Los nuevos materiales ofrecen una pléyade de posibles aplicaciones que están cambiando nuestras vidas y nos hacen imaginar un mundo fascinante frente a nosotros. Hoy hablamos de algunos de esos materiales: el grafeno y los hidrogeles. El grafeno es, básicamente, una lámina de carbono de tan sólo un átomo de espesor, es decir, un espesor es tan diminuto que podríamos asumir que se trata de un material de dos dimensiones. Sin embargo, sus propiedades son impresionantes.

En otros programas hemos hablado ya de la resistencia mecánica del grafeno, 300 veces mayor que la del acero, y de su extraordinaria ligereza, una lámina de un metro cuadrado pesa tan sólo 77 centésimas de miligramo. Para hacernos una idea de lo liviano que es, bastaría un gramo de grafeno para cubrir la superficie de un campo de fútbol. Estas propiedades han hecho del grafeno un material muy apreciado en la industria. Sus aplicaciones van desde la aeronáutica hasta los protectores de las pantallas de los móviles. Pero a las ventajas mecánicas hay que añadir otro buen número de propiedades asociadas, como la flexibilidad, conductividad térmica, eléctrica y óptica, que amplían muchísimo las aplicaciones posibles.

Si la lámina de grafeno de gran tamaño es atractiva a escala macroscópica, tiene un número muy variado de aplicaciones a escala mucho más pequeña, a escala nanométrica. Este es el campo en el que investiga nuestra invitada de hoy: Ester Vázquez Fernández-Pacheco, profesora en la Facultad de Ciencias y Tecnologías Químicas de la UCLM, en Ciudad Real, investigadora del Instituto Regional de Investigación Científica Aplicada y jefe del Grupo de Nanoquímica MSOC.

El Grupo de Nanoquímica MSOC centra sus esfuerzos en la búsqueda de formas de obtención y purificación de nanoestructuras de carbono mediante tecnologías verdes. Los métodos utilizados permiten obtener nanopartículas de grafeno sin la utilización de los disolventes, altamente contaminantes, habitualmente utilizados en la industria. Los pequeñísimos trozos de grafeno obtenidos, junto a otros materiales, como los hidrogeles, están demostrando su utilidad en los sistemas biológicos, mediante el diseño de materiales inteligentes, capaces de transportar y liberar fármacos en el organismo de forma controlada desde el exterior, aprovechando las propiedades eléctricas y térmicas de estos materiales.

Un hidrogel es un polímero ávido por el agua. Los pañales de los bebés están cargados de ellos y demuestran esta habilidad constantemente, para descanso de los padres. El grafeno, en cambio, no es soluble en agua, aunque sí puede dispersarse en ella formando partículas muy pequeñas, nanométricas (recordemos que un nanómetro es una millonésima de un milímetro). Lo interesante de estos comportamientos surge cuando ambos se combinan y se forma una partícula de hidrogel con partículas de grafeno en su interior.

Las nanopartículas de grafeno absorben muy bien las microondas y responden a ellas con una elavación de temperatura. Una partícula de hidrogel con grafeno, al ser irradiada con microondas, aumenta su temperatura y este aumento puede ser útil de varias maneras. Se puede inducir un cambio en el volumen en el gel que podría ser empleado para liberar un fármaco. Así, un paciente al que potencialmente le han inyectado las nanopartículas, podría liberar el fármaco en el lugar deseado simplemente irradiando desde el exterior con microondas la zona adecuada. También se podría poner el gel en contacto con la piel o almacenado bajo ella y liberar una sustancia a voluntad cuando fuera necesario. Esto puede ser de mucha utilidad en enfermedades como la diabetes, en las que es necesario inyectar insulina al paciente cuando éste la necesita.

Al ejemplo anterior podrían añadirse otros muchos en los que estos materiales inteligentes: Tratamiento de enfermedades bacterianas, penetración en tumores para producir en su interior una elevación dramática de temperatura que inhabilite las células o liberar fármacos específicos sin producir daños colaterales en otras regiones del cuerpo, elaboración de capas ultra delgadas para el crecimiento celular, protección de heridas, etc.

En todas las aplicaciones conectadas con el tratamiento de pacientes es necesario que los materiales utilizados no interfieran de forma negativa con los sistemas biológicos. El Grupo de Nanoquímica MSOC colabora con otras instituciones españolas y europeas en experimentos encaminados a determinar la toxicidad del grafeno y sus derivados.

Para todas estas aplicaciones y otras muchas que están surgiendo en este campo, es necesario contar con nanopartículas de carbono y la obtención de ellas con tecnologías verdes, poco contaminantes, es fundamental. Todo ello nos lo cuenta hoy, en Hablando con Científicos, Ester Vázquez Fernández-Pacheco.

(Angel Rodríguez Lozano, 04/2017)

Referencias:

Nanocomposite Hydrogels: 3D Polymer Nanoparticle Synergies for On-Demand Drug Delivery Merinoet al. 2015 American Chemical Society 10.1021/acsnano.5b01433

Differential cytotoxic effects of graphene and graphene oxide on skin keratinocytes
Pelin et al. SCIENTIFIC REPORTS | 7:40572 | DOI: 10.1038/srep40572

Production and stability of mechanochemically exfoliated graphene in water and culture media
León et al, Nanoscale, 2016, 8, 14548. DOI: 10.1039/c6nr03246j

Graphene-Based Interfaces Do Not Alter Target Nerve Cells. Fabbro et al, DOI: 10.1021/acsnano.5b05647 ACS Nano 2016, 10, 615−623