Llegan los citobots

En un fascinante avance tecnológico, se ha logrado crear un dispositivo robótico bioelectromecánico de tamaño nanométrico que en cierto modo es un cíborg de bacteria. Se basa en puntos cuánticos de grafeno conectados a una única espora (“semilla”) bacteriana. El resultado se ha descrito como un citobot.

A medida que la nanotecnología hace posible un mundo de máquinas demasiado pequeñas para ser vistas a ojo desnudo, los investigadores están encontrando formas de combinar organismos vivos con maquinaria inanimada para lograr aplicaciones capaces de resolver numerosos problemas en campos como por ejemplo la medicina.

Como otros biorrobots de primera generación, el nuevo nanocíborg diseñado en la Universidad de Illinois en Chicago, estados Unidos, está muy lejos de Robocop, un ejemplo de cíborg de humano aportado por el cine de ciencia-ficción. Al nuevo biorrobot se le puede describir como un cíborg simple de bacteria, o más concretamente un citobot.

Un cíborg es un híbrido, más o menos decantado hacia una u otra orilla, de ser vivo y robot.

El equipo del ingeniero químico Vikas Berry, de la Universidad de Illinois en Chicago, Estados Unidos, logró implantar puntos cuánticos de grafeno en la superficie de una espora bacteriana, y después acopló electrodos en ambos lados de la espora.

A continuación, Berry y sus colegas cambiaron la humedad alrededor de esta última.

Los puntos cuánticos de grafeno depositados sobre una bacteria en proceso de formar una espora, dan como resultado una espora recubierta de tales estructuras. Al conectar unos electrodos a la célula, se obtiene un dispositivo bioelectrónico muy sensible a la humedad. Es la espora la que reacciona vivamente a la humedad, y entonces su reacción se traduce en una respuesta electrónica de los puntos cuánticos de grafeno. (Imagen: Berry Research Laboratory, UIC)

Cuando la humedad bajaba, la espora se encogía al expulsarse agua fuera de ella. Durante este proceso, los puntos cuánticos se acercaban, aumentando su conductividad, medida por los electrodos.

Los investigadores percibían un cambio muy agudo en el momento en que cambiaban la humedad. La respuesta era 10 veces más rápida que la ofrecida por un sensor hecho con los más avanzados polímeros artificiales para absorción de agua.

Se registró también una mejor sensibilidad en situaciones extremas de baja humedad y baja presión. 

Desarrollan un innovador sensor de fuerza a partir de nanotubos de carbono

Un grupo de investigadores de Rusia, Bielorrusia y España ha desarrollado un sensor de fuerza microscópico basado en nanotubos de carbono.

El diseño se fundamenta en el uso de dos nanotubos, cuyos extremos abiertos se colocan uno frente al otro. Al aplicarles un voltaje, a través del circuito fluye una corriente de unos 10 nanoamperios.

Las paredes de los nanotubos de carbono son conductores buenos, y por el espacio que queda entre los extremos de los nanotubos la corriente fluye gracias al Efecto Túnel, que es un fenómeno cuántico en el que los electrones atraviesan una barrera considerada insuperable en la mecánica clásica.

Esta corriente se denomina corriente de túnel y se utiliza ampliamente en diversos ámbitos. Un ejemplo es el microscopio de Efecto Túnel (o microscopio STM), en el que se escanea la superficie de una muestra usando una aguja muy fina con voltaje aplicado. La aguja pasa sobre la superficie, y la magnitud de la corriente que fluye a través de ella muestra la distancia hasta la muestra con tal exactitud que el microscopio STM puede detectar protuberancias de un átomo de altura.

El equipo integrado, entre otros, por Yury Lozovik, del Instituto de Física y Tecnología de Moscú en Rusia, Andrey Popov, del Instituto de Espectroscopia adscrito a la Academia Rusa de Ciencias, e Irina V. Lebedeva, de la Universidad del País Vasco (UPV/EHU) en España, utilizó la relación entre la corriente de túnel y la distancia entre los extremos de los nanotubos para determinar la posición relativa de los nanotubos de carbono y así medir la magnitud de la fuerza externa ejercida sobre ellos.

Con el nuevo sensor es factible registrar fuerzas de unas pocas décimas de nanonewton.

Bacterias usan partículas magnéticas para crear una batería natural

Científicos de la universidad de Tübingen descubrieron que ciertas bacterias pueden usar partículas magnéticas para extraer y regresar electrones, creando así baterías naturales que pueden tener grandes consecuencias en las maneras en las que se tratan desechos y la contaminación de los suelos.

Se hicieron pruebas para determinar el comportamiento de esta bacteria, Rhodopseudomonas palustris. Se cultivó la tierra en la cual crecerían las bacterias y se les expuso a una luz que simulaba la luz solar durante el día. Las bacterias interactuaron con el metal, restándole electrones a éste y durante la noche, regresaban los electrones. Este ciclo se repetía día a día, noche tras noche. Los potenciales de reducción y oxidación que tienen estas bacterias no sólo se probaron con el metal, se les expuso a partículas magnéticas, como la magnetita y se descubrió que las bacterias hacían lo mismo con una mayor efectividad.

Se puede inferir que estas bacterias pueden sobrevivir en lugares en los que otras no, ya que su principal fuente de energía son los electrones que extraen de los metales. Los usos potenciales de este tipo de bacterias podrían ser para degradar componentes de una manera más efectiva y barata. Un uso que se le puede dar es para la degradación de metales tóxicos, como el Cr(IV) el cual al ser expuesto a las bacterias puede ser reducido a Cr(III) y ser tratado de maneras más sencillas y baratas que el Cr(IV) que es altamente tóxico.

Las posibilidades de usos bioingenieriles para estas bacterias es enorme, pero dado se reciente descubrimiento aún se están haciendo las investigaciones necesarias para que se pueda saber exactamente de qué manera se podrían usar y cuánto costaría.

1. James M. Byrne, Nicole Klueglein, Carolyn Pearce, Kevin M. Rosso, Erwin Appel, Andreas Kappler. Redox cycling of Fe(II) and Fe(III) in magnetite by Fe-metabolizing bacteria. Science, 2015 DOI: 10.1126/science.aaa4834

Nanopartículas y DNA Origami para combatir el cáncer

Como es bien sabido, la medicina se halla intentando encontrar tanto un buen método para localizar el cáncer como una cura eficaz del mismo. Ahora bien, varios intentos se han hecho para alcanzar tal meta; enfocándonos únicamente en la nanotecnología, distintas nanopartículas han sido utilizadas para esto, tales como nanopartículas coloidales de oro, de liposomas, de lípidos, de carbono o los hidrogeles, y, pese a que su uso en el tratamiento del cáncer ha mostrado resultados prometedores (como una mejor localización del tratamiento y una mayor absorción celular del medicamento), es importante recalcar que en muchos casos estas nanopartículas no son biocompatibles, lo cual exige que sean funcionalizadas mediante distintos métodos para evitar que tengan efectos adversos en nuestro organismo como consecuencia de su elevada toxicidad.

Además de ello, es importante añadir que las investigaciones con nanopartículas no han podido, hasta el momento y pese a sus avances, aportar una resolución suficiente para su principal propósito, que es la entrega directa de medicamento para eliminar a las células enfermas. Tal como lo mencionan Jani, Patel, Sharma y otros investigadores en su artículo del 2013: "Pese a la variedad de prometedores medicamentos para combatir el cáncer que han sido desarrollados en décadas pasadas, la entrega efectiva de medicamento a las células cancerígenas continúa siendo un reto. Muchas de las medicinas usadas actualmente atacan a células que se dividen con rapidez, como las células cancerígenas, pero también al tejido estomacal, a los folículos capilares o tanto a los glóbulos rojos como a los blancos, conllevando a los numerosos efectos secundarios de la quimioterapia."

Es por lo anterior que la utilización de nanoestructuras de ADN para combatir el cáncer es mucho más prometedora, ya que estas estructuras son naturalmente biocompatibles y pueden ser funcionalizadas de maneras muy versátiles para que cumplan con distintas tareas de manera más sencilla. Así, estas tareas podrían enfocarse en las metas actuales de la nanomedicina para combatir el cáncer: conseguir un diagnóstico certero y una eficiente entrega de medicamento directamente a las células enfermas.

Eduardo Camarillo Abad

150536

Fuente:http://www.livingknowledge.org/discussion/debate/ticket/liposomal-drug-delivery-systems/

Marte, el planeta rojo

Los últimos datos del rover Curiosity de la NASA revelan, por primera vez, compuestos de nitrógeno en la superficie del planeta Marte. La presencia de nitrógeno (concretamente de óxido nítrico) es esencial para la vida. Este descubrimiento aporta, por tanto, nuevas pistas de que Marte pudo haber albergado vida en algún momento de su historia antes de volverse seco y estéril.

Previamente se había detectado nitrógeno en la atmósfera del planeta rojo, pero nunca antes se habían encontrado nitratos en la superficie, tanto en muestras de polvo superficial como en sedimentos del antiguo lago del cráter Gale marciano. Los resultados además son completamente fiables, ya que el instrumento SAM del rover ha sido muy riguroso descartando posibles contaminaciones con nitrógeno de la Tierra.

“Nunca antes se habían identificado compuestos de nitrógeno en la superficie de Marte, ni in situ a través de rovers o landers, ni con orbitadores; tan sólo había aparecido en algunos meteoritos marcianos”, afirma a la agencia Sinc Alberto G. Fairen, coautor del estudio.

La concentración de nitrógeno de la superficie de Marte es de 20-250 nanomoles en forma de óxido nítrico o monóxido de nitrógeno, lo que sugiere que “la existencia de una fuente de nitrógeno bioquímicamente accesible en Marte parece un requisito fundamental para la posible habitabilidad del planeta”, aclara Fairen. Y es que la vida funciona con nitrógeno hasta que se ejecuta en carbono.

A la hora de valorar qué generó esta aparición de nitratos, los científicos creen que estos se crearon durante un choque térmico, probablemente a través del impacto de un asteroide.

El primer router fotónico del mundo

     Unos científicos han demostrado por vez primera un router (rúter o enrutador) fotónico, un dispositivo cuántico basado en un único átomo que permite enrutar fotones individuales mediante la acción de otros fotones individuales. El logro, obra del equipo de Barak Dayan, Itay Shomroni, Serge Rosenblum, Yulia Lovsky, Orel Bechler y Gabriel Guendleman, todos ellos del Instituto Weizmann de Ciencia, en Israel, es un paso importante hacia la ambiciosa meta de construir una computadora cuántica plenamente funcional y práctica.

En cierto modo, el dispositivo actúa como el equivalente fotónico de los transistores electrónicos, que cambian corrientes eléctricas en respuesta a otras corrientes eléctricas.

Los fotones no son sólo las unidades que comprenden el flujo de información, sino también las que controlan el dispositivo.

En el núcleo del aparato se halla un átomo que, a modo de conmutador, puede cambiar entre dos estados. El estado es definido mediante el envío de una única partícula de luz, o fotón, desde la derecha o desde la izquierda, a través de una fibra óptica. Entonces, el átomo, en respuesta a ello, refleja o transmite el siguiente fotón que le llega, siguiendo unas pautas. Por ejemplo, en un estado, un fotón procedente de la derecha continúa en su camino hacia la izquierda, mientras que un fotón procedente de la izquierda es reflejado hacia atrás, causando que se invierta el estado atómico. 

En este estado invertido, el átomo deja que los fotones que llegan desde la izquierda continúen en la misma dirección, mientras que cualquier fotón que llegue desde la derecha es reflejado hacia atrás, volviéndose de nuevo a invertir el estado atómico. Este interruptor atómico funciona sólo mediante fotones individuales, no se necesitan campos externos adicionales.

Ilustración del concepto en el que se basa el router fotónico creado por el equipo del Instituto Weizmann. En el centro, se halla el átomo individual (señalado en color naranja) que enruta los fotones (en amarillo) en diferentes direcciones.
Este logro se hizo posible mediante la combinación de dos tecnologías de vanguardia. Una es la captura y el enfriamiento de átomos mediante láser. La otra es la fabricación de resonadores ópticos miniaturizados de calidad ultraelevada, basados en chips, que se acoplan directamente a las fibras ópticas.

Fernando Edsel Guerra Vega 150537

Micromotores energizados por ácido estomacal para funcionar dentro del cuerpo

        Unos micromotores alimentados por ácido estomacal han funcionado con éxito dentro de un ratón vivo. Los diminutos motores de esta clase, cada uno con un diámetro aproximado de una quinta parte del grosor de un cabello humano, podrían algún día ofrecer una forma más segura y eficiente de aplicar fármacos a puntos precisos del interior del cuerpo, o diagnosticar tumores, entre otras aplicaciones potenciales. El experimento es el primero que muestra que estos micromotores pueden operar con seguridad en un animal vivo.

Imagen de los micromotores captada mediante microscopio electrónico de barrido.

El experimento verifica que este motor puede funcionar en un animal de verdad y que

se puede utilizar de forma segura.

Los ácidos estomacales reaccionan con el zinc del motor, generando así un chorro de microburbujas de hidrógeno que lo propulsa hacia adelante.

Dado que el ácido disuelve estos motores de zinc, desaparecen en unos pocos días sin dejar rastros de sustancias tóxicas.

   Fernando Edsel Guerra Vega 150537

Vibraciones en las hojas mejoran la eficiencia de la fotosíntesis.

Biofísicos de la Universidad de Michigan, han usado cortos pulsos de luz para investigar la mecánica de la fotosíntesis y definir el papel que las vibraciones moleculares juegan en la conversión de energía que alimenta la vida en nuestro planeta.

Los hallazgos, publicados en Nature Chemistry, podrían potencialmente ayudar a los ingenieros a hacer células solares y sistemas de almacenamiento de energía más eficientes, además de aportar pruebas nuevas a un debate en curso de “biología cuántica” sobre cómo se las arregla exactamente la fotosíntesis para ser tan eficiente.

A través de la fotosíntesis, las plantas y algunas bacterias convierten la luz solar, el agua y el dióxido de carbono en alimentos para sí mismos y oxígeno para que los animales respiren. Quizás es el proceso bioquímico más importante en la Tierra, pero los científicos aún no entienden completamente cómo funciona.

“Los sistemas fotosintéticos biológicos y artificiales absorben luz y la convierten en energía. En el caso de la fotosíntesis natural, la separación de la carga conduce a energía bioquímica. En los sistemas artificiales, queremos coger esa separación de carga y utilizarla para generar electricidad o alguna otra fuente de energía como los biocombustibles”, explica Jennifer Ogilvie, profesora asociada de física y biofísica en la Universidad de Michigan y autora principal de un artículo sobre los resultados que se publicará en Nature Chemistry.

Los investigadores trabajaron con Charles Yocum, profesor emérito en el Departamento de Biología Molecular, Biología Celular y del Desarrollo, y el Departamento de Química en el Colegio de Literatura, Ciencias y Artes de UM para extraer lo que se llaman los centros de reacción del fotosistema II de las hojas. Situado en los cloroplastos de las células vegetales, el fotosistema II es el grupo de proteínas y pigmentos que hace el trabajo pesado en la fotosíntesis y es también la enzima natural que se sabe que utiliza la energía solar para dividir el agua en hidrógeno y oxígeno.

Los investigadores utilizaron su método espectroscópico único para excitar los complejos del fotosistema II y examinar las señales que se produjeron, de forma que obtuvieron conocimientos acerca de las vías en las hojas que recogen energía y carga.

“Podemos rastrear cuidadosamente lo que está pasando —subraya Ogilvie—. Podemos ver qué energía se transfiere y cuándo se ha producido la separación de carga.” Las señales espectroscópicas que capturaron contenían ecos de larga duración, que revelaban movimientos vibratorios específicos que ocurrieron durante la separación de la carga.

“Lo que hemos encontrado es que cuando la distancia en el nivel de energía se encuentra cerca de las frecuencias de vibración, se puede obtener una mayor separación de la carga”, detalla Ogilvie. Esta experta prevé utilizar esta información para alterar el diseño del proceso en los materiales que tienen la estructura vibracional y electrónica apropiada para imitar este proceso de separación de carga altamente eficiente.

Referencia:

http://www.teorema.com.mx/biodiversidad/ecosistemas/la-fotosintesis-el-proceso-bioquimico-mas-importante-de-la-tierra/

Beatríz López

ID.149823

Sensor molecular de bolsillo.

SCIO es un dispositivo que realiza un análisis de alimentos y otros elementos a través de una espectroscopia infrarroja cercana, ofreciendo resultados rápidamente sobre la calidad, su composición química o valor nutricional.

Desarrollado por Consumer Physics, una empresa israelí, el sensor realiza los análisis mediante una espectroscopia infrarroja cercana, ideal para el análisis de compuestos que contengan grupos funcionales con hidrógenos unidos a carbonos, nitrógenos y oxígenos. Esto es porque cada molécula vibra de manera única y estas vibraciones interactúan con la luz para crear una firma óptica única. Con esto logramos conocer la composición química de los materiales, ofreciendo información sobre composición, valores nutricionales, etc. Además de los alimentos, es capaz de analizar aceites, plásticos, combustibles, plantas o medicamentos, de los análisis que realiza se puede obtener información como el estado de frescura y calidad de frutas y verduras, autentificar la composición de suplementos alimenticios u otros medicamentos, obtener información nutricional de salsas y aderezos, carnes y mucho más.

En este video se muestra sus usos y como funciona: https://www.youtube.com/watch?t=80&v=ejl6gGgR9_g

Los espectrómetros son utilizados en laboratorios y son muy caros, pero la compañía ha logrado producir un espectrómetro barato y ha diseñado una base de datos que recibe los datos que los usuarios analicen y así aumentar la base. 

Referencia:

http://www.gastronomiaycia.com/2015/03/10/scio-sensor-molecular-domestico-para-conocer-la-composicion-quimica-de-los-alimentos/

Beatríz López

ID.149823

Nanopartículas capaces de entrar en células cancerosas cerebrales e implantarles instrucciones genéticas.

Se ha conseguido crear nanopartículas biodegradables capaces de transportar ADN hasta células de cáncer cerebral en ratones. Los resultados de los primeros experimentos sugieren que estas partículas, si se las carga con los genes letales adecuados, podrían ser suministradas en un futuro a pacientes con cáncer cerebral durante una neurocirugía para matar selectivamente las células tumorales remanentes sin dañar el tejido cerebral normal.

En los experimentos llevados a cabo por el equipo del Dr. Alfredo Quiñones-Hinojosa, profesor de neurocirugía en la Escuela de Medicina de la Universidad Johns Hopkins, en Baltimore, Maryland, Estados Unidos, las nanopartículas consiguieron con éxito insertar un gen en células cancerosas cerebrales de ratones, donde se activó. En cambio, en células cerebrales sanas eso no ocurrió. Esto demuestra que es factible que dichas nanopartículas, actuando a modo de Caballos de Troya, puedan en el futuro transportar genes que selectivamente induzcan la muerte en células cancerosas, dejando intactas a las células sanas.

El equipo de Quiñones-Hinojosa, Jordan Green, Hugo Guerrero-Cázares, Stephany Tzeng, Noah Young y Ameer Abutaleb se centró en glioblastomas, la forma más letal y agresiva de cáncer cerebral. Con los tratamientos estándar de cirugía, quimioterapia y radioterapia, el tiempo medio de supervivencia es de sólo 14,6 meses. Poder matar a las células tumorales resistentes a los tratamientos estándar aumentaría drásticamente la esperanza de vida de los pacientes.

Si todo progresa como se espera, durante una intervención quirúrgica, las nuevas nanopartículas, cargadas con los genes letales adecuados, podrían ser liberadas en la zona del cerebro del paciente afectada por un tumor, y matarían selectivamente a cualquier célula tumoral remanente sin dañar el tejido cerebral normal.

Moléculas de plástico biodegradable, representadas en color naranja, se autoensamblan con moléculas de ADN, representadas entrelazadas en círculos negros, para formar nanopartículas diminutas que pueden insertar genes dentro de células cancerosas. (Imagen: Stephany Tzeng)

En los experimentos recientes, el gen con el que se cargó a las nanopartículas ponía en marcha la producción de proteínas emisoras de luz, por lo que era fácil ver si el gen se insertaba y activaba o no en cada tipo de célula.

Los investigadores inyectaron las partículas directamente en ratones con un tumor cerebral canceroso humano, y en el cerebro de ratones sanos utilizados para comparación. Las células sanas rara vez produjeron las proteínas emisoras de luz, a pesar de que se les suministró partículas portadoras de ADN en una cantidad similar a la recibida por las células tumorales.

Estas nanopartículas se pueden liofilizar y mantenerse almacenadas durante al menos dos años sin perder su eficacia. Esto permitirá fabricarlas en grandes cantidades, distribuirlas con menos limitaciones, y, en definitiva, facilitar su uso allá donde se las necesite.

Fuente: http://noticiasdelaciencia.com/not/10549/nanoparticulas-capaces-de-entrar-en-celulas-cancerosas-cerebrales-e-implantarles-instrucciones-geneticas/

Nanocápsulas antitumorales biodegradables.

A fin de disponer de un método para tratar de modo más preciso y menos invasivo tumores cancerosos, un equipo de especialistas ha desarrollado una cápsula degradable nanométrica para transportar proteínas hasta células cancerosas y frenar el crecimiento de tumores sin dañar a las células sanas.

Estas diminutas cápsulas, compuestas de un polímero soluble en agua, administran de forma segura un complejo proteico al núcleo de células cancerosas para inducir su muerte. Las cápsulas, que con sus 100 nanómetros tienen aproximadamente la mitad del tamaño de la bacteria más pequeña, se degradan sin causar daños en las células no cancerosas.

El proceso no presenta el riesgo de mutación genética que sí tienen ciertas terapias genéticas contra el cáncer, ni el riesgo de dañar células sanas que es inherente a la quimioterapia, la cual no discrimina de modo lo bastante efectivo entre células sanas y cancerosas.

Este prometedor avance tecnológico es obra de un equipo de investigadores dirigido por Yi Tang, profesor de ingeniería química y biomolecular en la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA).

El material que destruye a las células, apoptina, es un complejo proteico obtenido de un virus que provoca anemia en los pájaros. Esta carga proteica se acumula en el núcleo de las células cancerosas e indica a éstas que realicen una autodestrucción programada.

Fuente:  http://noticiasdelaciencia.com/not/6556/nanocapsulas-antitumorales-biodegradables/

Microcápsulas para capturar y almacenar dióxido de carbono

El dióxido de carbono (CO2) es un gas con efecto invernadero que atrapa el calor y calienta al planeta y la fuente individual mas grande de este gas son las centrales generadoras de electricidad. En Estados Unidos, según datos de la Agencia estadounidense de Protección Ambiental (EPA), las centrales que emplean carbón y gas natural fueron responsables de un tercio de las emisiones estadounidenses de gas con efecto invernadero en 2012.

La asociación ha propuesto leyes que ordenen reducir de forma drástica las emisiones de carbono en todas las centrales eléctricas de nueva construcción que empleen combustibles fósiles, pero para satisfacer los nuevos estándares se requerirá que los operadores de dichas centrales las equipen con tecnología que atrape al carbono.

La actual tecnología de captura del carbono utiliza disolventes para separar el CO2 del gas que escapa por las chimeneas de una central. Pero estos procesos vanguardistas son caros, suponen una reducción notable de la producción energética de la planta y producen subproductos tóxicos.

La situación podría mejorar mucho en un futuro cercano, gracias a una nueva clase de materiales que posibilitan un proceso más seguro, más barato y energéticamente más eficiente para retirar el gas con efecto invernadero de las emisiones de las centrales eléctricas. Éste es fruto del trabajo de un equipo de científicos dirigido desde la Universidad Harvard y el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL), ambas instituciones en Estados Unidos.

El equipo de Jennifer A. Lewis empleó una técnica de ensamblaje microfluídico para producir microcápsulas que contienen agentes líquidos alojados en carcasas de polímero altamente permeables capaces de atrapar CO2. Tienen importantes ventajas de rendimiento sobre los materiales de absorción de carbono que se usan en las técnicas convencionales de captura y almacenamiento de éste.

La nueva técnica emplea como material al carbonato de sodio para atrapar y retener CO2, este material es una sustancia abundante y respetuosa con el medio ambiente. Las nuevas microcápsulas alcanzan un incremento de un orden de magnitud en la tasa de absorción del CO2 en comparación con las sustancias usadas actualmente en la captura del carbono. Otra ventaja es que muchas de estas sustancias usadas en las técnicas convencionales se descomponen con el paso del tiempo, mientras que los carbonatos tienen una vida útil  virtualmente ilimitada.

Fuente: http://noticiasdelaciencia.com/not/13086/microcapsulas-para-capturar-y-almacenar-dioxido-de-carbono/

Ariadna Celina Gutiérrez González

148544

Electrohilado para pilas ión-litio por un papel de silicio

Científicos han desarrollado un novedoso material parecido al papel, hecho a base de nanofibras de silicio 100 veces más delgadas que el grosor de un cabello humano, para pilas de ión-litio. Este material tiene el potencial de aumentar varias veces la energía específica, o cantidad de energía que puede ser suministrada por unidad de peso de la batería. Este avance puede beneficiar mucho a infinidad de aplicaciones, desde baterías de automóviles eléctricos hasta pilas para dispositivos electrónicos domésticos.

Mihri Ozkan, Cengiz S. Ozkan, Zach Favors, Hamed Hosseini Bay, Zafer Mutlu, Kazi Ahmed, Robert Ionescu y Rachel Ye, de la Universidad de California en Riverside, Estados Unidos, produjeron las nanofibras usando una técnica conocida como electrohilado.

Los ánodos de pila de ión-litio producidos de forma convencional están hechos usando papel de cobre recubierto con una mezcla de grafito, un aditivo conductor, y un polímero de pegado. Pero dado que el rendimiento del grafito ha sido casi explotado del todo, muchos investigadores están ya experimentando con otros materiales como el silicio, que tienen una capacidad específica o carga eléctrica por unidad de peso de la batería casi 10 veces más alta que la del grafito.

Las imágenes fueron obtenidas mediante microscopio electrónico de barrido y muestran lo siguiente: a) nanofibras de dióxido de silicio después de secarse; b) nanofibras de dióxido de silicio bajo un gran aumento; c) nanofibras de silicio después del grabado y d) nanofibras de silicio bajo un gran aumento. (Fotos: UC Riverside)

El problema con el silicio es que sufre de una expansión notable del volumen, lo cual puede degradar rápidamente la pila. La estructura de nanofibras de silicio creada en el laboratorio de Ozkan evita este problema y permite que la batería pueda ser recargada cientos de veces sin una degradación significativa.

Fuente: http://noticiasdelaciencia.com/not/13228/varias-veces-mas-energia-a-igual-peso-el-futuro-de-las-pilas-de-ion-litio-ofrecido-por-un-singular-ldquo-papel-rdquo-hecho-de-silicio/

Ariadna Celina Gutiérrez González

148544

Creación de un posible precursor de la vida

Si se lograra hallar el modo de crear sistemas vivos artificiales, se podría no sólo descubrir el origen de la vida, sino también el desarrollo de la tecnología futura.

Las protocélulas son los sistemas vivos más primitivos y simples en los que se puede pensar. El ancestro más antiguo de la vida en la tierra fue una protocélula, y cuando se ve en lo que al final ha conseguido evolucionar, resulta fácil entender por qué la comunidad científica se siente tan fascinada por ellas. Si la ciencia pudiese crear una protocélula artificial, se conseguiría un ingrediente básico para crear vida artificial más avanzada. Sin embargo, crear una es algo que hasta ahora nadie ha conseguido.

Actualmente, uno de los retos es crear las hebras de información que puedan ser heredadas por la descendencia de las células, incluyendo las protocélulas. Dichas hebras de información son como las hebras modernas de ARN o ADN, y se necesitan para controlar el metabolismo celular y proporcionar a la célula instrucciones sobre cómo dividirse.

Si una célula hija después de una división ha heredado información ligeramente alterada, este cambio puede resultar benéfico para hacerla más apta para sobrevivir. Entonces, podría ser seleccionada por las circunstancias y habría empezado una evolución.

El equipo de Steen Rasmussen, de la Universidad del Sur de Dinamarca, en un experimento virtual por ordenador, ha descubierto hebras de información con propiedades peculiares y una conducta intrigante.

El problema con las hebra de información se divide en dos partes principalmente: 

En primer lugar, las hebras moleculares se descomponen en agua. Esto significa que las hebras de información largas se “rompen” rápidamente en agua y se convierten en muchas hebras cortas. Así que es muy difícil mantener una población de hebras largas con el paso del tiempo.

En segundo lugar, es difícil hacer que esas moléculas se repliquen sin el uso de enzimas modernas, siendo más fácil realizar lo que se conoce como ligadura. Una ligadura es la conexión que se establece en cualquier combinación de dos hebras más cortas dando como resultado una más larga, con la ayuda de otra hebra larga coincidente. La ligadura es el mecanismo usado por los investigadores de la Universidad del Sur de Dinamarca.

En la nueva simulación por ordenador, las hebras de información empezaron a replicarse de forma rápida y eficiente como se esperaba. Sin embargo, los autores del estudio se sorprendieron al ver que el sistema había desarrollado rápidamente una cantidad igual de hebras de información cortas y largas, y además de eso, se había impuesto un claro patrón de selección de las hebras. Rasmussen y sus colegas pudieron ver que sólo ciertos patrones específicos de información estaban presentes en las hebras supervivientes. Pero, ¿Cómo podía ocurrir tal selección coordinada de hebras, cuando sabían que ellos no la habían programado? La explicación estaba en la forma en que las hebras interactuaban entre sí.

La conclusión es que se creó una red autocatalítica autoorganizada en el recipiente virtual, en el que Rasmussen y sus colegas vertieron los ingredientes para las hebras de información.

Una red autocatalítica es una red de moléculas que se catalizan la producción entre sí. Cada molécula puede ser formada por al menos una reacción química en la red, y cada reacción puede ser catalizada por al menos otra molécula en ella. Este proceso crea una red que exhibe una forma primitiva de metabolismo y un sistema de información que se replica de generación en generación.

Una red autocatalítica funciona como una comunidad; cada molécula equivale a un ciudadano que interacciona con otros y juntos ayudan a crear una sociedad.

Este montaje autocatalítico evolucionó deprisa a un estado donde existían hebras de todas las longitudes en concentraciones iguales, lo cual no es lo que normalmente se encuentra. Además, las hebras seleccionadas tenían patrones sorprendentemente similares, lo cual tampoco es habitual.

El equipo de Rasmussen cree que tal vez haya descubierto un proceso similar al que inicialmente dio pie a la primera forma de vida del planeta. Rasmussen y sus colegas no saben por supuesto si la vida se creó de esta forma, pero podría haber sido uno de los pasos. Quizá un proceso parecido creó concentraciones lo bastante altas de hebras de información más largas cuando apareció la primera protocélula.

Los mecanismos subyacentes en la formación y selección de hebras de información efectivas no son solo interesantes para los científicos que investigan el origen de la vida en la Tierra e intentan reproducir tan fascinante acontecimiento en el laboratorio. Tienen también valor para quienes trabajan en el diseño de la tecnología del mañana. Rasmussen y sus colegas buscan formas de crear tecnología que esté basada en procesos vivos y parecidos a la vida. El día que se logre esto, empezará una nueva era de la humanidad, donde los dispositivos tecnológicos puedan repararse a sí mismos, desarrollar nuevas propiedades y ser reutilizados infinidad de veces, entre muchas otras capacidades portentosas.

Fuente: http://noticiasdelaciencia.com/not/12355/las-claves-para-la-creacion-de-un-posible-precursor-de-la-vida/

Ariadna Celina Gutiérrez González

148544

Químicos mexicanos generan electricidad con nanofibras de titanio y bacterias

“La energía no se crea ni se destruye sólo se transforma”. Bajo esta máxima, químicos de la Universidad Autónoma de Nuevo León (UANL) aprovecharon la energía producida por la bacteria Escherichia coli (E. coli) al momento de alimentarse de glucosa, para transformarla en una fuente orgánica de bioelectricidad.

El investigador de la Facultad de Ciencias Químicas de la UANL, Eduardo Maximiano Sánchez Cervantes, explicó que estos dispositivos llamados celdas de combustible microbianas son artefactos electroquímicos que convierten la materia orgánica, como el contenido de las fosas sépticas o soluciones de glucosa, en energía bioeléctrica, al provocar un reacción de oxidación en los microoganismos exoelectrogénicos como la bacteria del E coli.

Este tipo de celdas de combustible microbianas funciona con el mismo principio de polaridad negativa y positiva que una batería convencional, aunque físicamente es semejante a un matraz con dos secciones. La energía generada a partir del experimento con las baterías fue la necesaria para iluminar un led, pero el propósito de la investigación es que a futuro puedan instalarse estos dispositivos en zonas donde existan fosas sépticas, ya sea en zonas rurales, casas o depósitos de aguas residuales, con la finalidad de generar bioenergía a partir de desechos orgánicos, comentó Eduardo Sánchez, líder de la investigación.

Durante el experimento, los químicos trabajaron en un área de uno a dos centímetros cuadrados, en la que sumergieron en solución de glucosa una malla metálica con el cultivo microbiano junto a una serie de electrodos. En este proceso la E.coli degrada la glucosa y provoca una reacción química de oxidación y genera electrones, los cuales transfieren a un circuito externo en las nanofibras de dióxido de titanio-carbón, donde pueden transferirse e iluminar un led.

Este material nanoestructurado con alta área superficial es biocompatible y puede hospedar una densa capa de E. coli electroactivadas, ya que por sí solas no son proactivas. Se aplica un pretratamiento con electricidad a un cultivo, se electrocutan y las que sobreviven se reproducen con una tendencia a soportar la carga eléctrica, a fin de que la tercera colonia sea electroactivada, y soporte la carga necesaria y transmita el electrón.

El máximo de densidad de corriente que generó la celda de combustible microbiana fue de ocho amperios por metro cuadrado, ya que al utilizar una red hecha con nanofibras duales de dióxido de titanio y carbono se almacena más energía. Sin embargo, durante las seis horas que duró la evaluación, la intensidad disminuyó hasta estabilizarse en un intervalo de cuatro y cinco, detalló el también doctor en Química del Estado Sólido por la Universidad Estatal de Arizona.

De igual manera, tras una serie de pruebas de conductividad eléctrica se demostró que las nanofibras de dióxido de titanio y carbono cuentan con las características necesarias para aplicarse en las celdas de combustible microbiana. Además de acuerdo con los resultados, mientras exista solución con glucosa los microorganismos seguirán produciendo energía, sin embargo, no se evaluó la capacidad de las celdas de combustible microbianas en función del tiempo de vida de las bacterias.

Estos dispositivos aún son una promesa tecnológica, debido a sus limitados rendimientos de energía, porque está en función de la tasa de transferencia de electrones de los microorganismos al ánodo, la resistencia del circuito de las nanofibras de dióxido de titanio y la transferencia de masa de protones en la solución de glucosa.

El desempeño del electrodo anódico se evaluó por amperometría, y se generó biocatalíticamente una densidad de corriente de 800 miliamperios por centímetro cuadrado. El siguiente paso en la investigación es escalar la batería microbiana y alterar los electrodos con óxido de cobre con el fin de lograr que la intensidad de corriente sea mayor a los 2-5 miliamperios por centímetro cuadrado, finalizó el académico de la UANL. (Fuente: AGENCIA ID/DICYT )