Monday, October 16, 2017

Binary temporal upconversion codes of Mn2+-activated nanoparticles for multilevel anti-counterfeiting

Optical characteristics of luminescent materials, such as emission profile and lifetime, play an important role in their applications in optical data storage, document security, diagnostics, and therapeutics. Lanthanide-doped upconversion nanoparticles are particularly suitable for such applications due to their inherent optical properties, including large anti-Stokes shift, distinguishable spectroscopic fingerprint, and long luminescence lifetime. However, conventional upconversion nanoparticles have a limited capacity for information storage or complexity to prevent counterfeiting. Here, we demonstrate that integration of long-lived Mn2+ upconversion emission and relatively short-lived lanthanide upconversion emission in a particulate platform allows the generation of binary temporal codes for efficient data encoding. Precise control of the particle’s structure allows the excitation feasible both under 980 and 808 nm irradiation. We find that the as-prepared Mn2+-doped nanoparticles are especially useful for multilevel anti-counterfeiting with high-throughput rate of authentication and without the need for complex time-gated decoding instrumentation.

Liu, X. (Febrary de 2017). Binary temporal upconversion codes of Mn2+-activated nanoparticles for multilevel anti-counterfeiting. Obtenido de https://www.nature.com/articles/s41467-017-00916-7

High-density lipoprotein delivered after myocardial infarction increases cardiac glucose uptake and function in mice

Lipoprotein lends a hand for heart attacks

Preventing myocyte damage after myocardial infarction could help stop the development of heart failure. Heywood et al. administered reconstituted high-density lipoprotein (rHDL) after inducing cardiac ischemia in mice and showed that treatment caused increased glucose uptake in myocytes, reduced infarct size, and improved ventricle function. rHDL was effective in prediabetic and healthy mice, suggesting that it may be a promising treatment for acute coronary syndrome.
Protecting the heart after an acute coronary syndrome is a key therapeutic goal to support cardiac recovery and prevent progression to heart failure. A potential strategy is to target cardiac glucose metabolism at the early stages after ischemia when glycolysis is critical for myocyte survival. Building on our discovery that high-density lipoprotein (HDL) modulates skeletal muscle glucose metabolism, we now demonstrate that a single dose of reconstituted HDL (rHDL) delivered after myocardial ischemia increases cardiac glucose uptake, reduces infarct size, and improves cardiac remodeling in association with enhanced functional recovery in mice. These findings applied equally to metabolically normal and insulin-resistant mice. We further establish direct effects of HDL on cardiomyocyte glucose uptake, glycolysis, and glucose oxidation via the Akt signaling pathway within 15 min of reperfusion. These data support the use of infusible HDL preparations for management of acute coronary syndromes in the setting of primary percutaneous interventions.

Bibliografía

Heywood, S. E. (2017). High-density lipoprotein delivered after myocardial infarction increases cardiac glucose uptake and function in mice. Science Translational Medicine, Vol. 9, Issue 411, eaam6084.


Nanoparticles awaken immune cells to fight cancer

Tiny nanoparticles, far smaller than the width of a human hair, might help the body’s own immune system fight tumors, a new study shows. In experiments with mice, the nanoparticle-based therapy not only wiped out the original targeted breast cancer tumors, but metastases in other parts of the body as well. Human clinical trials with the new therapy could begin within the next several months, researchers say.
The search for drugs that spur the immune system to fight tumors is one of the hottest fields in cancer research. Immune sentries, known as T cells, are normally on the prowl for suspicious looking targets, such as bacterial invaders and potential tumor cells. If they recognize one, they sound the alarm, inducing other immune cells to mount a larger response. However, the T cells’ alarm can be muted by so-called immune checkpoints, other proteins on the surface of normal cells that tamp down the immune response to prevent harmful autoimmune reaction to normal tissue. Tumor cells often over express these checkpoint molecules, putting the brakes on the immune system’s search and destroy work.
To overcome that problem, pharmaceutical companies have developed a number of different antibody proteins that block these overexpressed checkpoint molecules and enable the immune system to target tumors. In cases where there are lots of T cells in the vicinity of a tumor, or where tumor cells have undergone large numbers of mutations, which creates additional targets for immune sentries, T cells will signal a full-fledged immune response to the cancer. Such cancer immunotherapy can add extra years to patients’ lives.

Bibliografía

Service, R. F. (5 de January de 2017). Science mag. Obtenido de http://www.sciencemag.org/news/2017/01/nanoparticles-awaken-immune-cells-fight-cancer

Friday, October 13, 2017

Dopaje de Nanopartículas con Metales de Transición

El dopaje de nanopartículas con metales de transición es de gran interés debido a las nuevas propiedades tanto ópticas como magnéticas (entre otras) que pueden ser observadas al hacerlo; en específico, el dopaje de puntos cuánticos con manganeso ha recibido una elevada atención debido a que la unión de la intensa luminiscencia de este metal de transición con la gran absorción de los puntos cuánticos vuelven a esta nanoformulación prometedora para aplicaciones variadas, esto como resultado de la interacción de acarreadores de carga fotogenerados en los puntos cuánticos con el momento magnético elevado de los iones manganeso (II), el cual es un metal de transición d5.
Por otro lado, debe mencionarse que en la actualidad los nanocristales de perovskita han atraído gran interés debido a que tienen un rendimiento cuántico casi unitario en un rango espectral muy amplio en el que también se incluye la zona del visible, razón por la cual se están estudiando nuevas rutas de síntesis para estos materiales que permitan controlar sus propiedades ópticas y su estabilidad química. Una manera de controlar dichas propiedades podría ser el dopaje de estos materiales, para lo que el manganeso abre muchas posibilidades en cuanto a emisión intensa de radiación; la caracterización de sus propiedades ópticas, sin embargo, debe tener en cuenta que los espectros de emisión y excitación de la nanoformulación incluirán picos que correspondan a la transición intraconfiguracional del manganeso entre los microestados 4T1 a 6A1, y que los cálculos que expliquen la estructura fina de los espectros de estos materiales aún están en desarrollo. Un estudio realizado por investigadores de la Utrecht University y la National Taipei University of Technology en este año reportó la síntesis de una nanoformulación como la descrita con anterioridad, creando nanocristales del tipo CsPbCl3 dopados con manganeso (II) a través de un sencillo método que puede ser llevado a cabo a temperatura ambiente, estudiando la repercusión que distintos parámetros en la síntesis de los mismos tienen en sus características ópticas.

Referencia
Xu, K., Lin, C. C., Xie, X., & Meijerink, A. (2017). Efficient and Stable Luminescence from Mn2+ in Core and Core–Isocrystalline Shell CsPbCl3 Perovskite Nanocrystals. Chemistry of Materials29(10), 4265-4272.

Sunday, October 08, 2017

European XFEL: Se lanza en Hamburgo el mayor laser de rayos X del mundo


A partir del 1 de septiembre de 2017 comenzará a funcionar el European XFEL - el mayor laser de rayos-X del mundo. La instalación de investigación, que tiene un valor de 1.220 millones de euros y están situadas en la región metropolitana de Hamburgo, implican a 11 países de Europa.
La instalación son un proyecto de superlativos: con 27.000 flashes de rayos-X por segundo y una luminosidad 1.000 millones de veces superior a la de las mejores Fuentes convencionales de rayos-X, XFEL abrirá enteramente nuevas oportunidades de investigación y ayudará a trascender los actuales vínculos de la investigación de la ciencia. Permitirá a los científicos internacionales descifrar la composición molecular de los virus y células, tomando imágenes de tres dimensiones del nanomundo, reacciones químicas de películas y procesos de estudios que se producen muy dentro de los planetas. XFEL ayudará a desarrollar, por ejemplo, nuevos medicamentos y nuevos materiales.

Se lanzará a través de la Ministra de Investigación de Alemania, Johanna Wanka, el Primer Alcalde de Hamburgo, Olaf Scholz, el Ministro de Ciencias de Schleswig-Holstein, Karin Prien, el Asesor del Presidente de Rusia, Andrei Fursenko, el Ministro de Investigación de Francia, Frédérique Vidal, y otros representantes de alta graduación. A ellos se unirán varios investigadores externos, que actualmente están preparando sus primeros experimentos a mediados de septiembre.

Para mayor información visita http://www.quimica.es/noticias/164784/european-xfel-se-lanza-en-hamburgo-el-mayor-laser-de-rayos-x-del-mundo.html

Saturday, October 07, 2017

El efecto Jahn-Teller en la simulación del cobre (II)

Los metales transicionales están presentes en la mayoría de las proteínas, formando complejos con ellas que les dan características catalíticas, electrónicas y estructurales requeridas para su rol biológico. Las simulaciones de dinámica molecular son frecuentemente aplicadas para comprender la dinámica de las metaloproteínas, misma que podría revelar importante información del papel que estas juegan en distintos procesos biológicos tales como la protección celular contra estrés oxidativo. Sin embargo, una desventaja de la aplicación de estas simulaciones en metaloproteínas es que los campos de fuerza incluidos en las mismas (representando los efectos electrónicos en torno al ion metálico) no tienen los parámetros necesarios para representar al centro metálico con precisión.
Mientras que algunos de los modelos utilizados en las simulaciones representan a los iones metálicos como esferas de van der Waals, otros lo hacen a través de la introducción de enlaces artificiales entre el metal y los ligantes. Las desventajas de estos modelos son distintas para cada uno, pero involucran eventos como la ausencia de la consideración del posible intercambio de ligantes o la interconversión entre distintas geometrías. Un modelo que busca resolver estos inconvenientes es el dummy model al presentar una aproximación no enlazada de dummy atoms con el centro metálico; sin embargo, pese a que este modelo ha proveído modelos viables para iones de zinc, calcio o níquel con distintas geometrías, encontró un inconveniente en el caso del cobre (II) debido a la distorsión Jahn-Teller que este presenta dada su configuración electrónica d9.
A manera de solucionar esto, un equipo de investigadores internacionales presentó en 2015 un dummy model para el cobre capaz de reproducir las propiedades de coordinación y conformación del ion metálico; previo a esto, otro estudio había presentado un modelo basado en teoría de traslape angular que, pese a contemplar el efecto Jahn Teller en el cobre, implicaba un costo computacional muy alto. Entre los hallazgos encontrados en el estudio se encuentran la preferencia por la formación de enlaces coordinados en las posiciones ecuatoriales del cobre (II) en solución acuosa, así como ciertos datos sobre la interacción de este ion metálico con péptidos beta-amiloides, lo cual podría ser de importancia para el estudio del Alzheimer.

Referencia:
Liao, Q., Kamerlin, S. C. L., & Strodel, B. (2015). Development and Application of a Nonbonded Cu2+ Model That Includes the Jahn–Teller Effect. The journal of physical chemistry letters6(13), 2657-2662.

Friday, October 06, 2017

Inmobilización de complejos de lantánidos en nanopartículas mesoporosas de sílice

El descubrimiento de los materiales mesoporosos de sílice ha captado el interés científico debido a su alta área superficial, así como a su distribución uniforme de tamaño de poro y la posibilidad de ajustar los mismos según se requiera, siendo en la actualidad estudiados para la entrega de medicamentos, el marcaje celular y la liberación controlada de fármacos. Entre las características positivas de este nanomaterial se encuentra que parece ser un buen huésped para complejos formados con lantánidos, mismos que podrían ser aplicados en imagenología biomédica, terapia génica o entrega de medicamentos.
En general, los complejos de lantánidos con luminóforos son útiles debido a que presentan una alta eficiencia cuántica, líneas de emisión intensas, largos tiempos de vida y una alta pureza de sus colores bajo excitación ultravioleta; no obstante, su uso en aplicaciones prácticas no ha sido elevado debido a que cuentan con una baja estabilidad térmica, así como una baja fuerza mecánica. Sin embargo, la incorporación de estos complejos en materiales mesoporosos de sílice ha mostrado mejorar la estabilidad fototérmica de los complejos, así como disminuir el self-quenching resultante del efecto de concentración.
Un ejemplo de esto puede observarse en un estudio publicado en el 2010 por investigadores en la universidad de Jilin en China (véase la referencia incluida más abajo), el cual relata la utilización de nanopartículas mesoporosas de sílice coloidales como materiales para la inmobilización de complejos de lantánidos con ácido imidazoldicarboxílico, un ligante para proteger y sensibilizar al ion metálico. Los nanomateriales fotoluminiscentes sintetizados muestran una luminiscencia atribuida principalmente a transiciones de 5D4 a 7F5 y de 5D0 a 7F2, cuentan con un largo tiempo de fluorescencia y presentan fotoluminiscencias rojas y verdes intensas; de igual manera, estos nanomateriales cuentan con una estabilidad coloidal que, se presagia, les proveerá ventajas para aplicaciones potenciales en entrega de fármacos e imagenología óptica.

Referencia:
Zhang, D., Wang, X., Qiao, Z. A., Tang, D., Liu, Y., & Huo, Q. (2010). Synthesis and characterization of novel lanthanide (III) complexes-functionalized mesoporous silica nanoparticles as fluorescent nanomaterials. The Journal of Physical Chemistry C114(29), 12505-12510.

Binary temporal upconversion codes of Mn2+-activated nanoparticles for multilevel anti-counterfeiting

Optical characteristics of luminescent materials, such as emission profile and lifetime, play an important role in their applications in opt...