"Template-mediated synthesis and bio-functionalization of flexible lignin-based nanotubes and nanowires". H. M. Caicedo, L. A. Dempere, W. Vermerris. NANOTECHNOLOGY 23, 105605 (2012).
DOI: 10.1088/0957-4484/23/10/105605
Limitations of cylindrical carbon nanotubes based on the
buckminsterfullerene structure as delivery vehicles for therapeutic
agents include their chemical inertness, sharp edges and toxicological
concerns. As an alternative, we have developed lignin-based nanotubes
synthesized in a sacrificial template of commercially available alumina
membranes. Lignin is a complex phenolic plant cell wall polymer that is
generated as a waste product from paper mills and biorefineries that
process lignocellulosic biomass into fuels and chemicals. We covalently
linked isolated lignin to the inner walls of activated alumina membranes
and then added layers of dehydrogenation polymer onto this base layer
via a peroxidase-catalyzed reaction. By using phenolic monomers
displaying different reactivities, we were able to change the thickness
of the polymer layer deposited within the pores, resulting in the
synthesis of nanotubes with a wall thickness of approximately 15 nm or
nanowires with a nominal diameter of 200 nm. These novel nanotubes are
flexible and can be bio-functionalized easily and specifically, as shown
by in vitro assays with biotin and Concanavalin A. Together with
their intrinsic optical properties, which can also be varied as a
function of their chemical composition, these lignin-based nanotubes are
expected to enable a variety of new applications including as delivery
systems that can be easily localized and imaged after uptake by living
cells.
Algunas de las limitaciones de los nanotubos de carbono cilíndricos, basados en estructuras buckminsterfulerenos, como vehículos para el envío de agentes terapéuticos radican en cuestiones de qué tan inertes químicamente son, qué tan agudas son sus aristas y qué tan tóxicos resultan. Como alternativa, se han desarrollado nanotubos hechos de lignina, sintetizados en un molde exploratorio de membranas de alúmina, disponible comercialmente. La lignina es un complejo polímero fenólico de las paredes celulares de las plantas, que se genera como desperdicio en los molinos de papel y en biorefinerías que procesan biomasa de lignocelulosa para obtener combustible y químicos. La lignina aislada se enlazó covalentemente a las paredes interiores de las membranas de alúmina activada y entonces se agregaron capas de polímero dehidrogenado sobre esta capa de base a través de una reacción catalizada con peroxidasa. Usando monómeros fenólicos que muestran diversas reactividades, se pudo modificar el espesor de la capa de polímero que se depositó en los poros, lo que resulta en la síntesis de nanotubos con una pare de espesor cercano a los 15 nm, o en la síntesis de nanoalambres con un diámetro nominal de 200 nm. Estos nanotubos novedosos son flexibles y pueden ser fácilmente biofuncionalizados y específicamente con biotina y Concanavalina, como se muestra en ensayos in vitro. Aúnado a sus propiedades ópticas intrínsecas, las cuales también pueden ser modificadas como función de su composición química, se espera que estos nanotubos hechos de lignina permitan una variedad de nuevas aplicaciones, incluídas las de sistemas de envío que pueden ser fácilmente localizados y visualizados después de que son atrapados por células vivas.
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