, debido a la generación de 
radicales libres. Estas especies oxidativas generadas durante el proceso 
inflamatorio natural pueden interactuar con los metales de transición, 
21 
 
desencadenando todo un proceso de reducción-oxidación, agotando los 
antioxidantes endógenos ydañando los tejidos [13]. 
 
 De acuerdo a diversos estudios realizados, se ha llegado a la conclusión de 
que es sumamente necesario llevar a cabo investigaciones adicionales que 
conlleven a un uso predecible y adecuado de los CNTs, ya que los trabajos y 
metodologías existentes hoy en día coinciden en que, los problemas de seguridad 
asociados al uso de CNTs en sistemas biológicos, se pueden enfrentar si se 
ponen en perspectiva todos los peligros hasta ahora conocidos. En este sentido, 
una persona promedio consume un estimado de 5,000 a 3,000,000 partículas/cm3 
diariamente, debido a la presencia de nanopartículas en el medio ambiente. En 
este contexto, si la dosis sistémica de CNTs se ajusta a dicho estimado, entonces 
los reportes de toxicidad de riesgo biológico actuales pudieran parecer 
sobreestimados. Sólo a través de una comparación relativamente real se pueden 
comprender los peligros de la administración de fármacos por CNTs, en 
comparación con otras opciones de tratamiento. Si las preguntas planteadas hasta 
la fecha pueden obtener una respuesta satisfactoria, entonces el uso de 
nanotubos de carbono en biomedicina, de hecho, puede ser factible [13]. 
 
I.7. Hidroxiapatita 
El hueso es un material compuesto, posee una parte orgánica y una inorgánica, su 
composición consiste en fibras de colágeno en las cuales se encuentran 
embebidos materiales inorgánicos bien organizados, de estructura nanocristalina, 
semejantes a rodillos con un tamaño promedio de 25 a 50 nm. Tal como se ilustra 
en la figura 10, el ordenamiento estructural de los huesos se da a diferentes 
escalas, lo que refleja el tipo de material y las propiedades mecánicas de sus 
componentes. 
22 
 
 
Fig. 10. Estructura jerárquica de los huesos en sus diferentes escalas de longitud. La 
microestructura del hueso cortical consta de osteomas con conductos de Havers y lamelas, a 
nanoescala, las unidades estructurales son las fibras de colágeno compuestas de paquetes de 
fibrillas de colágeno mineralizadas [32]. 
 
 Dentro de las diferentes formas de fosfatos de calcio, la hidroxiapatita (HAp), 
con fórmula química Ca10(PO4)6(OH)2, es un material que se asemeja 
químicamente a los compuestos inorgánicos de la matriz ósea, la cual es un tejido 
tisular muy complejo. Los cristales de hidroxiapatita tienen forma de varas finas, de 
unos 3 nm de espesor y hasta 60 nm de largo. Este material, además de ser el 
componente principal de los huesos, el esmalte dental y la dentina, tiene la 
habilidad de actuar como andamiaje pasivo, apoyando la nueva formación y 
crecimiento del hueso, es decir, tiene la propiedad de ser un buen osteoconductor, 
no presenta toxicidad y tiene muy buena estabilidad química. 
 
Fig. 11. Estructura molecular de la hidroxiapatita. 
23 
 
 En las últimas décadas, HAp sintética ha sido ampliamente utilizada en 
diversas aplicaciones biomédicas, incluyendo matrices para la liberación 
controlada de fármacos y en ingeniería de materiales como sustituto óseo. La gran 
similitud entre la HAp y el hueso natural ha sido la principal razón de que se lleven 
a cabo extensas investigaciones para llegar a utilizar la HAp sintética como 
sustituto y/o remplazo en aplicaciones biomédicas, ya que muestra excelente 
biocompatibilidad con los tejidos blandos, como la piel, los músculos y las encías, 
por lo que es en un candidato ideal para implantes ortopédicos y dentales [32]. Sin 
embargo, la naturaleza quebradiza de la HAp impide sus aplicaciones clínicas 
cuando se requieren condiciones de carga, ya que no tiene buena resistencia. Por 
lo tanto, se vuelve necesario combinarla con materiales constituyentes 
secundarios, con el fin de mejorar sus propiedades mecánicas [33]. 
 En la naturaleza, el crecimiento y nucleación de materiales minerales suelen ser 
controlados por macromoléculas orgánicas, como los polisacáridos, los cuales 
actúan como una matriz orgánica que se encarga de manipular la formación de 
apatita dentro de la microestructura, volviendo a la HAp factible para su uso bajo 
condiciones mecánicas. 
 En la actualidad, las investigaciones en nanociencia y nanotecnología han 
enfocado su interés en estudiar la formación de hidroxiapatita en la escala 
nanométrica, utilizando macromoléculas como plantilla para el control de la 
geometría, con el fin de producir hidroxiapatita lo más posiblemente similar a la 
encontrada en el organismo. Asimismo, su estudio también se enfoca en definir 
claramente sus propiedades a esta escala y lograr mejorar los dispositivos y 
técnicas que son utilizados actualmente en biomedicina. 
 
I.8. L-Cisteína 
La L-cisteína (ácido 2-amino-3-mercaptopropanoico), es un aminoácido, como su 
nombre lo indica, es una molécula orgánica con un grupo amino (-NH2) y un grupo 
carboxilo (-COOH). Se consideran los bloques de construcción fundamentales a 
24 
 
partir de los cuales se forman en nuestros cuerpos aproximadamente 100 000 
proteínas [34]. 
 
Fig. 12 Molécula de L-Cisteína. 
 
 La L-Cisteína (L-Cis), cuya fórmula química es HS-CH2-CH-NH2-COOH, 
contiene un grupo tiol dentro de su estructura, el cual juega un papel importante en 
muchas funciones biológicas, tales como el doblamiento de proteínas. La 
deficiencia de cisteína se asocia con diferentes síndromes, como la 
despigmentación del cabello, edemas, lesiones en la piel, daño en los riñones, 
letargia y pérdida de músculo y grasa [35]. En consecuencia, es una sustancia de 
gran importancia biológica dentro de los sistemas vivos. Además, su forma 
oxidada (cistina) es la molécula responsable de la formación del enlace disulfuro y 
del grupo tiol presentes en las proteínas. 
 
Fig. 13 Molécula de Cistina (forma oxidada de la L-Cisteína). 
 
 Se han realizado estudios eletroquímicos de la cisteína, enfocados en el 
comportamiento químico que involucra al carbono y al grupo tiol (-SH). La cisteína 
puede pasar a cistina usando electrodos hechos de diferentes materiales 
metálicos, tales como el platino y el oro, sin embargo, la formación de óxidos en la 
superficie del electrodo produce diversas complicaciones, por lo que se han hecho 
numerosos estudios para desarrollar electrodos químicamente modificados, con el 
fin de disminuir los potenciales oxidativos de la cisteína. Con respecto a esto, han 
25 
 
surgido numerosas investigaciones sobre la oxidación electrocatalítica de carbono 
y del grupo tiol sobre la superficie de electrodos hechos a base de nanotubos de 
carbono anclados a moléculas macrocíclicas [36]. 
 
I.9. Técnicas de Análisis y Caracterización 
I.9.1. Espectroscopia Infrarroja por Transformada de Fourier (FT-IR) 
La espectroscopia Infrarroja ha sido utilizada desde hace más de sesenta años 
como una técnica de análisis de materiales. Un espectro infrarrojo de una muestra 
puede ser utilizado para identificar una molécula y obtener información sobre su 
estructura. Asimismo, la intensidad del pico en el espectro representa 
directamente la cantidad presente de cierto material [37]. 
 
 En la Espectroscopia Infrarroja, se hace pasar radiación infrarroja a través de 
una muestra, una parte de esta radiación es absorbida por la muestra, mientras 
que la otra parte pasa a través de ella, es decir, es transmitida. El espectro 
resultante representa la absorción y transmisión molecular. 
 
 Tal como sucede con otros tipos de absorción de energía, las moléculas son 
excitadas a un nivel de energía más alto, lo cual es un proceso cuantizado. Una 
molécula sólo absorbe ciertas frecuencias de radiación infrarroja. La absorción en 
este rango de energía comprende las frecuencias de estiramiento y de flexión de 
los enlaces covalentes de casi todas las moléculas. El proceso se lleva a cabo 
cuando las frecuencias de radiación infrarroja que coinciden con la frecuencia 
vibracional natural de la molécula en cuestión son absorbidas, y laenergía 
absorbida sirve para incrementar la amplitud de los movimientos vibracionales de 
los enlaces. Cabe recalcar, que no todos los enlaces en la molécula son capaces 
de absorber radiación infrarroja, aun cuando la frecuencia de la radiación coincida 
exactamente con la del movimiento del enlace. El enlace debe tener un momento 
dipolar que esté cambiando a la misma frecuencia de la radiación incidente para 
26 
 
poder transferir la energía. Como consecuencia, los enlaces simétricos, como lo 
son los del H2 o Cl2, no son capaces de absorber radiación infrarroja [38]. 
 
 En la fig. 14 se ilustran los componentes de un espectrofotómetro infrarrojo 
dispersivo. En este equipo se utiliza un filamento caliente para producir un haz de 
radiación infrarroja de la misma intensidad de radiación, el cual se divide en dos 
haces paralelos por medio de espejos. La muestra se coloca en uno de los haces, 
mientras que el otro haz es utilizado como referencia. Después se hacen pasar los 
haces por el monocromador. Este dispositivo se usa para seleccionar y transmitir 
ambos haces en una banda estrecha de longitudes de onda, en este caso, en 
frecuencias de luz infrarroja. El monocromador consiste de una sección que gira 
rápidamente, haciendo pasar los haces de luz de forma alternativa hacia una rejilla 
de difracción (en equipos anteriores se utilizaba un prisma). La rejilla de difracción 
gira lentamente, de manera que varía la frecuencia o la longitud de onda de la 
radiación hasta llegar al detector termoacoplado. 
 
 
Fig. 14. Diagrama esquemático de un espectrofotómetro infrarrojo dispersivo [38]. 
 
27 
 
 El detector percibe la relación entre las intensidades de referencia y las de la 
muestra. De esta manera, el detector determina las frecuencias que han sido 
absorbidas por la muestra y aquellas que permanecieron sin verse afectadas por 
la luz que atravesó la muestra. Después de que la señal del detector es 
amplificada, el espectro final de la muestra es dibujado en un diagrama por la 
computadora. Cabe resaltar que el espectro queda registrado como la frecuencia 
de los cambios de radiación infrarroja debido a la rotación de la rejilla de 
difracción, es decir, en el dominio de frecuencia [38]. 
 
 
I.9.2. Microscopía Electrónica de Transmisión (TEM) y Microscopía 
Electrónica de Barrido (SEM) 
El Microscopio Electrónico de Transmisión, es una herramienta muy importante en 
la ciencia de los materiales, donde la estructura de los materiales debe ser 
estudiada a una escala muy pequeña. Esta técnica aprovecha longitudes de onda 
muy cortas provenientes de electrones con energía muy alta, con el fin de analizar 
sólidos a escala atómica. Cuando los electrones son acelerados a energías tan 
altas pueden ser dispersados o electrodispersados elástica o inelásticamente, o 
producir muchas interacciones que son la fuente de diversas señales, tales como 
rayos-X, electrones Auger o luz. Algunas de estas señales son utilizadas en la 
microscopía electrónica de transmisión (ver figura 15). 
 
Fig. 15. Interacciones entre los electrones y el material. 
 
28 
 
 En TEM, un filamento colocado en la parte superior del microscopio es el 
encargado de emitir los electrones que viajan a través de la columna del 
microscopio, la cual se encuentra en condiciones de vacío. Las lentes 
electromagnéticas condensan el haz de electrones, de manera que un haz muy 
fino de alta energía sea enfocado sobre la muestra. La transmisión de un haz de 
electrones es altamente dependiente de las propiedades del material que está 
siendo examinado, por ejemplo, un material poroso permitirá el paso de más 
electrones a través de la muestra, mientras que en uno muy denso algunos 
electrones serán dispersados. Como resultado, una muestra con una densidad no 
uniforme puede ser examinada por esta técnica. Finalmente, en la parte inferior 
del microscopio, los electrones que no hayan sido dispersados llegan a una 
pantalla fosforescente, la cual proyecta una imagen de la muestra con diferentes 
contrastes, dependiendo de la densidad del material. 
 
Fig. 16. Esquema que muestra las partes que componen un Microscopio Electrónico de 
Transmisión [39]. 
 
29 
 
 De esta forma, se puede obtener información muy importante de su estructura 
superficial como tipos de defectos presentes, estructuración y composición 
química. Los microscopios electrónicos de transmisión pueden aumentar un 
objeto hasta un millón de veces [40]. 
 Por otro lado, el Microscopio Electrónico de Barrido proporciona imágenes y 
datos fisico-químicos de la superficie de cuerpos generalmente opacos a los 
electrones, por medio de un delgadísimo haz de electrones que recorre dicha 
superficie y de detectores que trasducen las señales que de ellas emanan, 
transformándolas en señales eléctricas que se emplean en formar una imagen en 
un monitor. En las fotografías se puede apreciar la estructura de muestras 
microscópicas, detallando sus características morfológicas y topográficas. 
 
 En un SEM (figura 17), un haz de electrones es producido por un cátodo 
colocado en el cañón. Posteriormente, el haz de electrones sufre una aceleración 
primaria inducida en el ánodo, debido a la diferencia de carga electrónica. De ahí, 
el haz pasa a través de lentes magnéticas, con el fin de condensar el haz para 
hacer más fino el punto, enfocarlo a la muestra y rastrearla a lo largo de su 
superficie. Por último, los detectores se encargan de recolectar los electrones 
retrodispersados para convertirlos a un punto de la imagen, hasta formar una 
fotografía completa. 
 
Fig. 17. Estructura típica de un SEM [41]. 
30 
 
 Los rayos X se producen en SEM, TEM y STEM, por la interacción muestra-
haz, son característicos del elemento presente en el material. Los rayos x son el 
resultado de una dispersión inelástica. Un hueco en un orbital interno es llenado 
por un electrón de uno de más alta energía. La diferencia entre los niveles resulta 
en la emisión de rayos-X. Cada rayo x producido tiene un nombre basado en el 
nombre del nivel (K, L, M, N) en el que se produjo, y del que viene el electrón que 
cubrió el hueco. Si el hueco estaba en el nivel K y fue llenado por un electrón del 
nivel M, entonces se produce un rayo x Kβ [42]. 
 A cada tipo de rayo x se le llama línea, si suficientes rayos x son generados, 
entonces producirán un pico en el espectro de rayos x. Cada línea de rayos x tiene 
una longitud de onda y energía característica. Los elementos en una muestra 
pueden ser determinados por la medición de la energía o de la longitud de onda 
de los rayos que son producidos. La medición de energía es llamada 
Espectroscopia de Energía Dispersada (EDS) y la medición de la longitud de onda 
se le conoce como Espectroscopia de Longitud de onda Dispersada (WDS). 
 Con EDS es posible determinar en un espectro todos los elementos presentes 
en el área que está siendo analizada, además de que es una técnica no 
destructiva. Un análisis en EDS puede tardar solo unos minutos para realizar una 
búsqueda de elementos y muchas horas con WDS. Además, a bajas corrientes del 
haz de electrones, EDS tiene una buena selectividad espectral y mayor 
sensibilidad, porque más rayos x producidos son detectados, además de que se 
puede utilizar para polímeros y muestras biológicas, ya que a altas corrientes del 
haz estas podrían ser destruidas [42]. 
 
I.9.3. Espectroscopia de Emisión Óptica de Plasma Acoplado por Inducción 
(ICP-OES) 
Por más de 25 años, la técnica de ICP-OES ha sido ampliamente utilizada para 
llevar a cabo análisis inorgánico. Sus características comúnmente son asociadas a 
las de Espectroscopia de Absorción Atómica (AAE). Comparada con la técnica de 
31 
 
absorción atómica, en la cual la temperatura de excitación de la flama de aire-
acetileno se encuentra en el rango de 2000 a 3000 K, en ICP la temperaturade 
excitación de argón es de 6000 a 10000 K, lo que permite una excitación eficiente 
de muchos elementos de manera simultánea. Además, el uso de un gas inerte 
disminuye la formación de nitruros y óxidos en la muestra. 
 ICP-OES, es una herramienta analítica que nos sirve para determinar con gran 
exactitud la concentración de elementos presentes en una muestra líquida, en un 
intervalo de concentraciones muy bajas. 
 Cuando a una muestra se le aplica una energía de plasma, los elementos que 
la componen son excitados. En un átomo excitado, un electrón perteneciente a 
dicho átomo es removido de su estado basal a un orbital más alejado del núcleo, 
con un nivel de energía mayor, es decir, un estado excitado. Un átomo es menos 
estable en su estado excitado, por lo que regresará a un estado menos excitado 
perdiendo energía, ya sea colisionando con otra partícula o por emisión de un 
fotón. Como resultado de esta pérdida de energía, el electrón regresa a un orbital 
más cercano al núcleo [43]. Cuando el átomo excitado regresa a un estado 
energético menor, se emiten rayos espectrales, los cuales corresponden a la 
longitud de onda característica del fotón liberado. Entonces, cada elemento de 
interés es determinado en base a la posición del rayo fotónico, mientras que la 
cantidad presente del elemento es definido por la intensidad. 
 Si la energía absorbida por un átomo es lo suficientemente alta, un electrón se 
disociará de dicho átomo, dejando un ión con carga positiva neta, entonces se 
dice que el átomo se encuentra ionizado. Esta energía de ionización es 
característica para cada elemento. La diferencia de energía entre los niveles 
superior e inferior de energía de la transición, define la longitud de onda de la 
radiación [43]. 
 Para generar el plasma, primeramente, se suministra gas argón a la antorcha 
por medio de tres tubos concéntricos de cuarzo. Una bobina de cobre, llamada 
bobina de carga, que rodea el extremo superior de la antorcha se conecta a un 
32 
 
generador de radiofrecuencia (RF) [43]. Cuando la potencia de RF (típicamente en 
un rango de 700-1500 watts) se le aplica a la bobina de carga, hace que una 
corriente comience a oscilar a una velocidad correspondiente a la frecuencia del 
generador (27-40 MHz). Como resultado de la corriente de alta frecuencia, se 
genera un campo electromagnético en la punta de la antorcha, donde el argón es 
ionizado cuando se le aplica una chispa. Los electrones arrancados de los átomos 
del argón son atrapados y acelerados por el campo magnético. Al aumento de 
energía de los electrones por medio de una bobina, se le conoce como 
acoplamiento inductivo. Estos electrones de alta energía, a su vez, colisionan con 
otros átomos de argón, arrancando aun más electrones. La ionización del gas 
argón continúa en una reacción en cadena hasta descomponer el gas en un 
plasma consistente de átomos, electrones y iones de argón, formando lo que se 
conoce como un Plasma de Acoplamiento Inductivo de descarga (ICP por sus 
siglas en inglés), que se caracteriza por tener una alta densidad electrónica y 
temperatura elevada [43]. 
 
Fig. 18. Sección transversal de una antorcha de ICP para representar la secuencia de encendido. 
A) El gas Argón se arremolina a través de la antorcha. B) Se aplica potencia de Radio frecuencia a 
la bobina de carga. C) Una chispa produce electrones libres del Argón. D) Los electrones libres son 
acelerados por los campos electromagnéticos, provocando la ionización y sucesiva formación del 
plasma. E) La muestra atomizada es transportada por el nebulizador hasta el centro del plasma 
[43]. 
 
33 
 
 Esta energía se utiliza para lograr la excitación-emisión de la muestra. La 
solución a analizar se introduce en el plasma en un estado atomizado a través de 
un tubo estrecho localizado en el centro de la antorcha (ver figura 19). 
 Para obtener información cuantitativa, como la cantidad de un elemento 
presente en la muestra, se puede lograr haciendo uso de gráficas de intensidad de 
emisión vs concentración, es decir, curvas de calibración. 
 
 
Fig. 190. Diagrama esquemático de los principales componentes y diseño típico de un equipo ICP-
OES [43]. 
 
 
 Las soluciones que contienen concentraciones conocidas de los elementos de 
interés, denominadas soluciones estándar, se introducen en el ICP y se mide la 
intensidad de emisión del analito. Las intensidades pueden ser graficadas en 
relación con la de los estándares y formar una curva de calibración para cada 
elemento. Cuando la intensidad de un analito es medida, se compara esa 
intensidad con la curva de calibración para determinar la concentración 
correspondiente a esa intensidad [43]. 
 
 
 
34 
 
I.9.4. Análisis Termogravimétrico (TGA) 
El análisis termogravimétrico se utiliza para revelar los cambios que ocurren en los 
materiales cuando se modifica su temperatura bajo atmósferas controladas, con el 
objetivo de detectar las diferentes etapas de transformación que se presentan 
hasta lograr los productos finales deseados. 
 El análisis se lleva a cabo con un alto grado de precisión, por medio de la 
medición del cambio en peso de un material en función de la temperatura o tiempo 
cuando el material es sometido a calentamiento. Se puede calentar a temperatura 
constante, lineal o variable dentro de una atmósfera controlada de aire, nitrógeno 
u otros gases de arrastre inertes como el helio o el argón, en algunas ocasiones la 
prueba se desarrolla en una atmósfera combinada de 1 a 5 % de O2 en N2 o He 
para retrasar la oxidación [44]. Las mediciones se hacen con el fin de determinar 
la composición y estabilidad térmica de un material a temperaturas por arriba de 
los 1000°C. Esta técnica puede caracterizar compuestos que exhiban pérdida o 
ganancia de peso debido a descomposición, oxidación o deshidratación. 
 
Información proporcionada por TGA: 
• Composición 
• Estabilidad térmica de los materiales 
• Estabilidad oxidativa de los materiales 
• Estimación del tiempo de vida de un producto 
• Cinética de la descomposición del material 
• Efecto de atmósferas reactivas o corrosivas en los materiales 
• Porcentaje de humedad y contenido de materia volátil 
 
En la figura 20 se muestra un diagrama representativo de la parte interna de un 
TGA, consistente de dos charolas, una de referencia y otra donde se coloca la 
muestra. El material que compone la charola se elige dependiendo de la máxima 
temperatura que se quiere alcanzar, puede ser de aluminio o platino. Debajo de 
35 
 
cada charola hay un termopar que se encarga de leer la temperatura. Antes de 
cada corrida, cada charola es estabilizada sobre su respectiva balanza, la cual 
debe ser calibrada para compensar la expansión térmica diferencial de los brazos 
de la balanza. La atmósfera se purga con gases inertes para prevenir la oxidación 
u otras reacciones no deseadas. La computadora controla el proceso [45]. 
 Los equipos de TGA proporcionan parámetros de masa de la muestra inicial, 
masa final, temperatura inicial, temperatura final y carbón amorfo, grafito, 
materiales del portamuestras, contaminantes ambientales y monóxido de 
nitrógeno. 
 
Fig. 20. Diagrama de la parte interna que compone un TGA [45]. 
 
 Una curva termogravimétrica simple muestra un gráfico de temperatura contra 
pérdida de peso (designada como TGA) y otra de la derivada de la pérdida de 
peso respecto a la temperatura (llamada DTGA) por separado o juntas. Debido a 
que muchas curvas de cambio de peso contra cambio de temperatura son muy 
similares, la curva de pérdida de peso puede requerir una transformación antes de 
interpretar sus resultados. Una derivada de la curva de pérdida de peso puede ser 
usada para analizar los puntos críticos de la curva, por ejemplo, el punto en el cual 
la pérdida de peso es más aparente o significativa, aunque también se puederequerir de una deconvolución de los picos traslapados [44]. 
36 
 
II. ANTECEDENTES 
Desde tiempos muy antiguos, el ser humano ha puesto gran interés, no sólo en 
preservar la vida, sino también en mejorar el bienestar de las personas, la cual 
puede verse afectada por diversos factores, entre los cuales el más común es el 
concerniente a la salud. Como consecuencia, un sinnúmero de investigaciones se 
ha enfocado en el estudio de nuevos dispositivos biomédicos que garanticen una 
correcta y rápida recuperación. En este sentido, el campo de estudio de la ciencia 
de los materiales y la nanotecnología han llegado a una misma vertiente, con el 
objetivo de diseñar o mejorar los materiales utilizados en aplicaciones biomédicas, 
promoviendo un ambiente más amigable entre el material y el sistema biológico. 
Esto incluye el estudio de nuevas rutas para la funcionalización de CNTs, 
disminuyendo su citotoxicidad y procurando una respuesta inmune favorable. 
 Por ejemplo, Lizhu Yang et al, produjeron un electrodo basado en CNTs 
alineados derivados con β-Ciclodextrina por medio de una reacción de 
diazotización, en la cual una amina aromática (también llamada componente 
diazo) es transformado en un componente diazonio que a su vez reacciona con un 
componente de acoplamiento. Este material se sintetizó con el fin de producir un 
electrodo capaz de detectar la hibridación de ADN por medio de una tecnología de 
reconocimiento tipo huésped-anfitrión entre el electrodo de CNT-β-CD y el 
marcador utilizado en la sonda de ADN. La hibridización producida indujo cambios 
en la estructura del ADN, lo que hizo posible sensarlo exitosamente. Por 
consiguiente, el biosensor electroquímico basado en este método tendría alta 
sensibilidad y especificidad para determinar la secuencia de ADN [46]. Zonghua 
Wang et al., realizaron un trabajo análogo para la estimación simultánea o 
individual de adenina y guanina, consiguiendo una nueva y efectiva metodología 
de modificar electrodos, combinando las ventajas de los nanotubos de carbono 
con las ciclodextrinas [47]. 
 
 Por otro lado, los Nanotubos funcionalizados también han sido utilizados 
ampliamente como plantillas para la nucleación de apatita. Tsukasa Akasaka y su 
equipo de trabajo, produjeron apatita cristalina nanométrica utilizando como base 
37 
 
nanotubos de carbono carboxilados, dispersando éstos en soluciones de fosfato 
de calcio y posteriormente dejándolos en una solución de fluidos fisiológicos 
simulados por períodos de tiempo de más de dos semanas. De esta forma 
obtuvieron apatitas de diferentes morfologías y tamaños crecidas sobre los 
nanotubos de carbono, probando que éstos últimos actúan como superficies que 
son efectivas para inducir la formación efectiva de recubrimientos de apatita a 
través de un método biomimético, lo cual podría ser útil como biomaterial y como 
andamio para aplicaciones biomédicas [48]. 
 Asimismo, se pueden mencionar muchos trabajos previos en los que se ha 
utilizado β-Ciclodextrina como método de encapsulación [49], [50], o como 
formador de complejos de inclusión [51], [52], [53] para diferentes fines, en 
liberación de fármacos ha sido ampliamente utilizada, ya que la combinación de la 
ciclodextrina con determinados fármacos incrementa la solubilidad y otras 
características propias de dichas sustancias, de esta forma vuelve eficiente la 
administración oral del fármaco. Asimismo, los nanotubos de carbono han sido 
ampliamente utilizados en aplicaciones biomédicas, tanto como sensores 
biomoleculares para diagnosis [54], [29], [55], [56], así como para liberación de 
fármacos [57], [58], [59], [60] y regeneración ósea [61], [62], [63], entre otras 
aplicaciones. 
 Debido a las diversas aplicaciones que se le han dado a los nanotubos de 
carbono y a las ciclodextrinas, ya sea de manera individual o combinada, se 
siguen llevando a cabo muchos estudios para ampliar sus usos y extender sus 
aplicaciones en diferentes áreas de la medicina. 
 
 
 
 
 
38 
 
III. JUSTIFICACIÓN 
Recientemente, las investigaciones han demostrado que los átomos de carbono, 
tanto en nanotubos de pared simple y multipared pueden, en cierta medida, 
presentar reactividad ante algunos compuestos y de esta manera ser 
considerados como nuevas formas macromoleculares de carbono [8]. 
 Debido a la posibilidad de modificar su superficie y formar grupos funcionales, 
los CNTs presentan características que resultan ventajosas para su uso en la 
fabricación de compositos [64]. La oxidación química de los CNTs puede 
incrementar dramáticamente su estabilidad en suspensiones. Los sitios principales 
de funcionalización son aquellos donde se encuentran defectos, estos pueden 
presentarse al final de los tubos y ocasionalmente en las paredes laterales [12]. 
 
 
Fig. 21. Funcionalización de MWCNTs con ácidos carboxílicos (MWCNT-COOH) [11]. 
 
 Una vez llevada a cabo la oxidación de los CNTs, se pueden funcionalizar con 
todo tipo de moléculas. Una macromolécula de gran utilidad por sus diversas 
aplicaciones en el campo de la biología es la Ciclodextrina (CD), la cual es un 
oligosacárido cíclico cristalino soluble en agua, hecho de unidades de 
glucopiranosa (unidades de glucosa). Está constituida por una cavidad central 
relativamente hidrofóbica, mientras que su superficie externa es hidrofílica. Existen 
tres tipos importantes de ciclodextrinas: α-Ciclidextrina, β-Ciclodextrina y γ-
Ciclodextrina, cuyos diámetros internos son de 0.47-0.53 nm, 0.6-0.65 nm y 0.75-
0.83 nm, respectivamente [8] (ver fig. 22). La β-Ciclodextrina es la más accesible, 
39 
 
la que requiere menor costo de producción y, generalmente, la más útil para fines 
prácticos [18], por lo cual es la más viable de las tres. 
 
 
 
Fig. 22. Estructuras de α-, β- y γ-Ciclodextrinas. 
 
 Una de las principales propiedades químicas de estos compuestos es su 
capacidad de formar complejos con una amplia variedad de moléculas, mismas 
que son incorporadas en la cavidad interna de la ciclodextrina. Como se muestra 
en la figura 23, mientras más grande sea el diámetro de la cavidad apolar de la 
ciclodextrina, mayor será el número de moléculas que puedan ser acomodadas 
[20]. 
 
Fig. 23. Estructura y dimensiones geométricas aproximadas de las ciclodextrinas [19]. 
 
 El interés en derivar los nanotubos de carbono con ciclodextrinas, es el poder 
utilizarlos como plantilla para la deposición de iones de interés y como medio de 
inclusión de complejos que modifiquen sustancialmente las propiedades 
 α-CD β-CD γ -CD 
40 
 
fisicoquímicas y bioactivas de los nanotubos de carbono. Cuando las 
ciclodextrinas son expuestas en un medio acuoso, dentro de su cavidad central 
pueden ser captadas pequeñas moléculas que forman agregados o estructuras 
semejantes a las micelas [65] con una amplia variedad de iones y moléculas, 
proveyendo un medio seguro de almacenamiento [66]. 
 
 
 
 
 
 
Fig. 24. Condiciones para la derivación de CNTs con CD. 
 
 Por las características anteriormente mencionadas, los CNTs funcionalizados 
pueden proveer refuerzo estructural a los materiales biomédicos actuales, dando 
lugar a la creación de nuevos y mejores andamios tisulares, que al ser 
implantados en el tejido vivo permitirán el crecimiento de células de manera más 
eficaz. Por ejemplo, en las primeras etapas de formación del hueso, puede servir 
como sitio de nucleación para la deposición de hidroxiapatita, el principal 
componente de los huesos. 
 
 La hidroxiapatita sintética (HAp), Ca10(PO4)6(OH)2, es un fosfato de calcio de 
gran interés en aplicaciones biomédicas, debido a que es un material bioactivo, 
químicamente compatible con el componente principal de la fase inorgánica