Nanopartículas para la medicina del futuro

En la actualidad, la investigación en nanopartículas es un área de gran interés debido a la inmensa variedad de aplicaciones potenciales. Hoy tengo la fortuna de poder charlar con Luis M. Liz Marzán , catedrático en la Universidad de Vigo y uno de los científicos españoles de mayor prestigio internacional, pionero mundial en el estudio de la síntesis, caracterización y aplicaciones de las nanopartículas metálicas. Entre otros, su trabajo está permitiendo el desarrollo de nuevas terapias médicas y nuevos sensores ultra sensibles, capaces de detectar enfermedades en sus estados iniciales o conocer la presencia de productos tóxicos con muy baja concentración.

Mónica Luna.- ¿De dónde emana la fascinación científica actual por las nanopartículas?

Luis Liz.- Del hecho de que sus propiedades no sólo dependen de su composición, tal y como nos dice nuestra experiencia, sino también de su tamaño y su forma. Esto nos abre un abanico inmenso de posibilidades. Por ejemplo, el oro siempre tiene un color dorado, a no ser que reduzcas tanto sus dimensiones que comiences a tener trozos del tamaño de decenas de nanómetros. Entonces el oro empieza a tener un color azul que se torna rojizo a medida que disminuyes aún más el tamaño de sus nanopartículas . Igualmente, su color también varía modificando levemente la forma de la nanopartícula.

Luis Liz Marzán

Otro ejemplo interesante de propiedad que cambia con las diferentes formas geométricas es la distribución del campo eléctrico, como se puede observar en la imagen inferior. Por ejemplo, en el caso de una nanopartícula triangular, las zonas en las que el campo eléctrico es más intenso (color rojo) son los vértices.

El campo eléctrico se amplifica en distintas zonas para cada tipo de nanopartícula.

M. L.- ¿Qué propiedades de las nanopartículas consideran especialmente interesantes en su investigación?

L. L.- Esta propiedad que acabo de mencionar: cómo se concentra el campo eléctrico en las distintas zonas de las nanopartículas, es especialmente relevante a la hora de utilizar las nanopartículas como sensores de alta sensibilidad, capaces de detectar incluso la presencia de una sola molécula. Aprovechando la concentración del campo eléctrico en zonas específicas de las nanopartículas, conseguimos amplificar las señales luminosas que proceden de las moléculas unidas a ellas y de esta forma aumentar la sensibilidad de su detección.

M. L.- ¿Nos podría poner un ejemplo de esta forma de detección de moléculas?

Nanopartículas con diferentes geometrías. | L. Liz Marzán

L. L.- Un tipo de nanopartícula especialmente conveniente para detectar la presencia de una sola molécula son las nanoestrellas. En la imagen inferior se puede ver, en blanco y negro, una imagen por microscopía electrónica de una nanoestrella real con un tamaño de unos 50 nanómetros. El resto de la imagen (en color) es un esquema de cómo funciona la detección. Estas nanoestrellas concentran muy bien el campo eléctrico en sus puntas. El primer paso consiste en unir químicamente una nanoestrella a la molécula que queremos detectar (en el esquema, molécula de color blanco). Al utilizar métodos ópticos de detección de moléculas, es decir, métodos en los que cada tipo de molécula emite una luz particular (como si fuera una huella dactilar de la molécula), nos encontramos que, gracias a la utilización de nanoestrellas, la luz que emite se amplifica mucho. De esta forma, podemos detectar su presencia aunque la cantidad de moléculas (de color blanco) sea muy baja.

El campo eléctrico se amplifica en distintas zonas para cada tipo de nanopartícula.| Liz Marzán

M. L.- ¿Cuáles son las ventajas de poder disponer de detectores moleculares tan sensibles?

L. L.- Muchas e importantes. Se podrían detectar enfermedades en sus comienzos, cuando aún no hay síntomas. Aunque la enfermedad esté en sus inicios y haya muy baja concentración de las moléculas indicadoras en la sangre, con métodos más sensibles se podría diagnosticar las enfermedades en etapas tempranas.

Por ejemplo, el principal obstáculo con el que los científicos se encuentran a la hora de diagnosticar la enfermedad de las vacas locas es la imposibilidad de distinguir entre el prión funcional que tienen todas las personas y animales y el infeccioso que causa la patología. Estas proteínas apenas emiten señales ópticas, con lo que también resulta imposible detectarlas. Nosotros hemos introducido nanopartículas de oro que amplifican en miles de millones de veces la señal de la molécula defectuosa, con lo cual se pueden observar incluso en concentraciones muy bajas. El sensor es capaz de detectar la presencia de hasta diez priones por cada litro de sangre, que luego, a través de un análisis por espectrofotometría, permite desvelar si son infecciosos o normales.

En humanos, enfermedades como el Alzheimer y el Parkinson también podrían detectarse de forma temprana por compartir origen priónico.

M. L.- ¿Están investigando alguna aplicación de las nanopartículas relacionadas con terapia médica?

L. L.- Estamos estudiando varias posibles aplicaciones. Una de ellas consiste en utilizar las nanopartículas como repartidoras de fármacos. Como se muestra en el vídeo de la portada, cuando la nanopartícula se hidrata, aumenta de tamaño y el fármaco se infiltra en su interior. Cuando se comprime, el fármaco queda atrapado y puede ser liberado por señales térmicas o por cambios de acidez.

Otro tema de investigación que actualmente estamos llevando a cabo gracias a una importante financiación europea consiste en entender cómo se comunican las bacterias y cómo detectan la presencia de otras células. Nos gustaría llegar a conocer cómo podemos manipular el comportamiento de las bacterias para que, en presencia ciertos tejidos, actúen de modo menos agresivo y así poder prevenir enfermedades. Asimismo, buscamos poder manipular estas bacterias con la finalidad de que se comporten de modo más o menos activo con ciertos tipos de células, algo que podría utilizarse como sistemas de terapia.

M. L.- ¿Cree que si los resultados de su investigación llegasen a establecerse como terapias, serían seguras?

L. L.- Los protocolos de seguridad a los que están obligados los medicamentos y terapias médicas son muy estrictos. Si consiguen pasarlos podemos estar seguros de que no habrá contraindicaciones graves.

M. L.- ¿Cuál es la parte más importante de la investigación que realizan?

L. L.- Creo que la parte relacionada con ciencia básica es muy importante. Es imprescindible entender cómo crecen las partículas, porqué crecen con unas determinadas condiciones y porqué eso da lugar a unas propiedades específicas. Investigar en ciencia básica es fundamental para conocer qué pueden hacer las nanopartículas, tanto para bien, como para mal. Además, para poder llegar a aplicaciones prácticas hay que entender los aspectos básicos y por eso hay que invertir esfuerzo en proyectos que aparentemente no llegan a una aplicación directa.

Mónica Luna es investigadora en Nanociencia y Nanotecnología en el Instituto de Microelectrónica de Madrid (CNM-CSIC).
monica.luna.estevez@gmail.com

Fuente:

El Mundo Ciencia

Echenique: 'La nanotecnología está ya en nuestra vida diaria'

El físico Pedro Miguel Echenique, en Santander. Efe

El físico y premio Príncipe de Asturias de Investigación Científica y Tecnológica, Pedro Miguel Echenique, ha destacado el nivel de España en las investigaciones sobre nanotecnología, una rama científica que, según ha asegurado, ya tiene aplicaciones en distintos aspectos de la vida cotidiana.

"Hoy la nanotecnología ya está en nuestra vida diaria", ha afirmado Echenique antes de impartir una conferencia sobre sus investigaciones en el marco del congreso NanoSpain 2012, que se celebra en Santander con la presencia de cerca de 250 expertos internacionales.

En rueda de prensa, el presidente del Donostia International Physics Center (DIPC), dedicado actualmente a estudiar la actividad de la materia a escalas nanométricas en el tiempo, ha destacado que España está contribuyendo a la nanotecnología con investigaciones de "vanguardia".

Sin embargo, ha matizado que se trata de una rama de la ciencia "intrínsecamente interdisciplinar", cuyas investigaciones y avances afectan a todos los campos. "Es transversal", ha apostillado.

"El problema no es en qué se va a utilizar la nanotecnología, sino en qué no se va a usar", ha argumentado Echenique, quien considera que su aplicación "va a invadir de forma horizontal todos los aspectos de la vida".

Presencia en numerosos campos

En este sentido, el prestigioso investigador ha recalcado que la nanotecnología "invade la actividad económica, la actividad social y la actividad casi cultural".

Especialmente, Echenique ha hecho referencia a campos como la medicina o la tecnología, en los que considera que la aplicación de los avances "es más sencilla".

Aunque también ha destacado las aplicaciones de la nanotecnología en otros elementos cotidianos como los componentes de aparatos deportivos, entre otros.

Echenique ha insistido en que se trata de una rama científica cuyas investigaciones y aplicaciones afectan "a todos los campos de la vida cotidiana", aunque ha puntualizado que "otra cosa es que se puedan obtener resultados inmediatos"

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El Mundo Ciencia

La danza de los electrones en una molécula ya tiene foto

Los electrones bailan entre los extremos de la X.

Investigadores en Suiza lograron obtener las primeras imágenes de la "distribución de la carga" en una molécula, las que muestran la intrincada danza de electrones en una escala infinitesimal.

Las cargas en un átomo habían sido medidas con anterioridad, pero capturar esa danza en una molécula había resultado significativamente más difícil.

El experimento puede arrojar luz sobre el proceso de "transferencia de cargas" que es tan común en la naturaleza.

Y los científicos esperan que este avance permita saber más del "nanomundo", lo que no solo sería fundamental en términos científicos, sino también para el futuro de aplicaciones más prácticas en las pueda aprovecharse el comportamiento de la electricidad en esas mínimas dimensiones.

"Ahora será posible investigar cómo se redistribuye la carga a nivel de una simple molécula cuando se establecen vínculos químicos entre átomos y moléculas en la superfice", dijo el principal autor del estudio, Fabian Mohn.

"Esto es esencial para nuestra búsqueda de cómo construir aparatos a escala atómica y molecular", concluyó.

Gracias a Kelvin

El estudio fue elaborado por un grupo del IBM Research Zurich que se especializa en examinar el mundo en una escala infinitesimal.

El mismo equipo es responsable por haber medido la carga de un átomo así como de haber obtenido la primera imagen de una molécula, por lo que en cierto sentido, este nuevo hallazgo es una combinación de los dos trabajos anteriores.

Pero en este último trabajo utilizaron una técnica diferente: el microscopio exploratorio Kelvin, una variante del microscopio de fuerza atómica que permitió la primera imagen molecular en 2009.

Este método requiere una barra de un tamaño mínimo, unas millonésimas de metro, con una punta afilada que termina en una pequeña molécula.

Esta barra carga un pequeño voltaje mientras escanea la superficie de una molécula más grande, con forma de X, llamada naphthalocyanine.

Cuando la punta afilada, cargada con este voltaje, encuentra cargas dentro de la naphthalocyanine, la barra comienza a menearse de tal forma que muestra precisamente dónde están los electrones.

El truco con una naphthalocyanine es que, aplicando el voltaje directamente a la molécula, los dos átomos de hidrógeno en su centro cambian de lugar y los electrones se reorganizan en los lados opuestos de la X.

Con la técnica utilizada por los investigadores, ellos fueron capaces de observar este cambio en la distribución de la carga.

Los detalles de la investigación son publicados en la revista Nature Nantechnology.

Fuente:

BBC Ciencia

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Una farmacia dentro de tu cuerpo

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Los chips fueron colocados en las caderas de siete mujeres con osteoporosis.

La idea futurista de que se pueden implantar microchips bajo la piel de un paciente para controlar el suministro de medicinas dio otro paso adelante.

Un grupo de científicos estadounidenses ha estado probando uno de esos dispositivos en mujeres que sufren de osteoporosis, un mal que degenera los huesos.

El chip se inserta en la cintura y es activado por control remoto.

Un ensayo clínico, publicado en Science Translational Medicine, mostró que el chip podría administrar las dosis correctas y que además no produce efectos secundarios.

La innovación también fue abordada en la reunión anual de la Asociación Americana para el Avance de la Ciencia.

Uno de los diseñadores, el profesor Robert Langer, del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT por sus siglas en inglés) afirmó que la naturaleza programable del dispositivo abre nuevos y fascinantes caminos para la medicina.

"Usted, literalmente, podría tener una farmacia en un chip", dijo. "Este estudio utilizó el dispositivo para el tratamiento de la osteoporosis. Sin embargo, hay muchas otras aplicaciones donde este tipo de enfoque de microchip podría mejorar los resultados en el tratamiento de pacientes con esclerosis múltiple, o para el suministro de vacunas, para el cáncer y el tratamiento del dolor".

Se trata del primer ensayo con este tipo de dispositivos en humanos para el suministro de fármacos de manera controlada de una forma inalámbrica. La tecnología ha estado siendo desarrollada en lo últimos 15 años.

Programación de la dosis

El chip del tamaño de la uña está conectado a una serie de pequeños compartimientos sellados donde es colocado el fármaco, en este caso, una hormona paratiroidea, la teriparatida, que se utiliza para contrarrestar la pérdida de densidad ósea. Totalmente envasado, el dispositivo tiene aproximadamente el tamaño de un marcapasos cardíaco.

Los compartimientos con el fármaco están cubiertos por una membrana delgada de platino y titanio. Una dosis sólo puede salir cuando una membrana del compartimiento se rompe, lo que se consigue mediante la aplicación de una pequeña corriente eléctrica.

El chip controla el tiempo, y debido a que es programable, las dosis se pueden programar por adelantado o -como en el estudio recientemente dado a conocer- activarse de forma remota mediante una señal de radio.

"Cuando el microprocesador decide emitir corriente a través de una membrana específica, ésta se deshace en unos 25 microsegundos", explicó el coautor, el profesor Michael Cima.

"La medicina pasa a los vasos capilares que rodean el dispositivo y así entra en el torrente sanguíneo".

El dispositivo se probó en Dinamarca en siete mujeres entre 65 y 70 años de edad. En su artículo, los científicos informan que el implante suministró el medicamento teriparatida con la misma eficacia que las inyecciones especiales que se usan para administrar dicho tratamiento. También revela que hay indicios de mejora de la formación de hueso (aunque la eficacia del fármaco no se evaluó formalmente).

Además, no se observaron efectos secundarios.

La innovación que comenzó como un proyecto de investigación en el MIT, ahora está siendo desarrollada por la empresa Microchips Inc.

La compañía está tratando de ampliar el sistema para que el dispositivo pueda suministrar más dosis. En el experimento, los dispositivos sólo tenían 20 compartimientos.

Microchips Inc cree que estos dispositivos para la administración de fármacos podrían incluir cientos de compartimientos.

Sin embargo, el equipo que trabaja en ello reconoce que un producto con tales características puede comercializarse en unos cinco años.

"Promesa clínica"

Al comentar sobre la investigación, John Watson, profesor de bioingeniería de la Universidad de California en San Diego, indicó que hay que hacerle una serie de mejoras para que el dispositivo sea efectivo.

"En el estudio, el dispositivo falló en un paciente (un octavo paciente no incluido en la prueba), y el proceso de fabricación incluyó sólo un tipo de dispositivo (siete en total) con 20 compartimientos con el fármaco", dijo.

"Todas las dosis fueron suministradas desde los siete dispositivos. Hacen falta algunos años para que esta tecnología sea aprobada por la Administración de Alimentos y Medicinas de EE.UU.".

El uso de los microchips está teniendo cada vez más aplicaciones en el mundo de la medicina.

Los sistemas automatizados de administración de fármacos probablemente serán populares entre los pacientes que actualmente tienen un régimen diario de inyecciones autoadministradas.

Julia Thomson, una enfermera de la Sociedad Nacional de Osteoporosis del Reino Unido, dijo que estas innovaciones podrían mejorar el régimen de suministro de medicamentos en los pacientes, algunos de los cuales dejarán de inyectarse medicamentos por la molestia que esta actividad produce.

"Estos implantes significan un nuevo enfoque en la manera en que se administra la hormona paratiroidea, y aunque se trató de un estudio muy pequeño, los resultados son ciertamente emocionantes", dijo.

"La desventaja con la hormona paratiroidea siempre ha sido que las mujeres tienen que inyectarse diariamente, por lo que un nuevo implante ayudará al régimen de suministro de medicamentos".

En última instancia, dicen los investigadores del MIT, se podrían fabricar sensores combinados con chips que tengan compartimientos con diferentes tipos de fármacos, creando un sistema que se podría adaptar a diferentes tratamientos que respondan a las condiciones cambiantes del cuerpo del paciente.

Fuente:

BBC Ciencia

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Formación de "nano cuadricópteros"

Si los anteriores vídeos de cuadricópteros que hemos posteado por aquí ya daban un poco de repelús, el último experimento del laboratorio Grasp, de la Universidad de Pensilvania, es para agarrase a la silla. Como veréis en el vídeo (a partir de 0,45), han diseñado una versión reducida de los prototipos, a los que llamana "nano-cuadricópteros" y que realizan formaciones aún más numerosas y precisas. Las escenas resultantes son una mezcla de La Guerra de las Galaxias y el Space Invaders. ¿Qué serán capaces de hacer estos enjambres de robots cuando aprendamos a programarlos o les enseñemos a actuar de forma independiente?

Más vídeos de cuadricópteros en Fogonazos.

Tomado de:

Fogonazos

Nanotubos de carbono para la electrónica del futuro

Nanotubo de carbono.| Wikipedia.

Los nanotubos de carbono son nanoestructuras compuestas exclusivamente por átomos de carbono que presentan propiedades inusuales, muy valiosas para diseñar nuevos dispositivos electrónicos, ópticos o fabricar nuevos materiales. Ramón Aguado (http://www.icmm.csic.es/raguado) investiga en el Instituto de Ciencias de Materiales de Madrid (CSIC) las propiedades cuánticas de nanoestructuras tales como estos sorprendentes nanotubos de carbono, utilizando modelos matemáticos.

Ramón Aguado. | (ICMM-CSIC)

Mónica Luna.- ¿Qué es un nanotubo de carbono?

Ramón Aguado.- A partir de un mismo elemento químico es posible tener sistemas muy diferentes dependiendo de cómo se unan los átomos. En el caso del carbono, se pueden formar varios tipos de estructuras con propiedades radicalmente distintas; pensemos en lo poco que se parecen entre sí un trozo de carbón amorfo y un diamante. Pues bien, en los últimos años hemos aprendido que es posible tener una nueva estructura estable, denominada grafeno, en la que los átomos de carbono forman una lámina que tiene un solo átomo de grosor. Un nanotubo es una lámina de grafeno que se enrolla sobre sí misma para formar un tubo. El diámetro de estos tubos es de apenas 1 nanómetro (un millón de veces más pequeño que un milímetro), pero, sin embargo, su longitud puede ser de varios centímetros. Nunca antes se había conseguido fabricar un tubo molecular con una proporción tan alta entre longitud y diámetro.

Nanotubo de carbono.| Wikipedia

M. L.- ¿Por qué han despertando tanto entusiasmo estas nanoestructuras?

R. A.- Lo realmente excepcional de los nanotubos de carbono son sus propiedades mecánicas y eléctricas. Es el material más duro que se conoce, más incluso que el diamante. Un cable de un cm cuadrado de sección de este material soportaría un peso de más de mil toneladas. El equivalente de un cable de acero estaría en torno a las 10 toneladas. Además, por si fuera poco, tienen propiedades electrónicas excepcionales. La resistencia eléctrica es extremadamente baja, debido a que los electrones apenas colisionan en su camino. Esto hace que los nanotubos tengan altísimas movilidades electrónicas y soporten densidades de corriente eléctrica miles de veces más grandes que los mejores cables de cobre.

M. L.- ¿Cómo se pueden aprovechar estas propiedades tan ventajosas?

Nanotubos de carbono crecidos de forma alineada.| Wikipedia.

R. A.- Al ser un conductor eléctrico tan excelente podría ser una solución a uno de los problemas actuales de la industria de la microelectrónica, que es la generación de calor. A medida que se reduce el tamaño de los componentes electrónicos y éstos son más rápidos, se genera más calor por lo que hay que buscar otros materiales para construir estos nuevos transistores cada vez más pequeños.

M. L.- Aparte de la generación del calor, otro problema de la miniaturización es la aparición de efectos cuánticos.

R. A.- Efectivamente, el último transistor que acaba de anunciar INTEL tiene un tamaño de puerta de 22 nanómetros y anuncian tamaños de 10 nanómetros para el 2015. Esto significa que la industria está al límite miniaturizar sus transistores a tamaños cercanos al de un átomo. A estas escalas, los efectos cuánticos aparecen de manera natural. Para explicarlo de manera sencilla, los electrones dejan de comportarse simplemente como cargas eléctricas y se comportan cuánticamente, como ondas que pueden atravesar obstáculos e interferir. Cuando esto ocurre las leyes clásicas que rigen un circuito eléctrico dejan de ser válidas. Mi trabajo consiste en estudiar estos efectos cuánticos y entenderlos, de manera que podamos llegar a utilizar estas nuevas propiedades en nuestro beneficio diseñando nuevos transistores y dispositivos cuánticos, en vez de verlas como un contratiempo. Este campo de investigación se denomina nanoelectrónica cuántica. Uno de sus objetivos más ambiciosos es la creación de bits cuánticos (qubits) que son el equivalente de los ceros y unos de la electrónica actual pero en versión cuántica. Una opción muy prometedora para conseguirlo se basa en utilizar los electrones en un nanotubo o, en general, en nanoestructuras denominadas puntos cuánticos en las que los electrones están confinados.

M. L.- ¿Qué ventajas tendríamos al utilizar estos bits cuánticos?

R. A.- Los qubits permiten realizar operaciones que son imposibles o extremadamente lentas con un ordenador actual como, por ejemplo, factorizar un número muy grande en sus factores primos. Gran parte de los algoritmos de encriptación en las tarjetas de crédito se basan en estas factorizaciones. Esto es sólo un ejemplo, se estudian también memorias cuánticas, puertas lógicas cuánticas, etc.

Nanotubo entre electrodos. L. Kouwenhoven,| Universidad de Delft (Holanda)

M. L.- ¿Nos puede explicar de manera sencilla cómo se consigue un bit cuántico en un nanotubo?

R. A.- Hay varias formas de construir qubits en nanotubos. Una opción es usar el espín de los electrones. El espín es una propiedad física que tienen las partículas relacionada con la rotación de la partícula en torno a sí misma. En el caso de los electrones, este espín puede tener dos valores, que tendrían un papel semejante al 0 y al 1 de los bits actuales.

M. L.- ¿Estamos cerca de conseguir realizar bits cuánticos en un circuito?

R. A.- Me agrada particularmente esta pregunta ya que es importante destacar que esto no es algo abstracto que sólo existe en nuestras ecuaciones. Hay muchos laboratorios en el mundo que ya son capaces de construir y manipular de manera controlada estos qubits. También creo que es importante recalcar que ya hay muchísimas tecnologías que se basan en la física cuántica. Su impacto en nuestras vidas cotidianas es altísimo. Pensemos, por ejemplo, en el láser o en la resonancia magnética nuclear. Volviendo a la pregunta, estamos en un momento en el que hemos pasado de utilizar propiedades cuánticas en sistemas de muchos átomos, como en los dos ejemplos que acabo de mencionar, a ser capaces de manipular a voluntad las propiedades de electrones individuales. Algo, sin lugar a duda, fascinante.

M. L.- ¿Qué utilidad puede tener el poder manipular electrones individualmente?

Electrones girando alrededor de un nanotubo.| R. Aguado.

R. A.- Puedo darle, como ejemplo, los resultados de una reciente investigación que acabamos de publicar. La combinación de las propiedades del espín del electrón con las propiedades generadas al girar ese electrón alrededor del nanotubo resulta en una interacción capaz de producir importantes cambios en dispositivos formados por materiales superconductores. ¡El giro de un solo electrón en le nanotubo es capaz de cambiar el signo de las supercorrientes de billones de electrones en un superconductor!

M. L.- ¿Nos puede avanzar algo de sus investigaciones actuales?

R. A.- Los electrones en el grafeno que forma el tubo se comportan siguiendo las mismas leyes relativistas que rigen en un acelerador de partículas como el del CERN. Esto es algo sorprendente si uno lo piensa detenidamente. Usando este tipo de analogías en sistemas similares formados por nanohilos superconductores se ha predicho teóricamente que se podrían crear partículas iguales a sus antipartículas, estas partículas se denominan fermiones de Majorana. Esto ha desencadenado una gran actividad en laboratorios punteros tales como los de Delft (Holanda) o Harvard (Estados Unidos) para detectar estas partículas en nanohilos y ganar así la carrera a los expertos en neutrinos (los neutrinos son probablemente fermiones de Majorana pero todavía nadie lo ha podido probar experimentalmente). Este es, en mi opinión, uno de los aspectos más fascinantes de estos sistemas de los que hemos hablado: no sólo pueden tener aplicaciones prácticas revolucionarias sino que, además, sirven como sistemas ideales en donde se puede estudiar física a nivel muy fundamental.

Fuente:

El Mundo Ciencia

Nanotecnología para explicar el origen de la vida

NASA-Astrobiology

A día de hoy aún no existe un modelo científico generalizado para explicar el origen de la vida. Una de las hipótesis más recientes mantiene que las superficies podrían haber jugado un papel clave: cerca de una fuente hidrotermal, sobre las superficies de las chimeneas submarinas, las primeras moléculas sencillas se habrían encontrado e interaccionado las unas con las otras para formar las primeras moléculas con entidad biológica. Este es uno de los apasionantes temas de investigación de José Ángel Martín Gago en el Centro de Astrobiología (CAB-INTA-CSIC), quien también dirige un grupo de investigación en el Instituto de Ciencias de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC) en donde su labor está enfocada al estudio de moléculas orgánicas con aplicaciones tales como células solares o pantallas de dispositivos electrónicos. Además, J. A. Martín Gago ha coordinado una Unidad Didáctica de Nanociencia y Nanotecnología, una publicación divulgativa que se puede descargar libremente.

J. A. Martín Gago

Mónica Luna.- Parece difícil que se pueda combinar el estudio de la nanotecnología con el origen de la vida. ¿hay una relación entre ambos campos?

José Ángel Martín Gago.- A primera vista pudiera parecer que estas disciplinas no tienen relación entre sí, sin embargo, éste no es el caso. Uno de los factores más importantes de la nanotecnología es la construcción de dispositivos o nuevos materiales a partir de sus unidades constituyentes, es decir, fabricar tecnología poniendo un 'ladrillo' al lado del otro. Los ladrillos que forman la materia son los átomos y las moléculas. El sueño de un nanotecnólogo sería descubrir una manera para ensamblarlos y así poder 'edificar' con ellos, como quien construye un lego. Unir las partes últimas que forman un dispositivos para fabricar sensores, aparatos electrónicos, motores químicos de tamaño nanométrico. Ese es uno de los objetivos importantes de la nanotecnología, y que a día de hoy, es un reto. Pero, justamente eso es lo que está pasando constantemente en nuestras células. Ahora mismo, sin que nos demos cuenta, se están produciendo en nuestro cuerpo cientos de reacciones bio-químicas y como consecuencia de ellas se están formando nuestras proteínas mediante el ensamblado de moléculas más simples. Podemos afirmar que la vida es el único sistema conocido que funciona siguiendo las ideas o preceptos de la nanotecnología.

M. L.- ¿Cómo puede la nanotecnología contribuir a encontrar respuestas sobre el gran enigma del origen de la vida?

J. A. M. G.- La aproximación científica al tema del origen de la vida tiene planteados muchos problemas abiertos. La dificultad principal para avanzar es la ausencia de datos experimentales de lo que pasó en la Tierra hace unos 4000 millones de años. Para solventar este inconveniente tenemos que utilizar modelos teóricos y simulaciones que nos permitan entender cómo en un momento preciso de la historia de la Tierra pudo darse un paso desde la química hasta la biología; cómo moléculas simples se fueron combinando para formar moléculas más complejas y especializadas, con las características de la biología.

M. L.- ¿Y esa es la razón de poder utilizar herramientas nanotecnológicas para lograr entender cómo se originó la vida en este planeta?

Equipo para simular la Tierra primitiva.

J. A. M. G.- Exacto. La nanotecnología ha desarrollado una serie de técnicas experimentales con las que manipular los objetos pequeños, de tamaño nanométrico. Actualmente disponemos de herramientas que nos permiten determinar a nivel molecular cómo se reconocen las moléculas entre si, la forma en la que se organizan entre ellas. Disponemos de sistemas de vacío en los que podemos controlar las condiciones de presión, composición de la atmósfera y temperatura que pudieron haberse dado en la Tierra primitiva. Intentamos recrear este entorno para aprender sobre la forma en la que se reconocen distintas moléculas sobre las superficies de los materiales.

M. L.- Utilizando el símil anterior de una casa, podríamos decir que investigan la formación de los 'ladrillos' fundacionales de la vida.

J. A. M. G.- Más que la formación de los ladrillos investigamos como han podido unirse entre ellos. Para la formación de los ladrillos se han propuesto varios mecanismos plausibles, pero el problema reside en explicar cómo se unieron entre sí. De dónde pudo aparecer 'el cemento' que los une para formar esa casa. Aquí es donde la nanociencia puede explicar muchos de estos procesos.

M. L.- ¿Cuáles son los resultados más destacados que han obtenido?

J. A. M. G.- En realidad me atrevería a decir que este proyecto no ha hecho más que comenzar y que estamos abriendo un camino científico. Ese es justamente el primero de los resultados: probar que las herramientas y metodologías utilizadas en nanociencia son válidas para estudiar el tema del origen de la vida. Respecto a resultados científicos, hemos trabajado con una molécula llamada ácido nucleico peptídico (PNA). Esta molécula está a mitad de camino entre las proteínas y los ácidos nucleicos, como el ADN. Es decir, confluyen en ella dos de las características principales de la vida: La estructura y la replicación. Esta molécula pudo haber existido y jugado un papel importante en el llamado mundo pre-RNA. Estamos estudiando como se comporta sobre superficies sólidas y al ser tan estable hemos conseguido inmovilizarla sobre superficies y nanopartículas para fabricar biosensores más eficientes que los actuales.

Esquema de una molécula de PNA. | J. A. Martín Gago.

No sólo trabajamos con esta molécula, también intentamos unir aminoácidos entre si, o ensamblar cadenas de RNA a partir de las bases y azúcares que lo forman. Si conseguimos hacerlo en el laboratorio habremos dado un paso importante para conocer cuales fueron los mecanismos que pudieron operar en la Tierra primitiva para permitir la emergencia de la vida.

M. L.- ¿Qué otros tipos de moléculas orgánicas están estudiando en la actualidad?

J. A. M. G.- En nuestro grupo de investigación en el ICMM estudiamos un amplio abanico de sistemas moleculares orgánicos. Desde sistemas muy ideales hasta otros cercanos a la tecnología, es decir, a las aplicaciones. Por una parte trabajamos con moléculas orgánicas que responden a la luz de una manera determinada y que podrían llegar a ser utilizadas en células fotovoltaicas orgánicas o como emisores de luz. Éstas capas orgánicas presentarán muchas ventajas con respecto a las células de silicio convencionales. Serán más económicas, ecológicas y flexibles. Por otra parte estudiamos cómo ciertas moléculas orgánicas se combinan para ofrecer unas propiedades electrónicas deseables, con el fin de disponer en el futuro de pantallas para dispositivos electrónicos flexibles y ligeras.

Átomos del grafeno. | J. A. M. G.

M. L.- También tiene resultados relevantes estudiando el grafeno.

J. A. M. G.- El grafeno está considerado en la actualidad como el material con más posibilidades tecnológicas para los próximos años. Será la primera gran aplicación en nanoelectrónica. Nosotros intentamos comprender cómo se forma y cómo modifica ligeramente sus propiedades electrónicas cuando se coloca sobre una determinada superficie. También investigamos cómo se puede formar grafeno a partir de moléculas orgánicas.

Fuente:

El Mundo Ciencia

Un coche eléctrico formado por una sola molécula

Esquema del 'nanocoche' eléctrico. | Nature.

Un reciente trabajo publicado en Nature muestra el cuidadoso diseño químico y la fabricación de un 4x4 eléctrico formado por tan sólo una molécula. Depositando esta molécula sobre una superficie de cobre y añadiéndole energía, en forma de electrones, los autores del trabajo han conseguido que la molécula se mueva en una dirección específica, como un coche. Es la primera vez que se consigue que una molécula realice un movimiento continuo por la superficie en la misma dirección.

En el complejo arte de convertir los cambios en la forma de las moléculas en movimiento dirigido, la naturaleza es la reina. En nuestro cuerpo podemos encontrar múltiples ejemplos de motores proteicos capaces de convertir energía química en trabajo mecánico. Entre ellos destaca la miosina, proteína muscular que acciona la contracción de las fibras musculares en los animales.

Tomando a la naturaleza como fuente de inspiración, mediante nanotecnología se han conseguido diseñar diversos sistemas artificiales que consiguen movimiento, aunque hasta ahora, las moléculas eran meros elementos pasivos. Sin embargo, los cuatro extremos de la molécula de este trabajo, firmado por científicos de la Universidad de Groningen (Holanda), actúan como la rueda de un coche.

Cuatro brazos

La molécula está formada por cuatro brazos que actúan como motores rotatorios cuando una diminuta punta metálica les transfiere electrones. Si los cuatro motores rotan todos en la misma dirección, se produce un movimiento en línea recta, de forma semejante a cómo funciona una barca de pedales o patín.

La diminuta punta metálica que actúa como la batería del coche, acaba en uno o unos pocos átomos y forma parte del Microscopio de Efecto Túnel (STM). Se utiliza tanto para transferir los electrones a la molécula de forma que se pueda mover, como para visualizar la molécula y su movimiento.

Cambiando la dirección del movimiento de rotación de las unidades motoras individuales en cada brazo, el 'nanocoche' puede realizar un movimiento al azar o trayectorias lineales. Los autores opinan que "este diseño representa un punto de partida para explorar sistemas mecánicos moleculares más sofisticados, quizás con control completo sobre la dirección de movimiento

Fuente:

El Mundo Ciencia

El motor eléctrico más pequeño tiene sólo una molécula

Esquema del motor molecular. | Heather L. Tierney.

En la carrera por desarrollar dispositivos cada vez más pequeños, un equipo de científicos estadounidenses ha dado un importante paso al conseguir un motor eléctrico a partir de una única molécula. Se trata del motor más pequeño del mundo y como tal, sus creadores, ya han anunciado que los inscribirán en el libro Guinness de los Récords.

El estudio, liderado por científicos de la Universidad de Tufts, ha sido publicado en 'Nature Nanotechnology'. Las aplicaciones potenciales de este motor son numerosas ya que podría servir de base para desarrollar un nuevo tipo de dispositivos que podrían ser utilizados en campos como la medicina o la ingeniería.

El diámetro del nuevo motor eléctrico mide sólo un nanómetro. El récord hasta ahora era de 200 nanómetros. Para hacerse una idea de su diminuto tamaño, los científicos explican que un cabello humano tiene unos 60.000 nanómetros de diámetro.

"Ha habido progresos significativso en la construcción de motores impulsados por luz y reacciones químicas pero esta es la primera vez que se ha probado un motor molecular alimentado por electricidad", afirma Charles H. Skypes, profesor de Química de la Universidad de Tufts y autor principal de este estudio. "Hemos sido capaces de demostrar que es posible proporcionar electricidad a una única mólecula y conseguir que haga algo que no sea al azar", señala.

Los científicos utilizaron un microscopio de efecto túnel de baja temperatura (LT-STM), que utiliza electrones en lugar de luz para "ver" las móleculas. Consiguieron alimentar con electricidad una molécula que contenía azufre y átomos de hidrógeno y carbono y que había sido colocada en una superficie de cobre.

Los investigadores se dieron cuenta de que si controlaban la temperatura de la molécula podían producir un impacto directo en la rotación de la molécula. La temperatura más adecuada para guiar el movimiento del motor y analizar los datos fue de -450 º Fahrenheit (-232º Celsius).

El motor se mueve a velocidades más rápidas con temperaturas altas, haciendo más difícil medir los datos y controlarlo. Por ello, los investigadores todavía tienen que seguir trabajando para controlar mejor las temperaturas y poder desarrollar aplicaciones prácticas.

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El Mundo Ciencia

Virus domesticados para convertirse en nanotrabajadores

Especial: Seres vivos

Bueno, los virus no son seres vivos, en un sentido estricto. Más bien están en la frontera entre los seres vivos y los seres inertes. Pero decidimos colocarlos en nuestro especial de seres vivos.

Virus del mosaico del tabaco, imagen magnificada 160.000 veces.| Wikipedia

En la fabricación de materiales, la naturaleza, en su evolución, ha encontrado que la estrategia de mezclar componentes orgánicos con inorgánicos a escala nanométrica resulta en compuestos con mejores propiedades. Un ejemplo de esto es la concha de Abulón, cuya masa está compuesta por carbonato de calcio en un 98% y por proteínas en un 2%. Este material es 3000 veces más duro que si sólo estuviera formado por el componente inorgánico (el carbonato cálcico). La clave de esta dureza excepcional reside en el que hecho de que se construyen a escala nanométrica.

Diminutas baldosas de carbonato cálcico se superponen unas a otras formando capas y entre las capas se sitúa una sustancia pegajosa formada por la proteína. Cuando se golpea la concha, las baldosas se deslizan en vez de de hacerse añicos y la proteína se estira para absorber la energía del golpe.

Instrucciones del código genético

Por una parte, podemos imitar a la naturaleza en la composición y mezcla de estos diferentes tipos de materiales para conseguir fabricar cerámicas más duras. Por otra parte podemos hacer algo aún más sofisticado: nos podemos inspirar en cómo la naturaleza consigue este material tan fabuloso, en condiciones normales, a temperatura ambiente, sin utilizar químicos tóxicos y sin emitir materiales contaminantes al medio ambiente. Para construir este fascinante compuesto, la naturaleza utiliza seres vivos. Estos conocen perfectamente las instrucciones para su fabricación gracias al código genético. Cuando el abulón macho y hembra copulan, transmiten a la siguiente generación las instrucciones para hacer un material tan extraordinario.

Concha de abulón.| Wikipedia

En esta dirección se está moviendo parte de la investigación actual en nanociencia y nanotecnología. Varios científicos se plantean si pueden convencer a seres sencillos como virus o bacterias no infecciosos para que construyan estructuras útiles para nosotros. Se trata de domesticar a los virus para que, utilizando su material genético, construyan nanohilos, baterías o células solares.

Los virus, esos nuevos nanotrabajadores no remunerados

Se ha conseguido que virus no patógenos puedan usarse como moldes para la síntesis dirigida de nanohilos magnéticos y semiconductores. Mediante la modificación genética de virus se consigue que ciertos péptidos (proteínas pequeñas) aparezcan en la superficie del virus. Estos péptidos adsorben de medio líquido los elementos de interés y se forman monocristales (ZnS, CdS, CoPt, FePt...) en esa misma superficie. Un calentamiento posterior elimina los virus pero induce la formación de los nanohilos.

Una científica del MIT también está consiguiendo que virus no dañinos fabriquen nanomateriales que pueden ser usados como baterías, células solares o catalizadores para separar los componentes del agua.

¿Se usarán virus no infecciosos para producir energía?

Imitando el proceso de la fotosíntesis, en el que las plantas utilizan el agua, el dióxido de carbono y la luz del sol para producir la energía que les ayuda a crecer, investigadores han conseguido, utilizando luz, separar el oxigeno del agua de una forma cuatro veces más eficiente que sin utilizar virus. El objetivo es utilizar un procedimiento similar que produzca hidrógeno con la misma eficiencia. Este hidrógeno podría ser almacenado y utilizado para producir electricidad, transportándola a lo largo del virus. Mediante la modificación de un segundo gen, la superficie del virus adsorbe un material inorgánico que induce la separación del agua en sus componentes: oxígeno e hidrógeno.

Fabricación de células solares

Mediante su modificación genética, los virus son capaces de adherir nanotubos de carbono, depositar una capa de dióxido de titanio a su alrededor y utilizarlo como método para que los electrones transiten a lo largo del dispositivo. Mediante esta estrategia se ha conseguido aumentar la eficiencia de este tipo de células solares del 8% al 11%.

Es muy improbable que estas aplicaciones que requieren la 'domesticación de virus' sean comerciales en un futuro cercano, sin embargo, este tipo de investigación nos ayuda no sólo a entender cómo la naturaleza fabrica los materiales sino también a intentar aprovechar los beneficios de esta forma de producción.

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El Mundo Ciencia

Nuevo nanometal es capaz de cambiar su estado físico rápidamente

Descubrimiento puede resultar en materiales capaces de responder de diferentes maneras en caso de impacto.

Foto: Bajakí

La búsqueda de materiales más resistentes siempre fue uno de los grandes objetivos de la industria. Cualquier propiedad que pueda ser modificada en dichos productos para volverlos más fuertes, o por lo menos más durables, es siempre bien recibida en ese campo.

Investigadores de la Universidad Técnica de Hamburgo y del Centro Geesthacht Helmholtz anunciaron el descubrimiento de un nanomaterial que puede pasar de una estructura quebradiza a otra maleable en pocos segundos. El compuesto es esencialmente eléctrico y puede tornarse maleable de acuerdo con la corriente eléctrica que lo atraviese.

Desafortunadamente, dicho metal todavía no es apto para integrarse a dispositivos y equipos. Sin embargo, la novedad abre un vasto campo en la búsqueda de compuestos maleables y capaces de regenerarse automáticamente.

Para crear el material, los científicos utilizaron metales como oro y platino en un baño de ácido para corroerlos. En el interior de los elementos...Vea esta y otras noticias en Bajakí .

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Terra Chile

Creado el instrumento musical más pequeño del mundo: la primera nanoguitarra

Mide 10 micrones (un micrón equivale a una millonésima parte de un metro) Es decir, que es tan grande como un glóbulo rojo. Sus seis cuerdas miden 100 átomos de ancho. Es una nanoguitarra. El instrumento musical más pequeño jamás creado. Es una copia de un diseño clásico de la legendaria Gibson Flying V.

Bien, eso no es del todo justo. Fue en 1997, en la Universidad de Cornell, cuando nació la primera nanoguitarra. Sin embargo, la pionera no fue tocada. Ésta sí.

Para tocar esta segunda nanoguitarra no se usó una nanomano que digitara las cuerdas sino un láser en miniatura. Sin embargo, ni siquiera los micrófonos más sensibles pueden capturar el sonido que emite la nanoguitarra: las cuerdas vibran en frecuencias 17 octavas más altas que las de una guitarra real (es decir, unas 130.000 veces más agudas).

Así que se emplea un ordenador para calcular el rastro acústico del sonido. Éste contabiliza el número de reflejos del láser utilizado para “tocar” las cuerdas. La luz del láser, enfocada, golpea a las “cuerdas” que al vibrar crean patrones de interferencia en la luz reflejada. Este efecto puede ser detectado y convertido electrónicamente en notas audibles. Se obtienen sólo tonos simples, si bien podrían tocarse acordes activando más de una cuerda a la vez.

Dustin W. Carr y su supervisor, Harold G. Craighead han sido sus creadores, y con ello quieren poner de relieve las virtudes de una ciencia tan precisa y detallada como la nanotecnología. La nanoguitarra también ha demostrado que los NEMs (sistemas nanoelectromecánicos) pueden modular luz, y que por tanto podrán ser usados en los sistemas de comunicaciones por fibra óptica.

Craighead y su equipo incluso han llegado a crear una ‘nanobáscula’, capaz de pesar una bacteria, recopilar información y, en ocasiones, de llegar a diagnosticar un cuadro médico a escala atómica.

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Xacata Ciencia

¿Sabías que el oro es verde?

• La materia cambia sus propiedades si la tratamos a la escala más pequeña
• El oro, por ejemplo, 'pierde' su color dorado en la escala nanométrica

Si cortamos un trozo de oro en trozos más pequeños, estos seguirán teniendo las mismas propiedades del oro: su típico color amarillo, su mismo punto de fusión..., pero si los continuamos dividiendo en partículas cada vez más pequeñas, cuando lleguen a ser tan ínfimas que comiencen a tener un tamaño nanométrico (la millonésima parte del milímetro), sus propiedades empezarán a comportarse de forma distinta.

Por ejemplo, el color cambiará, será anaranjado cuando las partículas tengan un diámetro cercano a 100 nanómetros o verde cuando el diámetro se reduzca a 50 nanómetros. Por lo tanto, en la escala nanométrica, las propiedades de un material no sólo dependen de su composición, sino que dependen igualmente de su tamaño, y también de su forma.

Esta dependencia entre el tamaño de los materiales y sus propiedades nos ha abierto un universo de posibilidades de nuevos usos para los objetos de tamaño nanométrico, produciendo un gran impacto en la ciencia y la industria. Por ejemplo, actualmente se utilizan partículas de tamaño nanométrico en medicina para detectar enfermedades, en automoción para que las capas de pintura sean más resistentes al rayado o en la industria deportiva para fabricar las raquetas de tenis más duras y ligeras.

Mientras, en la industria informática se fabrican pantallas de ordenador que consumen menos energía y ofrecen mayor resolución (tecnología OLED), discos duros con mayor capacidad de almacenamiento, baterías de larga vida o transistores de última generación.

Para hacerse una idea, un listado no exhaustivo de productos comerciales fabricados mediante nanotecnología puede verse en este enlace.

El nexo común a todos estos nuevos inventos es la utilización de materiales de tamaño nanométrico y sus propiedades.

La nanoescala: una forma diferente de ser pequeño

Desde hace años, la ciencia ha encontrado que para muchos desarrollos tecnológicos "más pequeño" equivale a mayor rendimiento, rapidez, sensibilidad, capacidad. Por ello, la miniaturización ha sido siempre un objetivo a perseguir.

La tecnología de hoy en día trabaja con objetos del tamaño de la micra (la milésima parte del milímetro) rutinariamente, sin embargo este logro no ha despertado el mismo entusiasmo que los materiales de tamaño nanométrico. La razón es que los objetos del tamaño de la micra tienen las mismas propiedades que los objetos más grandes, sin embargo, en la nanoescala, las propiedades fundamentales de los materiales difieren completamente de las de aquellas en objetos mayores. Una vez que las propiedades dependientes del tamaño se descubren, se abre la puerta a nuevas formas de utilización de ese material.

Por ejemplo, la mayor parte de los discos duros de los ordenadores que hoy en día usamos están diseñados para aprovechar la Magnetoresistencia Gigante. Es un fenómeno que se produce sólo cuando los materiales alcanzan espesores del tamaño del nanómetro y permite aumentar la capacidad de almacenamiento del dispositivo.

El mundo diminuto

En el nanomundo los objetos son tan pequeños que su tamaño está cerca de las unidades más pequeñas posibles de materia: los átomos. Por hacernos una idea, siete átomos de oro colocados en fila tienen una longitud aproximada de 1 nanómetro.

J. M. de la Fuente, Instituto de Nanociencia de Aragón (INA).

Esquema en el que se muestra a una nanopartícula portando fármacos específicos e interaccionando con una célula tumoral.

Moléculas y sistemas de interés biológico tienen tamaño nanométrico. Las proteínas tienen un tamaño que va desde 1 a 100 nm (nm = nanómetro de forma abreviada). El tamaño de los virus oscila entre los 30 y 120 nm. Debido a que los nanomateriales tienen el tamaño adecuado para interaccionar con proteínas, ADN, carbohidratos o células, es posible, por ejemplo, crear nuevos tipos de terapias biomédicas.

Hoy en día se está realizando un gran esfuerzo investigador en desarrollar futuras terapias contra el cáncer en las cuales las nanopartículas serían las encargadas de administrar el fármaco directamente a la célula tumoral. De esta forma las células sanas se verían poco afectadas y por tanto se minimizarían los efectos secundarios de las actuales terapias.

Nanociencia y Nanotecnología: menos es más

En esta última década el término "nano" se ha ido introduciendo en nuestro lenguaje. Hemos oído hablar de nanotecnología en la televisión, en el cine, leído en la prensa, y y muy a menudo para referirse a futuros inventos revolucionarios en muy diversas áreas.

Como en todo nuevo campo científico, es difícil conocer con precisión el alcance futuro que experimentará, sin embargo, hoy en día es una de las tecnologías con mayor crecimiento y existe un consenso general de que la "nano" ciencia y las "nano" tecnologías que se derivan de ella tienen la posibilidad de encontrar novedosas soluciones a muchos problemas actuales. Como todo nuevo descubrimiento científico, requieren de un gran esfuerzo investigador tanto para explorar sus prometedores beneficios como para evitar sus posibles riesgos.

Mónica Luna es investigadora en Nanociencia y Nanotecnología del Instituto de Microelectrónica de Madrid (CSIC).
monica.luna.estevez@gmail.com

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El Mundo Ciencia

Consiguen preparar materiales magnéticos y superconductores a la vez

Un grupo de científicos de la Universitat de Valencia ha conseguido preparar materiales magnéticos y superconductores a pesar de que el magnetismo y la superconductividad son "dos enemigos acérrimos" que se niegan a cohabitar en un mismo compuesto, según ha informado este martes la institución académica en un comunicado.

Así, ha indicado que el grupo de investigación dirigido por el profesor Eugenio Coronado acaba de desarrollar un procedimiento químico que permite diseñar materiales donde estas dos propiedades coexisten. El nuevo procedimiento, publicado en 'Nature Chemistry', consiste en construir un sólido laminar formado por capas alternadas superconductoras y magnéticas de grosor nanométrico.

En lugar de construir el nuevo material átomo a átomo, el procedimiento utiliza como bloques de partida dos nanocapas funcionales, una superconductora y otra ferromagnética, que se autoensamblan en disolución por interacciones electrostáticas. La técnica es como construir un edificio apilando pisos enteros preformados, en lugar de hacerlo ladrillo a ladrillo, ha precisado la Universitat.

La investigación, ha destacado la institución académica, abre las puertas al diseño químico de nuevos materiales difíciles o imposibles de obtener por otros métodos y aporta nuevos retos en la síntesis de materiales multifuncionales.

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Europa Press

10 fuentes (probables) de energía del futuro

Las Fuentes de energía que en la actualidad utiliza el hombre, como los combustibles fósiles son altamente contaminantes y son las causantes directas del calentamiento global, por esta razón los científicos de todo el mundo han estado trabajando para encontrar fuentes alternativas como la energía solar y la eólica, pero desafortunadamente éstas son muy costosas en relación al carbón y el petróleo.

Así que es necesario buscar nuevas fuentes de energía que resulten libres de contaminantes, sean económicas y existan en abundancia, algunas de las opciones que presentan los científicos pueden ser inusuales tal vez ridículas e irreales.

Aquí les presento las 10 nuevas fuentes de energía que quien sabe en un futuro nomuy lejano utilizaremos para alimentar las baterías de los artefactos que utilizamos a diario o para calentar nuestros hogares.

Azúcar: Si ahora se te ocurre poner azúcar en tu tanque de combustible, lo único que lograrás es arruinar el motor de tu vehículo, pero los científicos están desarrollando un método para convertir el azúcar en hidrógeno el que puede ser utilizado como combustible libre de contaminantes y más económico que el petróleo.

Viento solar: Con más energía de la que el ser humano necesita, el viento solar es una ráfaga de partículas cargadas que fluyen desde el sol, algunos científicos piensan que pueden ser capaces de capturar éstas partículas con un satélite que orbite el sol a la misma distancia que la tierra lo hace, el satélite contaría con un alambre de cobre conectado a unas baterías que produciría un campo magnético capaz de atrapar los electrones de la ráfaga solar, la energía de los electrones se transferiría a la tierra a través de un láser infrarrojo.

Las heces y la orina: Aunque sean algo generalmente desagradable, éstas poseen metano un gas incoloro e inodoro que puede ser utilizado de la misma manera como el gas natural. Actualmente ya existen proyectos en algunos parques que transforman heces de perros en metano, algunas granjas quieren utilizar el estiércol de las vacas para producir energía. Los residuos de los humanos no se quedan atrás y como abundan en la actualidad podrían llegar a convertirse en una de las fuentes más utilizadas de energía.

Gente viva o muerta: Aunque suene a la historia de la matrix, la verdad es que el calor que produce el cuerpo puede alimentar los aparatos eléctricos, en Europa se está elaborando un plan para capturar el calor de los cuerpos de los pasajeros que viajan en tren a través de la Estación Central de Estocolmo, los cadáveres también pueden servir, en un crematorio del Reino Unido se utilizan los gases liberados en el proceso de incineración para calentar el crematorio.

Vibraciones: Salir a bailar de ahora en adelante puede ayudar al medio ambiente. En un Club en Rotterdam (Países Bajos) las vibraciones en el suelo que la gente produce al caminar y bailar al poder del espectáculo de luces son captadas por materiales "piezoeléctricos" que producen un pulso eléctrico cuando se ponen bajo tensión.
Los ejércitos también pueden utilizar este principio y cargar las baterías de los radios de los soldados mientras camina.

Fango o lodo: La Universidad de Nevada, está trabajando en un proceso de secado de lodos para que se conviertan luego de un proceso de gasificación en un material combustible.

Medusas: Las medusas que brillan en la oscuridad contienen la materia prima para un nuevo tipo de célula de combustible. Su brillo es producido por la proteína fluorescente verde, conocida como GFP. Un equipo de la Universidad Tecnológica de Chalmers en Gothenburg, Suecia coloca una gota GFP en electrodos de aluminio y, a continuación la expuso a la luz ultravioleta. La proteína libera electrones que viajan a través de un circuito para producir electricidad.

Lagos explosivos: Existen tres lagos explosivos conocidos en el mundo: El lago Kivu, el lago Nyos y el lago Monoun, los cuales experimentan violentas erupciones, son llamados así porque contienen enormes reservas de metano y dióxido de carbono atrapado en las profundidades por las diferencias en la temperatura del agua y la densidad. Si la temperatura del agua del lago cambiara inesperadamente los gases subirían a la superficie en un efecto efervescente como una soda, causando la muerte a millones de personas y animales que viven cerca, de hecho, este evento ocurrió el 15 de agosto de 1984, cuando el lago Nyos en Camerún desató una enorme nube de dióxido de carbono concentrado, causando asfixia a cientos de personas y animales.

En Rwanda, en el lago Kivu el gobierno ha construido una planta de energía que absorbe los gases nocivos del lago hacia tres grandes generadores, que producen 3.6 megavatios de electricidad. El gobierno espera que en los próximos dos años, la planta pudiera producir suficiente energía para un tercio del país.

Bacterias: Existen miles de millones de bacterias vivas en la naturaleza, y como cualquier organismo vivo, tienen una estrategia de supervivencia para cuando hay una escasez de alimentos. La bacteria E. coli almacena el combustible en forma de ácidos grasos que se asemeja a poliéster. El ácido graso es necesario para la producción biodiesel. Así, los investigadores están buscando una manera de modificar genéticamente los microorganismos de E. coli para producir en exceso los ácidos como el poliéster. Las mismas bacterias que pueden enfermarnos también pueden ayudar a ahorrar dinero a la gente y el medio ambiente, mediante el suministro de combustible para el transporte.

Nanotubos de carbono: En química, se denominan nanotubos a estructuras tubulares cuyo diámetro es del orden del nanómetro. Existen nanotubos de muchos materiales, tales como silicio. Los nanotubos de carbono son tubos huecos de átomos de carbono que tienen un rango de usos potenciales, desde tejidos estilo armadura hasta ascensores que pueden levantar la carga entre la Tierra y la Luna. Recientemente, los científicos han encontrado una manera de utilizar los nanotubos de carbono para obtener 100 veces más energía solar de una célula fotovoltaica regular. Los nanotubos podrían funcionar como una antena para captar y canalizar la luz solar en los paneles solares. Esto significa que en lugar de tener todo un techo cubierto de paneles solares, una persona puede necesitar sólo un pequeño espacio.

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Poqui Blog

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Discovey News

Las células se comunican a distancia a través de nanotubos

El descubrimiento ayudará a comprender la coordinación celular en la formación embrional o la complejidad del cerebro

Un equipo de científicos de Noruega ha descubierto que diversos tipos de células pueden comunicarse a distancia, gracias al intercambio de señales eléctricas a través de nanotubos o cables de tamaño nanométrico. Este descubrimiento revela un nivel más de comunicación intercelular, que podría explicar el funcionamiento coordinado de las células en el desarrollo de los embriones e, incluso, la gran complejidad de la actividad neuronal del cerebro.

Células comunicándose unas con otras a distancia a través de un nanotubo. Foto: Xiang Wang y Hans-Hermann Gerdes.

Científicos noruegos han descubierto que las células pueden comunicarse a distancia intercambiando señales eléctricas a través de nanotubos, que son estructuras tubulares de un diámetro extremadamente pequeño (un nanómetro equivale a la milmillonésima parte de un metro).

Dichos nanotubos contendrían proteínas de la familia de la actina, que son unas proteínas que se encargan de formar microfilamentos, además de favorecer otras funciones celulares esenciales, como la movilidad y la contracción de la célula durante la división celular.

Según publica la revista Nature, la comunicación intercelular a través de estos nanotubos implicaría asimismo la formación de “uniones gap”, que son los nexos que permiten la conexión eléctrica entre células.

Mayor conexión celular

El presente descubrimiento podría ayudar a comprender mejor una serie de eventos celulares complejos, como el desarrollo de los embriones o la actividad neuronal, explican los investigadores.

Hasta ahora, se creía que el intercambio celular de señales eléctricas era un sistema de comunicación rápido pero limitado, que se daba sólo en células del corazón y del cerebro.

Sin embargo, dado que se ha descubierto que muchos tipos de células forman estos nanotubos y uniones gap con ellos, parece que la comunicación celular eléctrica podría ser algo generalizado.

Según Hans-Hermann Gerdes, biólogo de la Universidad noruega de Bergen y uno de los autores de la investigación, muchos tipos de células tendrían una especie de “cables telefónicos” que les permitirían “hablar” unas con otras a distancia.

El presente estudio sugiere así que las células emplean la comunicación eléctrica a están más conectadas a través de largas distancias de lo que se creía.

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Tendencias 21

MIT: Cèlulas solares que se regeneran biològicamente como las plantas

Los vegetales convierten la luz en energía de la forma más eficiente, unos organismos que para los investigadores marcan la última frontera en la creación de células fotovoltaicas. Por eso, desde hace años, los científicos están constantemente tratando de imitar los trucos logrados por las plantas gracias a millones de años de evolución.

Un equipo de científicos del MIT (Massachusetts Institute of Technology) ha anunciado esta semana que han desarrollado unas células solares de clorosplastos sintéticos que se pueden romper y auto-ensamblar varias veces, al igual que las células vegetales. Estas células solares se renuevan constantemente, lo que significa que la tecnología, en última instancia, podría dar lugar a paneles solares casi eternos, que se reconstruyen solos cuando son dañados por el sol.

Las técnicas modernas de fabricación requieren generalmente un alto grado de control (y de coste) para obtener materiales fotovoltaicos con configuraciones precisas. De ahí el interés de los investigadores en sistemas de auto-montaje, que puedan simplificar la manufactura existente imitando la naturaleza.

Aunque las hojas de las plantas pueden parecer tan estáticas como las células de un panel solar artificial, la luz del sol es realmente bastante destructiva para ellas. Para contrarrestar este efecto las hojas reciclan rápidamente sus proteínas (aproximadamente cada 45 minutos) durante las horas de más sol. Este mecanismo de reparación rápida permite a las plantas aprovechar al máximo la energía abundante del sol sin perder eficiencia en el tiempo.

Para crear esta capacidad regenerativa única, el equipo del MIT ha utilizado una técnica que permite controlar la estructura hasta el nivel nanométrico, pudiéndose manipular el interfaz entre los componentes orgánicos e inorgánicos para optimizar las características deseadas.

Se trata de un novedoso conjunto de moléculas de auto-montaje que usan los fotones de la luz solar para captar electrones sueltos en forma de electricidad. El sistema contiene siete compuestos diferentes, incluyendo nanotubos de carbono que son los que dan la estructura y el canal para conducir la electricidad lejos de las células. Unos fosfolípidos sintéticos y otras moléculas que se auto-ensamblan en los centros de reacción son los que en realidad interactúan con los fotones entrantes para liberar electrones eléctricos.

Bajo ciertas condiciones, este compuesto crea una estructura uniforme para cosechar energía solar. Pero en presencia de un tensioactivo (similar al material utilizado para dispersar el aceite durante los derrames de petróleo del Golfo de México) las estructuras se separan y se dividen en los nanotubos, fosfolípidos y las otras moléculas constituyentes. Pasando la solución a través de una membrana para eliminar el dispersante, los elementos se vuelven a ensamblar, rejuvenecido las células solares en mal estado por su exposición excesiva al sol.

Por ahora los investigadores han logrado que estas células fotovoltáicas trabajen con una eficiencia del 40 por ciento, aunque piensan que con algunos retoques podría aumentar el rendimiento mucho más. La tecnología podría ser el próximo gran paso adelante para la tecnología solar, ya que permite paneles solares que no se degradan con el tiempo, a los que sólo hay que dar una sacudida rápida con el surfactante para conseguir, esencialmente, un nuevo panel.

Prueba de la célula; Patrick Gillooly, MIT

Fuente: Eureka Alert