Logran resolver uno de los mayores obstáculos de la computación cuántica.

Un grupo de investigadores de la Fundación FOM y la Universidad Técnica de Delft, que trabajan juntos en el Instituto de Nanociencia Kavli, en los Paises Bajos ha tenido éxito en la detección y corrección de errores durante el almacenamiento de estados cuánticos en un diamante, informa el portal de ciencia PhysOrg.

La computación cuántica, por su parte, consta de partículas que forman los bits que pueden ser cero, uno, o cero y uno a la vez. Estos bits cuánticos permiten nuevas y poderosas formas de procesar la información. Sin embargo, también son extremadamente vulnerables a los errores, tales como tirones accidentales de cero a uno o cambios en la fase de una superposición.  

Según explican los investigadores la importancia incondicional del descubrimiento, es que incluso los errores más pequeños de este tipo que se acumulan continuamente en la programación son capaces de borrar inevitablemente la información cuántica, por lo que, es tan crucial detectarlos y corregirlos a tiempo. 

Precisamente lo que han conseguido los cientificos fue una técnica para almacenar copias del estado cuántico en un diamante. La orientación de las partículas almacenadas de esta forma permite comprobar el entrelazamiento sin afectarlo. La otra ventaja de esta tecnología, es su capacidad de funcionamiento a temperaturas ambientales, ya que todos los métodos anteriores requerían bajas temperaturas y un vacío total.  

De acuerdo con los científicos, este descubrimiento es un paso adelante hacia la protección de la información cuántica frágil y en el futuro próximo podría hacer realidad la creación de una computadora cuántica que funcione.

Drug-delivering nano "drones"

Scientists have developed targeted, biodegradable nano "drones" to deliver anti-inflammatory drugs that heal and stabilize arterial plaque in mice. Their work could pave the way for more effective prevention of heart attack and stroke in humans caused by atherosclerosis, in which artery walls thicken and suffer reduced plasticity due to an accumulation of white blood cells.

The study, conducted by researchers from Colombia University Medical Center (CUMC), Brigham and Women’s Hospital (BWH) and Harvard Medical School (HMS), showed for the first time that it is possible to treat inflammation and repair plaques via highly targeted nanoparticles. It is also the first example of using targeted nanomedicine to reduce atherosclerosis in animals.

Essentially, the nanoparticles are injected into the bloodstream where they find their way to the arterial plaque, stick to them and release the healing peptides. Their small size – they are 1,000 times smaller than the tip of a single strand of human hair – and "sticky" surfaces enable them to accumulate and be retained within the plaques to facilitate healing and remodeling to block plaque rupture and thrombosis.

Researchers at BWH developed the nanoparticles using biodegradable, FDA-approved polymers engineered to carry the healing, stabilizing anti-inflammatory peptides. The polymers are designed to break up over time in the body.

After five weeks of treatment, mice with advanced artherosclerosis demonstrated significant repair to damaged arteries as well as stabilization of plaque. The study represents a different approach to treating atherosclerosis, the leading cause of death in the United States.

Trials on humans are still some years away, with further optimization and testing required. However, Dr Tabas expects that even better delivery to plaques can be obtained and improved healing possible than that provided with the current peptides.

The team envisions the drug would be given to people at the highest risk for heart disease, and that it would only work while the people are taking the nanoparticles. However, if at the same time, LDL-lowering therapy is also given and maintained indefinitely, then it's possible that the plaque-stabilizing nanomedicine could be discontinued after a few years.

Source: Columbia University Medical Center

Creación del primer nanoláser líquido

Unos científicos han desarrollado el primer nanoláser líquido. Y es ajustable en tiempo real, lo que significa que puede producir de forma rápida y simple colores diferentes, una característica única y muy útil. La tecnología podría tener importantes aplicaciones prácticas, en especial como una nueva forma de “laboratorio en un chip” para diagnósticos médicos.

Para comprender el concepto, imaginemos un puntero láser cuyo color pueda ser cambiado simplemente mediante cambios en un líquido situado en su interior, en vez de tener que usar un puntero láser diferente para cada color deseado.

Además de cambiar el color en tiempo real, el nanoláser líquido tiene ventajas adicionales frente a otros nanoláseres: es sencillo de fabricar, barato de producir en grandes cantidades, y opera a temperatura ambiente.

El logro es fruto de los esfuerzos del grupo de Teri Odom, experta en nanotecnología, y profesora de química así como de ciencia e ingeniería de los materiales en la Universidad del Noroeste en Evanston, Illinois, Estados Unidos.

Los láseres nanoscópicos, demostrados por vez primera en 2009, se encuentran actualmente solo en los laboratorios de investigación. Tienen, sin embargo, un gran interés por su potencial para materializar avances tecnológicos en diversos campos.

El nanoláser líquido del equipo de Odom no es un puntero láser sino un dispositivo láser en un chip. El color del láser puede ser cambiado en tiempo real cuando se modifica el tinte líquido en el canal microfluídico situado encima de la cavidad del láser.

La cavidad del láser está hecha de una matriz de nanopartículas de oro reflectantes, donde la luz es concentrada alrededor de cada nanopartícula y después amplificada. A diferencia de las cavidades convencionales de láser, no se necesitan espejos para que la luz rebote de un lado a otro.

Metal que puede rebotar el agua

El principio proviene de la hoja de loto: en la Universidad de Rochester, los investigadores han desarrollado un metal super hidrófobo se libra facilmente del agua.

Una gota de agua, que cae sobre este metal, rebota como en un trampolin. ¿Pero por que se necesita esta innovación en lo que a super hidrofobia se refiere? Chunlei Guo, profesor de óptica en Rochester, explica el propósito de su desarrollo con una sartén de teflón: el teflón hace que en las superficies impermeables las gotas empiecen a bajar con una inclinación de 70 grados.

En el metal superhidrofobo empiezan con una inclinación de 5 grados además, el efecto repelente al agua, no proviene de capas y por lo tanto jamás se acaba. A parte dicho material no puede formar hielo lo que es muy útil para las alas de aviones, cohetes, o para los paneles solares.

Hoja de loto sirvió como fuente de inspiración

El principio proviene de la hoja de loto. Su estructura superficial la ha transferido Guo al metal. La superficie del metal está provista de una nanoestructura con pulsos de láser de duración de una billonésima de segundo. Si se recuerda al hierro corrugado, o láminas, esto funciona en platino, titanio y bronce por igual: los metales son autolimpiables, el agua que les cae encima toma las partículas de suciedad. Ningún moho, no hay lugar para las bacterias. Algo interesante de aplicar a los inodoros.

150596
Fernanda Orta
Fuente: http://www.geo.de/GEO/natur/oekologie/nanotechnologie-dieses-metall-laesst-wasser-abprallen-80344.html

Los nanotubos de carbón ofrecen nuevas técnicas de terapia genética

Los nanotubos de carbón ofrecen nuevas técnicas de terapia genética

Gracias a los últimos avances científicos en la medicina, se han logrado identificar muchos de los genes relacionados con ciertas enfermedades, y actualmente investigaciones utilizan estos nuevos conocimientos para desarrollar nuevos tratamientos para dichas enfermedades.

Se cree que se podría reemplazar genes defectuosos o ausentes a través de la implantación en células humanas desde el exterior del mismo tipo de gen. Este proceso no resulta sencillo porque, como el ADN no puede traspasar las membranas células, se requiere la ayuda de un transportador. Ejemplos de este tipo de transportador incluyen un virus, un lisosoma o péptido especial. Un equipo europeo de investigadores ha desarrollado un nuevo método para introducir el ADN en células de mamíferos a través de nanotubos de carbón modificados.

Los nanotubos de carbón son estructuras diminutas con forma de aguja y fabricados con átomos de carbón.

Para utilizar nanotubos como transportador de genes, era necesario modificarlos. El equipo de investigadores logró enlazar al exterior de los nanotubos de carbón varias cadenas hechas de átomos de carbón y oxígeno cuyo lateral consiste en un grupo de aminos cargados positivamente (– NH3+). Esta pequeña alteración hace que los nanotubos sean solubles. Además, los grupos cargados positivamente atraen a los grupos de fosfatos cargados negativamente en el esqueleto del ADN. Al utilizar estas fuerzas electrostáticas atractivas, los científicos lograron fijar de forma sólida plasmidos al exterior de de los nanotubos. Luego contactaron los híbridos de nanotubo-ADN con su cultivo celular de células de mamífero.

El resultado fue que los nanotubos de carbón, junto con su cargamento de ADN, entraron dentro de la célula. Imágenes de microscopio electrónico mostraron la forma en la que los nanotubos penetraron la membrana celular.

Los nanotubos no dañan a las células porque, a diferencia de los anteriores sistemas de transporte genética, no desestabilizan la membrana al penetrarla. Una vez dentro de la célula, los genes resultaron ser funcionales. El uso de nanotubos de carbón como transportador no se limitará al transplante de genes. Nuevos avances científicos lograrán que sea posible el transporte de medicamentos y el desarrollo de otras nuevas técnicas médicas. 

Sensores magnéticos para atacar virus.

Sensores magnéticos para atacar virus.

Científicos del Scientists del Argonne National Laboratory han desarrollado un nuevo tipo de sensor magnético capaz de detectar a biomoléculas. El aparato se basa en la medición de la relajación browniana de nanopartículas magnéticas conectadas a biomoléculas. Esta técnica podría ofrecer aplicaciones para el campo de la medicina y la detección de bacteria y virus en el medioambiente. 

Seok-Hwan Chung y su equipo miden el cambio en la susceptibilidad magnética de las nanopartículas en un campo magnético alternante. La susceptibilidad depende del tiempo necesario para que los giros magnéticos de las nanopartículas se relajen a su alineación original después de eliminar el campo magnético. 

Existen dos tipos de relajación magnética: en la relajación tipo Browniano las partículas giran en solución debido a su energía termal, mientras que en la relajación de Néel los movimientos internos dipolos de las partículas giran. 

La relajación de Néel normalmente ocurre en las partículas menores de 10 nanometros, mientras que la relajación Browniana predomina en las partículas más grandes. Las técnicas sensoras que miden tiempos de relajación de Néel ya existen, pero no son capaces de distinguir entre objetivos distintos con propiedades similares. 

Nanomateriales avanzados para un almacenamiento rápido y eficiente de energía

Muchas de las alternativas para energía limpia (por ejemplo, viento o celdas fotovoltaicas) producen o requieren (como la producción de hidrógeno o la hidrólisis) electricidad. Por lo tanto, una novedosa y más eficiente manera de almacenar electricidad es necesaria. Los sistemas de almacenamiento de energía incluyen a las baterías, y, entre ellas, las baterías del ión Li son especialmente atractivas porque conducen a un incremento del 100-150% en capacidad de almacenamiento de energía por unidad de peso y volumen en comparación con las más tradicionales baterías acuosas. De cualquier forma, algunas desventajas pueden surgir, relacionadas a baja energía y densidad de potencia, alto cambio de volumen en la reacción, seguridad y costos.

La nanotecnología está ya produciendo algunas soluciones específicas para el campo de las baterías recargables. La conductividad electrolítica se incrementa hasta 6 veces más mediante la introducción de nanopartículas de alúmina, silicio o circonio en electrolitos líquidos no acuosos. La mayoría de los intentos han estado concentrados en electrolitos de estado sólido, SPE. 

Los SPE basados en en óxido de etileno recibieron la mayor atención ya que el PEO (Polyethylene oxide) es seguro, "verde" y da lugar a películas flexibles. Sin embargo, los polímeros usualmente tienen baja conductividad en temperatura ambiente, y, dependiendo de la composición del SPE, su actividad interfacial y estabilidad mecánica no son lo suficientemente altas.

En este sentido, los nanocomposite polymer electrolytes podrían ayudar en la fabricación de baterías altamente eficientes, seguras y "verdes". Por ejemplo, la introducción de nanomateriales cerámicos como separadores en electrolitos poliméricos incrementa la conductivudad eléctrica de estos materiales a temperatura ambiente de 10 a 100 veces más en comparación con el correspondiente sistema SPE no disperso. TiO₂, Al₂O_3, SiO₂ y S-ZrO₂ han sido usados para este propósito y los resultados demuestran que la introducción de S-ZrO₂ ha llevado a los mejores resultados. 

150536

Eduardo Camarillo Abad

Fuente: http://www.azonano.com/article.aspx?ArticleID=2610

La nueva estructura de superficie del agua

Una investigación dirigida en conjunto por la universidad de Edimburgh, IBM, el Nation Physics Labratory y el UK's National Measurement Institute ha dado a luz a un nuevo modelo cuántico que da a conocer al superficie del agua y la forma en la que ésta interactúa con su ambiente. Como se sabe, el agua es uno de los líquidos más estudiados del planeta, dadas sus diversas capacidades y propiedades que tiene. En este estudio se estudió la interfaz líquido vapor del agua.

Esto se quiere lograr para tener un mayor entendimiento de cómo funciona el agua al interactuar en diversos ambientes, esto podría ser la clave para entender algunas reacciones y procesos bioquímicos que aún no se comprenden del todo.

El modelo se crea usando un acercamiento mecánico cuántico, para poder simular todos los tipos de interacciones que podría tener el agua en el ambiente. Los nuevos modelos utilizan partículas con una sola carga que imita a los electrones de la molécula de agua y la forma en la que ellos reaccionan al ser expuestos a diferentes situaciones. La novedad de este modelo mecánico cuántico nos ayuda a entender ciertas propiedades del agua líquida que los modelos con física clásica no podían o fallaban al intentar explicarlos.

Lo más significativo de este nuevo modelo que imita al agua es lo que se necesita para hacer nuevas simulaciones de materiales conocidos y muy usados para poder entender a la perfección todo lo que hacen y tal vez, encontrar nuevas aplicaciones para estos materiales que antes se ignoraban por no conocer todas las posibles interacciones que podían las moléculas de este material. Cosa que la mecánica cuántica nos puede describir a la perfección (aún cuando no la entendamos completamente)

Referencia:

1. Flaviu S. Cipcigan, Vlad P. Sokhan, Andrew P. Jones, Jason Crain, Glenn J. Martyna. Hydrogen bonding and molecular orientation at the liquid–vapour interface of water. Phys. Chem. Chem. Phys., 2015; 17 (14): 8660 DOI: 10.1039/C4CP05506C

La química del ADN

Investigadores del Instituto de Biodiseño de la Universidad Estatal de Arizona han encontrado una nueva forma de transporte de electrones a través del ADN en la que el electrón muestra algunas propiedades ondulatorias. Descubrimiento que tendrían importantes implicaciones en el diseño de una nueva generación de dispositivos electrónicos basados ​​en ADN funcional.

La transferencia de electrones está considerada a menudo como la forma más simple de reacción química, sin embargo juega un papel crítico en una amplia gama de procesos vitales, incluida la respiración y la fotosíntesis.

El transporte de carga también puede producir efectos negativos en los sistemas vivos, sobre todo a través del proceso de estrés oxidativo, que causa daños al ADN. Se cree que el daño oxidativo afecta al comienzo y progresión del cáncer. También está implicado en trastornos neurodegenerativos como el Alzheimer, la enfermedad de Huntington y la enfermedad de Parkinson, y una gama de otras enfermedades humanas.

“Cuando el ADN se expone a la luz ultravioleta, existe la posibilidad de que una de las bases como la guanina se oxide, lo que significa que pierde un electrón”, dijo Nongjian Tao, responsable de la investigación.

En algunos casos, se repara el daño en el ADN con la migración de un electrón desde otra porción de la cadena para sustituir a la que falta. La reparación del ADN es un proceso incesante, constante, aunque una pérdida gradual de la eficiencia de reparación potencial del proceso de envejecimiento. La oxidación daña de forma aleatoria al ARN y el ADN, lo cual puede interferir con el metabolismo celular normal.

Cuando se produce una oxidación en las bases de ADN, queda un hueco en el lugar del electrón. Este hueco lleva una carga positiva, que puede moverse a lo largo del ADN bajo la influencia de un campo eléctrico o magnético, tal como haría un electrón. El movimiento de estos huecos cargados positivamente a lo largo de un tramo de ADN es el foco del estudio actual.

En distancias cortas, un electrón muestra las propiedades de una onda, que le permiten pasar directamente a través de una molécula de ADN. Este proceso es un efecto mecánico cuántico conocido como efecto túnel.

El transporte de carga en el ADN (y otras moléculas) a distancias más largas implica el proceso de salto. Cuando una carga salta de un punto a otro a lo largo del segmento de ADN, se comporta de forma clásica y pierde sus propiedades ondulatorias. Se observa que la resistencia eléctrica aumenta exponencialmente durante el efecto túnel, y linealmente (más despacio) durante el salto. Al conectar sendos electrodos a los dos extremos de una molécula de ADN, los investigadores fueron capaces de controlar el paso de la carga a través de la molécula.

En lugar de ello, los huecos observados en ciertas secuencias de ADN están deslocalizados, repartidos en varios pares de bases. El efecto no es un aumento exponencial ni lineal en la resistencia eléctrica, sino una oscilación periódica. El fenómeno ha demostrado ser altamente dependiente de la secuencia, y son pares de bases apilados de guanina-citosina los que provocan la oscilación observada.

Estas investigaciones podrían llegar a darnos un mejor panorama de como es que funciona el ADN y de que manera podemos adentrarnos a él par poder corregir y repara daños sin afectar nuestras condiciones física, lo que nos recuerda que todo en la vida se relaciona con la química ya que gracias a ella existe todo lo que tenemos y a la vez nosotros.

Omar Betanzos 150729 #10

Referencias: http://www.nature.com/nchem/journal/v7/n3/abs/nchem.2183.html

Computadoras que imitan el funcionamiento del cerebro

Se sabe que desde hace mucho tiempo, desde que los científicos empezaron a desarrollar las computadoras, se ha buscado mejorar y mejorar las capacidades de éstas, hacerlas cada vez más poderosas. Pero siempre hay un tope...¿Cuál es éste? La computadora más poderosa es la mente humana. Por eso lo que ahora se quiere lograr es que haya computadoras que puedan imitar las funciones del cerebro.

Un problema que tienen las computadoras ahora es que usan el RAM (random access memory) la cual puede grabar información de manera muy rápida, pero ésta se pierde si la computadora se apaga o si por alguna motivo se queda sin energía. En la mente, no pasa eso, si nos quedamos con energía al siguiente día despertamos con el mismo conocimiento que teníamos la noche anterior.

El nuevo descubrimiento/invento que puede que revolucione esto son unas cositas llamadas memristors, que son básicamente revisteros de memoria avanzados que recuerdan cuánto corriente ha pasado por ellos. Y estos se pueden utilizar como elementos de memoria en sistemas computarizados para poder retener información aún cuando no hay energía.

Los memristors están hechos de disulfito de molibdeno en una capa, el orden en el que se acomodan los átomos dentro de la estructura deja huecos, o mejor dicho, están arreglados de una manera llamada "granos", cuyas fronteras están muy bien definidas y esos lugares son los que influyen en cómo el material "recuerda" cuánta corriente ha pasado por ellos.

Pero, para mi gusto, opinión o cómo sea. Creo que crear una computadora que imite las capacidades casi infinitas del cerebro sería condenar a la humanidad, pues una máquina inteligente podría llegar a tener las capacidades de destruir a la humanidad entera. Como relata Isaac Asimov: 

Un grupo de científicos creó a la computadora más poderosa del planeta y la primera pregunta que le hicieron fue: ¿Hay un Dios? 

La computadora dijo: Ahora lo hay. 

Y causó un corto que evitara que la pudieran desconectar...

Lo dejo para pensar...

http://www.sciencedaily.com/releases/2015/04/150406153036.htm

Los teléfonos móviles fabricados con grafeno son una realidad.

Las compañías chinas Moxi y Galapad anuncian en el MWC que lanzarán al mercado ciertos modelos que incorporarán el grafeno como material principal

Hace ya mucho tiempo que sabemos de las increíbles propiedades del grafeno y desde que muchos afirmasen que acabaría por convertirse en el material con el que se fabricarían los teléfonos móviles y las tabletas del futuro. Todos pronosticaban que, más pronto que tarde, este mineral acabaría por imponerse al silicio y al plástico en la fabricación de dispositivos electrónicos. Pues bien, parece que ese futuro podría haber llegado.

Eso, al menos, es lo que piensan las firmas asiáticas Moxi y Galapad que ya han anunciado que lanzarán próximamente al mercado 30.000 dispositivos en los que este material estaría presente en sus pantallas, sus baterías y sus sistemas de alimentación. Este mineral que puede llegar a ser 200 veces más resistente que el acero y que, si bien tiene una dureza similar a la del diamante, es tan flexible como el plástico.

Gracias a estas cualidades, tal y como han desvelado los responsables de estas compañías chinas, el grafeno contribuirá a hacer pantallas más sensibles al tacto y, al mismo tiempo, hará posible que se prolongue un 50% la vida de las baterías.

Los nuevos dispositivos fabricados por Moxi y Galapad tendrán un precio de salida de 2.499 yuanes chinos (algo más de 356 euros) y vendrán equipados con el sistema operativo Android. En su fabricación, también han participado distintos investigadores de la Academia de Ciencias de China, que ya había realizado ensayos con el grafeno.

No obstante, aún queda mucho camino por recorrer. Los expertos aseguran que cuando se descubre un nuevo material deben pasar del orden de 20 años hasta que comience a incorporarse a los dispositivos electrónicos. Además, en este caso, conseguir grafeno puro resulta todavía demasiado costoso por lo que deberá abaratarse su coste para que destierre al plástico y al silicio de nuestros teléfonos móviles.

Nuevo catalizador para producir combustible de hidrógeno.

Nuevo catalizador para producir combustible de hidrógeno.

Los científicos han diseñado una alternativa barata y abundante para el costoso catalizador de platino y la han combinado con un electrodo que absorbe la luz para producir combustible de hidrógeno a partir de luz solar.

El descubrimiento es un avance importante en la iniciativa mundial por imitar la forma en que las plantas fabrican combustible a partir de la luz solar, un paso clave en la creación de una economía de energía ecológica. El descubrimiento ha sido publicado en la revista Nature Materials ("Bioinspired molecular co-catalysts bonded to a silicon photocathode for solar hydrogen evolution") por el teórico Jens Nørskov del SLAC National Accelerator Laboratory del Ministerio de Energía y la Universidad de Stanford y un equipo de colaboradores encabezado por Chorkendorff y Søren Dahl de la Universidad Técnica de Dinamarca (DTU).

Los investigadores de la DTU crearon un dispositivo para aprovechar la energía de parte del espectro solar y lo utilizaron para impulsar la conversión de iones de hidrógeno individuales en hidrógeno gas. Sin embargo, el proceso requiere un catalizador para facilitar la reacción. Se sabe que el platino es un catalizador eficaz, pero es muy escaso y muy caro para un uso generalizado. Por lo que los colaboradores miraron a la naturaleza en busca de inspiración.

Investigaron las enzimas que producen hidrógeno --catalizadores naturales-- de ciertos organismos. Estos estudios los llevaron hacia compuestos relacionados que, a su vez, los llevaron al sulfuro de molibdeno. El equipo también optimizó partes del dispositivo, introduciendo una "célula solar química" diseñada para captar toda la energía solar posible.

Montes Duarte Grecia Guadalupe  ID 151403

Utilizan nanotubos de oro para combatir el cáncer

Utilizan nanotubos de oro para combatir el cáncer

La ciencia ha demostrado que los nanotubos de oro tienen numerosas aplicaciones en la lucha contra el cáncer: entre otras cosas, se podrían utilizar en nanosondas internas para la obtención de imágenes de alta resolución, como vehículos para la administración de fármacos y como agentes para la destrucción de células cancerosas.
Ahora, un estudio publicado en la revista científica Advanced Functional Materials describe, por primera vez, el éxito de un tratamiento con nanotubos de oro en un modelo ratón con un cáncer humano.  Según la directora del estudio, la Dra. Sunjie Ye, de la Facultad de Física y Astronomía y del Instituto Leeds de ciencias bioquímicas y ciencias clínicas de la Universidad de Leeds: “Las elevadas tasas de recurrencia de los tumores tras su extirpación quirúrgica siguen siendo un enorme desafío en las terapias contra el cáncer. Para prevenir esto, a menudo se administran quimioterapia o radioterapia después de la cirugía, pero estos tratamientos tienen graves efectos secundarios”.
El éxito de la nueva investigación dirigida por la Dra. Sunjie Ye, consiste en el desarrollo de una nueva técnica de síntesis de nanotubos que permite controlar la longitud de los nanototubos fabricados.
Los investigadores observaron que la longitud de los nanotubos influía en su capacidad para absorber la luz. Utilizando esta nueva técnica de fabricación, los investigadores fueron capaces de producir nanotubos de oro con las dimensiones adecuadas para absorber un tipo de luz llamado "infrarrojo cercano". 
Si se aplica una luz de la frecuencia adecuada a los nanotubos mientras circulan por el cuerpo, éstos absorben la luz y se calientan. Utilizando un haz de luz láser pulsado, los investigadores lograron incrementar rápidamente la temperatura de los nanotubos hasta conseguir una temperatura lo suficientemente elevada como para destruir las células cancerosas.
Además, en estudios realizados con células, los investigadores afirmaron ser capaces de modular la función de los nanotubos ajustando el brillo del láser, para hacer que actúen como agentes para la destrucción de células cancerosas o bien como agentes para la obtención de imágenes de contraste.  

Para ver los nanotubos de oro inyectados en el cuerpo de los ratones por vía intravenosa, los investigadores utilizaron una nueva técnica de imagen llamada "tomografía optoacústica multiespectral" (MSOT).
Con esta técnica, demostraron también que los nanotubos de oro abandonan el cuerpo mediante excreción y, por lo tanto, es improbable que puedan causar problemas en términos de toxicidad, algo fundamental para su uso clínico. 

En el futuro, se podrían desarrollar nanotubos con un núcleo central hueco que se podría llenar con una carga útil terapéutica y dirigirlos hacia los tumores. Esta combinación de direccionamiento y liberación localizada de un agente terapéutico podría utilizarse, en esta era de la medicina personalizada, para identificar y tratar el cáncer con una toxicidad mínima para los pacientes.

Montes Duarte Grecia Guadalupe    151403

Nueva nanopartícula detecta las células cancerosas más letales en sangre

En un artículo publicado en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences, un grupo de investigadores del Instituto Internacional de Nanotecnología de la Universidad Northwestern, encontraron un nuevo tipo de nanopartículas las llamaron nanoflares, estos nuevas nano particulas tiene con objetivo detectar y recoger diferentes tipos de células cancerosas -algunas más letales que otras- y cultivarlas en un plato, por lo que también permitirá probar posibles tratamientos antes de administrárselos a los pacientes.

Estos nanoflares se adhieren a las células cancerosas individuales de una muestra de sangre y, a continuación, brillan, permitiendo a los médicos detectar y clasificar dichas células cancerosas con la ayuda de un láser, de igual manera los investigadores demostraron que estas nanopartículas son capaces de:

1. Detectar diferentes tipos de células de cáncer de mama en ratones.
   
2. Identificar las células de cáncer de mama añadidas a sangre humana en un laboratorio.

El siguiente paso será comprobar si también logran encontrar células cancerosas en las muestras de sangre de los pacientes.

Cada nanoflare contiene fragmentos de ADN específicos, cuidadosamente seleccionados para que se correspondan con el ARN presente en determinadas células cancerosas. Cuando se introducen en una muestra de sangre, las nanopartículas se introducen en las células cancerosas y el ADN se enlaza al ARN objetivo, liberando unas moléculas fluorescentes que hacen que la célula brille. De este modo, es posible detectar diferentes tipos de células cancerosas, incorporando diferentes fragmentos de ADN y moléculas fluorescentes de diferentes colores.

Otros investigadores están desarrollando enfoques similares para la detección de células tumorales circulantes, a menudo, utilizando nanopartículas que se unen a la superficie de las células cancerosas. Sin embargo, según Shad Thaxton, profesor de urología de la Universidad Northwestern y uno de los investigadores que participaron en el trabajo, el nuevo enfoque ofrece dos ventajas potenciales con respecto a otros enfoques:

Permite diferenciar mejor entre varias células cancerosas.

Mantiene las células vivas para su posterior cultivo.Hasta que se aprueben las pruebas con nanoflares para el tratamiento del cáncer de mama o de otras formas de la enfermedad podrían pasar años, pero dado que la técnica permite cultivar y probar en el laboratorio tipos específicos de cáncer, mientras tanto, se podrían utilizar estas nanopartículas para entender mejor el cáncer y ayudar a descubrir nuevos fármacos

Omar Betanzos Sánchez.

Recogido de: http://www.technologyreview.com/news/532416/nanoparticle-detects-the-deadliest-cancer-cells-in-blood/

El Graféno, cada vez más prometedor para el desarrollo de la espintrónica.

               Se ha descubierto que el grafeno es capaz de preservar el espín de un electrón durante un período inesperadamente largo, y comunicarlo desde distancias más grandes que las máximas conocidas con anterioridad. Esto abre la puerta al desarrollo de futuros dispositivos espintrónicos que permitirían, entre otras cosas, la fabricación de memorias y procesadores más rápidos y más eficientes energéticamente para ordenadores.

A la espintrónica se la puede definir como una electrónica basada en el espín. Este es una manifestación de la mecánica cuántica que podría describirse como apuntando hacia "arriba" o hacia "abajo", constituye una propiedad fundamental del electrón y es responsable de la mayoría de los fenómenos magnéticos. La espintrónica ofrece la gran promesa de enriquecer o incluso reemplazar a la electrónica tradicional. Mientras que los circuitos electrónicos hacen circular a los electrones gracias a su carga, los circuitos de la espintrónica funcionarían basándose en el espín.

La investigación llevada a cabo por el equipo de Saroj Dash y Venkata Kamalakar, de la Universidad Chalmers de Tecnología en Suecia, muestra que la señal del espín se preserva en canales de grafeno que tienen hasta 16 micrómetros de largo. El tiempo durante el cual los espines se mantienen alineados y que ha sido medido ha resultado ser de poco más de un nanosegundo. La duración y el alcance pueden parecer exiguos, pero en realidad ofrecen perspectivas muy prometedoras, al denotar que es factible introducir mejoras de diseño que aumenten aún más las prestaciones de estos componentes.

Fernando Edsel Guerra Vega     ID: 150537

Nanoinyectores: una nueva forma de insertar ADN en las células

La universidad Brigham Young University (Utah, EE.UU) desarrolló una nueva tecnología llamada "Nanoinyección" que permite insertar ADN en las células sin provocarle un daño o ruptura, como se muestra en el siguiente vídeo. 

La profesora Sara Burnet, directora de este proyecyo y catedrática en Micrbiología de la Universidad Brigham Young University. explica como ha sido la unión de la ingeniería y la biología haciendo posible la creación de un "nanoinyección" capaz de introducir a una célula ADN sin causar un daño, de manera que expones las diferencias entre la nano y micro inyección:

En la microinyección la aguja que se utiliza para inyectar el ADN es bastante grande y puede dañar la célula.

 Por otro lado la nanoinyección utiliza agujas denominadas “lanzas”  que son hasta 10 veces más pequeñas que las utilizadas en la microinyección. La incisión que causan en la célula es tan diminuta que apenas la dañan. 

El nanoinyector no funciona como un jeringa que inyecta líquido con ADN, lo que el 40% de las veces causa la muerte de la célula. Lo realmente sorprendente de esta tecnología es la forma en que se inserta el ADN en la célula.

El ADN es una molécula que posee carga negativa. Lo que se hace en la nanoinyección es cargar positivamente la lanza de modo que, gracias a la atracción magnética, el ADN se adhiere a la misma fuera de la célula. Una vez que la lanza penetra la célula, se invierte la carga para que el ADN repela la lanza y quede dentro de la célula.

Omar Betanzos Sánchez 150729

Científicos Mexicanos logran obtener partículas de Diamante.

          En México, los investigadores Javier Morales, de la Universidad Autónoma de Nuevo León, Miguel Apátiga y Víctor Castaño, ambos de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) lograron hacer en laboratorio microscópicas partículas de diamante a partir de una mezcla de 40 por ciento de etanol y 60 de agua.

Los científicos experimentaron con tequila, pues en su composición química se incluyen carbono y etanol, elementos esenciales para la obtención de diamantes.

El doctor Víctor Castaño Meneses, investigador del Centro de Física Aplicada y Tecnología Avanzada (CFATA) de la UNAM, explica que se inicia su utilización en medicina, pues se trata de un material inerte, que no genera rechazo y tiene propiedades electrónicas que le permiten ser transportador de medicamentos, y que ya se trabaja en la utilización como receptores de glucosa en el organismo.

The study of a new class of materials

A new paper by a team of researchers led by Karel Matous, College of Engineering Associate Professor of Computational Mechanics in the Department go Aerospace and Mechanical Engineering at the University of Notre Dame, describes how an accurate statistical description of heterogeneous particulate materials, which is used within statistical micromechanics theories, governs the overall thermo-mechanical properties. This detailed statistical description was computed using a novel adaptive interpolation/integration scheme on the nation’s largest parallel supercomputers. Quantifying the morphology of many-body systems has applications in many scientific fields at a variety of length scales from molecular configurations up to structural composites and celestial bodies.

“For centuries, great minds like Kepler, Maxwell and Einstein have investigated the statistical characterization of many-body systems and the implications of small-scale structures on the macroscopic transport and mechanical properties,” Matous said. “For the first time, we predicted the properties of granular Platonic solids (crystalline) packs and discovered a significant shape effect in their overall thermo-mechanical behavior. Based on our work, a large class of materials with arbitrary inclusions can now be easily studied.”

The research is part of the Matous group’s data-driven (image-based) multi-scale modeling strategy, where computations are guided by micro-structural experimental data.

“In my research, I study heterogeneous and multifunctional materials in extreme environments by computational and experimental means,” Matous said. “These materials are essential in our daily lives and are utilized in bioengineering, the automotive and aerospace industries, micro-electro-mechanical systems (MEMS) and other applications. Heterogeneous multifunctional materials fill several pivotal roles, including structural support, self-healing capability, power generation and storage, stress mitigation and bio-filtration, just to name a few.

“These seemingly simple and elegant material functions are governed by a plethora of physics, mechanics and chemistry that test our understanding of microstructure-statistics-property relations and our capacity to tune properties at will. Many of these materials can be better understood if higher-order statistical information is retained in their well-resolved multi-scale analysis. My goal is to advance detailed understanding of mechanics and materials science through developing microstructure-statistics-property relations that can aid the development of new materials.”

Matous notes that the next step in this line of work is to understand the effect of material interfaces and anisotropy (directionally dependent material behavior).

“Extending these models and accounting for interface properties and their behavior is the challenge,” he said. “Also many materials are anisotropic and quantifying a higher-order anisotropic description is still an open question. Moreover, linking this work with image-based characterization techniques, such as microcomputer tomography that has become a popular method for obtaining a description of real microstructures, to analyze real material systems is a natural next step.”

First nanoscopic mapping of energy transfer between single plasmonic particles and semiconductor substrates

A group of researchers, led by Prof. Jon Camden, has reported the first nanoscale mapping of the flow of energy between light-harvesting plasmonic nanoparticles and semiconductor substrates. Plasmonic nanoparticles are important in a variety of applications, including solar energy-harvesting devices, photocatalyic devices, single-molecule spectroscopy, and molecular sensing. They are of particular interest in solar energy-harvesting due to their potential to significantly increase the efficiency of such devices by expanding the solar spectrum available for energy conversion. The work is presented in a paper entitled “Spatially Mapping Energy Transfer from Single Plasmonic Particles to Semiconductor Substrates via STEM/EELS” in Nano Letters.

The research team includes Profs. Jon Camden (ND), David Masiello (Univ. of Washington), Jill Millstone (Univ. of Pittsburg), and Gerd Duscher (Univ. of Tennessee), post-docs Guoliang Li (ND), Charles Cherqui (Univ. of Washington), and Nicholas Bigelow (Univ. of Washington), and graduate student Patrick Straney (Univ. of Pittsburg). While previously reported experiments have shown that the addition of plasmonic nanoparticles to semiconductor substrates improves solar light-harvesting, characterization of the pathways for this improvement have not been possible, presenting a critical roadblock in the effort to understand and maximize efficiency improvement in device designs. Previous attempts to study these pathways have relied on optical spectroscopy, which is limited by the diffraction limit.

The team addressed this short-coming by using electron energy-loss spectroscopy (EELS) conducted in a scanning transmission electron microscope (STEM). Using Ag nanocubes on substrates, the optical and electronic properties of the substrate were varied (insulator to semiconductor) to isolate the possible modes of energy transfer. Samples were scanned using EELS to map energy distribution at very high resolution. Theoretical models were subsequently developed to deconvolute the electron-transfer and resonant energy transfer mechanisms with nanoscale precision. The results of the study suggest that direct electron transfer (DET) is the dominant mechanism in these systems, even when plasmon-induced resonant energy transfer (PIRET) is also occurring, opening up new possibilities for the design of photo-voltaic devices reliant on DET alone rather than electron-hole pair generation found in traditional devices.

This work demonstrates an exciting new method for researchers to use in probing competing energy transfer mechanisms in nanoparticle on semiconductor systems, regardless of ultimate material application. The next steps for the research team will be investigating the effects of other nanoparticle and interface geometries as well as tracking energy transfer in other applications such as nanoscale switching and photocatalysis.

 http://research.nd.edu/news/57181-notre-dame-researchers-report-first-nanoscopic-mapping-of-energy-transfer-between-single-plasmonic-particles-and-semiconductor-substrates/

Gas hidratado como fuente de energía

Según Dañobeitia, J. J. (2002) "los gases hidratados son una fase sólida de agia y gases naturales, generalemente metano, aunque pueden incluir otros gases de bajo peso molecular en menor proporción".

En el artículo "Metano hidratado como fuente de energía", publicado en la Revista Creces, nos hacen saber que:

La existencia de estos "hielos que se queman" se conoce desde la década de 1970 y constituyen la forma más exótica de depósitos de energía. Ellos se formaron cuando el metano proveniente de descomposiciones orgánicas se juntó con agua, a temperaturas tan bajas y presiones tal altas, que ésta terminó atrapando las moléculas del gas, enjaulándolo en hielos en escala cristalina. El metano hidratado ha sido encontrado en distintos mares del mundo, depositado en el fondo de aguas profundas, ya sea formando capas, nódulos o llenando poros de permafrost.

La Universidad de Tromso, nos dice que

Japan, USA in the race for exploitation

Gas hydrate accumulations in continental shelf sediments are considered a promising resource for future gas supply by several non-European countries, such as USA, Japan, China, India, South Korea, and Taiwan. In 2013, the Research Consortium for Methane Hydrate Resources in Japan produced gas during a successful offshore field test.

Recently a European Concerted Research Action (COST) was established designated to marine gas hydrates. Marine gas hydrate -- an indigenous resource of natural gas for Europe (MIGRATE) will examine the potential of gas hydrates as an economically feasible and environmentally sound energy resource.

Stefan Bünz, associate professor at Centre for Arctic Gas Hydrate, Environment and Climate (CAGE) at UiT The Arctic University of Norway, was elected the Vice Chair of the action.

European inventory

MIGRATE aims in perticular to to determine the European potential inventory of exploitable gas hydrates, to assess current technologies for their production, and to evaluate the associated risks.

"With the wide spectrum of gas hydrate research undertaken in CAGE, we will significantly contribute to three of the working groups in MIGRATE: resource assessment; exploration, production and monitoring technologies; and environmental and geohazard challenges. " says Bünz.

CAGE will particularly contribute with a large seismic database from the Norwegian and Arctic margins and development of seismic-based technologies.

The European Concerted Research Action (COST) is networking instrument for cooperation between researchers, engineers and scholars to coordinate nationally funded research activities.

Será interesante ver qué se podrá hacer con éste gas hidratado (hielo que se quema), sin embargo, se tiene que tomar en cuenta la cantidad que existe para no sobre explotarla, pensando en que deberá tener alguna utilidad el que se encuentre al fondo de océanos, y así no alterar ese proceso.

Fuentes: http://www.sciencedaily.com/releases/2015/04/150422104130.htm

http://www.tdx.cat/bitstream/handle/10803/1927/04.RBP_CAPITULO_4.pdf?sequence=5

http://www.creces.cl/new/index.asp?imat=%20%20%3E%20%2078&tc=3&nc=5&art=1684

Por: Luis Mauricio Ortiz Gálvez.

Difracción de rayos X

Las técnicas cristalográficas son de gran ayuda, ya que nos permiten encontrar la estructura exacta de las moléculas. Tal vez la más famosa fue la vitamina B12, la cual se obtuvo a través de la cristalización y posteriormente el proceso de difracción de rayos X. 

Para mi gusto esta es una de las técnicas más complejas, matemáticamente hablando. Porque no es sólo la forma en la que las ondas interactúan con la materia, es el entendimiento de porque actúan de esa manera. 

Todo puede empezar con que el fenómeno de difracción empieza con otro fenómeno.

Los rayos X fueron descubiertos por el Alemán Wilhem Röntgen y estos se les designa como una radiación electromagnética invisible para el ojo humano, ésta es capaz de atravesar cuerpos opacos y revelar películas. Su longitud de onda va de los 10 a los 0.1nm. (Figura 1) Los rayos X se clasifican como radiación ionizante porque al interactuar con la materia produce la ionización de los átomos de ésta. (Drenth, 1999)

La energía de los rayos X oscila entre los 0.1 y 100 keV, para la difracción de rayos X se utilizan rayos de relativamente alta energía ( 10 keV) que corresponden a longitudes de onda de 0.1nm. Para entender mejor los rayos X se puede utilizar su descripción matemática. Los rayos X se comportan como una onda sinusoidal que se propaga por el espacio. El valor del campo eléctrico que se utiliza para los rayos X se puede expresar como una función del tiempo tomando un punto de origen arbitrario. La función se puede expresar de la siguiente manera: (Giacovazzo,1999)

Donde A es la amplitud de la oscilación, λ es la longitud de onda y c la velocidad de la luz en el vacío.  

Y al interactuar con la materia la onda del rayo sufre un desfase que se expresa como alfa en una nueva ecuación:

Fenómeno de dispersión:

El fenómeno de difracción cristalina de los rayos X tiene su base en el fenómeno de dispersión elástica de estos por los átomos de un cristal. En esta interacción los electrones desvían el rayo X que toma la misma trayectoria que toma la luz al ser reflejada en un espejo, esto es un ángulo de 2θ con respecto al incidente. La dispersión se puede expresar por medio de la ecuación:

La difracción depende del factor atómico (f), el factor atómico depende del número atómico Z, ya que este determina como interactúan estos átomos con los rayos X y por ende cómo los va a dispersar para así crear el fenómeno de difracción. (Drenth, 1999)

Difracción de Rayos X

Dentro del campo de la difracción de Rayos X hay muchos aspectos a considerar, aspectos que se han ido determinando experimentalmente a través del tiempo. Uno de estos aspectos es el mismo fenómeno de la difracción, pero no per se sino sus consecuencias. Los físicos Bragg (padre e hijo) descubrieron cómo se difractaban los rayos X al incidir sobre la superficie de un cristal, sus estudios permitieron encontrar las expresiones matemáticas que explican los ángulos que toman los rayos al interactuar con la superficie cristalina de una muestra. Ya se había mencionado el fenómeno de dispersión que es cuando los rayos interactúan con los electrones exteriores y se remiten en diferentes direcciones pero con la misma frecuencia. Ahora, con esto en mente se puede explicar el fenómeno de difracción. Éste es la manera, constructiva o destructiva, en la que actúan los rayos dispersados entre sí. (Figura 2) (Cullity, 1967)

 

Figura 2. Aquí se observa (en azul) los rayos X al ser incididos a una muestra. Estos son dispersados (los círculos) y la forma en la que interactúan las dispersiones es el fenómeno de difracción.

Se mencionó que esto podía ser destructivo o constructivo. Ésta será constructiva cuando el delta de fase entre la radiación emitida por diferentes átomos es proporcional a 2π. Esto se puede expresar matemáticamente de la siguiente manera:

Entonces, de acuerdo al ángulo se puede deducir se la interacción es constructiva o destructiva. (Figura 3)

Ya teniendo identificada la ley de Bragg hay que comprender lo que se le llama el índice de Miller. Estos son números que se asignar a una red cristalina que representan (matemáticamente) un vector perpendicular al plano de reflexión en el sistema coordenado de la red cristalina y (prácticamente) es el número de veces que se debe de cruzar la celda unitaria y los números representan el número de intersecciones de estos. Los índices de Miller se representan por las letras h,k y l. (ODC, 2012)

Ahora que se conocen estos dos parámetros se puede empezar a llegar a una interpretación de una difracción. La situación que surgió al conocer lo ya explicado fue que no se podía ver (con facilidad) las posiciones y direcciones de las difracciones de los rayos X tras haber interactuado con una muestra cristalina. Eran demasiadas direcciones que se superponían y se confundían, haciendo que la interpretación fue extremadamente complicada. Se decidió usar un método que también es utilizado en otras técnicas espectroscópicas, el método de la transformada de Fourier, que permite agrupar señales para hacer más fuertes y/o visibles para su fácil interpretación. En este caso la transformada de Fourier se le denomina la red recíproca, que es la transformada de Fourier de la red cristalina. Las coordenadas de la red recíproca coinciden con los índices de Miller, en otras palabras cada punto de la red recíproca tiene su familia de índices de Miller en el espacio real de la red cristalina. (Sout, 1989)

Los puntos de la red cristalina se pueden expresar de la misma manera que los puntos de la recíproca, se expresar como una combinación lineal de vectores x^*, y^* y z^*.

La relación entre las coordenadas de la celda unitaria con la red recíproca son las siguientes:

Dadas las coordenadas y las coordenadas primas con un volumen determinado V:

Entonces:

Ya conociendo como se comportan las redes cristalinas usando el método de la transformada de Fourier se tienen que acomodar todas las posibles difracciones dadas por los planos de Miller para así poder determinar las relaciones del cristal con el patrón de difracción para ya poder pasar a la siguiente fase. Para hacer esto se construye un modelo matemático llamado: La esfera de Ewald.

La esfera de Ewald ilustra todas las posibles direcciones en las que los rayos pueden ser reflejados por el cristal. El radio de ésta se define como  y el extremo de ésta en dirección al haz de rayos X coincide con el origen de la red recíproca. Si un punto de la red recíproca yace sobre la superficie de la esfera de Ewald entonces los planos que tengan esos índices del punto de la red recíproca dan lugar a un punto de difracción definida por el centro de la esfera y el punto de la red recíproca. Esta condición es equivalente a la ley de Bragg.

Todas las interpretaciones matemáticas del fenómenos van llevando a la parte práctica, ahora ¿Cómo podemos saber qué es lo que tenemos al hacer la difracción? Para esto existe algo que se le llama el factor de estructura cristalino, que es determinante para cualquier tipo de sistema cristalino, ya conociendo el factor se puede saber qué tipo de cristal es y ya así utilizar los mapas de densidad electrónica para saber las estructuras de la muestra. Para esto se tuvo que hacer una deducción en base a la red recíproca. Un punto (h,k,l) en la red es perpendicular al plano de reflexión y tiene una magnitud S, que se le conoce como el vector de dispersión, este es clave en la ley de Bragg. Ahora el vector formado por estos puntos se puede definir como:

 

Esto representa la suma de todos los átomos j que habría en la muestra, determinado por el centro de coordenadas (x,y,z)  contenido en la celda unitaria del cristal. También, para mayor facilidad, se puede integrar sobre la función de la densidad electrónica para obtener un resultado más simple que tenga un valor práctico más fácil de interpretar, definido por la siguiente operación:

Sin embargo lo que se requiere es el valor exacto de la función de densidad, para lo cual se realiza una operación llamada: Suma de Fourier. Para así ya pasar a la parte de interpretación de los resultados. La operación se realiza así:

Éstas son las explicaciones matemáticas del fenómeno de difracción de rayos X, como pueden observar es extremadamente interesante cómo esto nos puede llevar a la elucidación estructural...