Design, characterization and applications of carbon-allotrope based catalytic micromotors

Resumen

El objetivo de esta Tesis Doctoral es el diseño, funcionalización, y caracterización de micromotores catalíticos basados en nanomateriales de carbono con capacidad plena de autopropulsión en medios y muestras complejas para aplicaciones en los ámbitos (bio)-analítico y medioambiental. Para lograr este objetivo, en primer lugar se llevó a cabo la síntesis de micromotores con una capa externa de nanomateriales de carbono (fullereno, nanotubos, carbono amorfo y puntos moleculares de carbono) y una capa interna magnética y/o catalítica (níquel, nanopartículas de ferrita, nanopartículas de platino, dióxido de manganeso y paladio) mediante técnicas de electrodeposición en membrana. Posteriormente, los micromotores se caracterizaron mediante microscopía electrónica de barrido (SEM), de transmisión (TEM) y de fuerza atómica (AFM) y espectroscopía Raman. Además, se estudiaron las capacidades catalíticas de estos micromotores para la descomposición de peróxido de hidrogeno mediante la propulsión de los mismos en medios complejos. En segundo lugar, se exploraron potenciales aplicaciones de estos micromotores en diversos campos. En el campo analítico, los micromotores con capacidades de guiado magnético y funcionalizados con elementos de reconocimiento (lectinas) se emplearon para realizar operaciones en plataformas lab-on-a-chip, como son la detección de moléculas o elementos biológicos objetivo de forma selectiva. En el campo agroalimentario, se han desarrollado micromotores funcionalizados con la enzima ß-galactosidasa para la hidrolisis de lactosa (compuesto al que es intolerante gran cantidad de la población mundial) en los monosacáridos que la componen. En el ámbito medioambiental, se han desarrollado micromotores funcionalizados con nanopartículas de ferrita (que poseen capacidades magnéticas) y catalizadores de óxidos metálicos como el dióxido de manganeso que en presencia de peróxido de hidrogeno forman las burbujas de oxígeno que propulsan el motor al mismo tiempo que generan radicales de especies reactivas de oxígeno que se emplean para la descontaminación de aguas en procesos de oxidación avanzadas y en el análisis de isómeros de fenilendiaminas toxicas presentes en aguas. Finalmente, se han desarrollado micromotores con una capa externa de fullereno C60 funcionalizada con nanopartículas fotosensibles, (puntos moleculares de sulfuro de cadmio) y distintas capas catalíticas que presentan una propulsión modulable mediante la irradiación con campos de luz ultravioleta-visible. Alternativamente a los nanomateriales de carbono, se han explorado otros materiales como los hidrogeles para la fabricación de micromotores mediante técnicas electroquímicas indirectas basadas en electroquímica bipolar.