Las nanopartículas de perovskita aumentan su luminiscencia

Miembros del Instituto de Ciencia Molecular de la Universidad de Valencia (ICMol), en España, liderados por la catedrática Julia Pérez-Prieto, han desarrollado un método para la preparación de nanopartículas híbridas metilamonio-bromuro de plomo (CH3NH3PbBr3) que poseen extraordinaria luminiscencia. De hecho, este trabajo ha conseguido incrementar la eficiencia luminiscente de las nanopartículas hasta el 80%.

A principios de 2014 los científicos publicaron la primera obtención de estas nanopartículas, solubles en disolventes orgánicos y con un rendimiento de luminiscencia del 20%. La profesora Pérez explica que, en primer lugar, la estrategia de preparación consistió en confinar la estructura de perovskita con sales de bromuro de amonio de cadena larga.

En colaboración con el investigador Henk Bolink, también del ICMol, se obtuvieron películas delgadas con estas nanopartículas y se midió su electroluminiscencia, que fue diez veces superior al material volumétrico. El rendimiento de luminiscencia de estas nanopartículas, bien como dispersión o en película, fue entonces próximo al 20%.

El equipo se propuso mejorar las prestaciones luminiscentes de estas nanopartículas disminuyendo los defectos en su superficie mediante un mejor recubrimiento de la misma. Como revelan en el trabajo publicado en Journal of Materials Chemistry A, han conseguido nanopartículas “con mejor solubilidad y una extraordinaria luminiscencia ajustando la relación molar de los componentes utilizados para la preparación de este material (sales de amonio y bromuro de plomo)”, asegura la directora del estudio.

Actualmente existe un gran interés en las perovskitas híbridas de haluro de plomo por su capacidad de absorber luz en el ultravioleta visible, su luminiscencia y conductividad eléctrica, propiedades relevantes para aplicaciones fotovoltaicas. La preparación de las perovskitas como nanopartículas de pequeño tamaño (diámetro de la nanopartícula inferior a diez nanómetros) permite su dispersión en medio no acuoso, lo que facilita su procesado y, con ello, su uso futuro en celdas solares y materiales luminiscentes.

La perovskita de plomo más estudiada ha sido la de ioduro por su mayor capacidad para absorber luz en el visible. Sin embargo, la perovskita de bromo posee, entre otras ventajas, una mayor estabilidad frente a la humedad.

El equipo de Pérez-Prieto se centra en el diseño y síntesis de nuevos materiales fotoactivos (moléculas, supramoléculas y nanopartículas inorgánicas), así como en el estudio de la potencialidad de las nanopartículas para ser utilizadas en reconocimiento de moléculas, fotocatálisis, bioimagen, terapia fotodinámica o dispositivos luminiscentes, dependiendo de la composición de las mismas.

Encapsulamiento de uranio con nanopartículas de hierro

Según la revista JACS (Journal of the american chemical society), en la universidad de Tongii, en Shangai, Lan Ling and Wei-xian Zhang, han podido separar el uranio del agua.

El uranio recubre fácilmente el agua, y se puede llegar a aplicar en la captura de combustible nuclear y la mitigación de desechos nucleares. En especial, en reservas muy contaminadas, como ellos dan de ejemplo la fuente más larga de uranio está en el agua de mar, la cual, contiene un promedio de 3.3 ppb de uranio y tiene una reserva estimada en 4500 millones de toneladas.

En su trabajo de investigación, se descubrió, la separación instantánea, enriquecimiento y encapsulamiento de baja nivel de uranio del agua con "nanoscale zero-valent iron (nZVI)", y usado en tratamiento de desechos y remediación del ambiente.

Presentaron un resultado interesante, el cual, fue el siguiente:

El análisis cuantitativo por XEDS (espectroscopía), demostró el poder de nZVI para el secuestro de uranio y su enrequecimientoe: 38% del total de uranio se depositó cerca del centro (10% del volumen) de la nZVI después de 24 h, mientras que la mitad del volumen contenía aproximadamente 87.3% del uranio en fase sólida. 

Creo que este descubrimiento es y será de gran ayuda para reducir la contaminación por desechos nucleares, como el uranio, y tendrá beneficios en la salud de los seres humanos. Y el uso de Fe fue una gran idea, ya que se puede retirar del agua con un imán.

Los invito a leer, en: http://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/ja510488r

Luis Mauricio Ortiz Gálvez

El nitroxilo: un avance en la prevención de infartos e isquemias

Luego de más de diez años de trabajo en el Instituto de Química Física de los Materiales, Medio Ambiente y Energía (INQUIMAE, UBA-CONICET), el equipo de investigación a cargo de Fabio Doctorovich desarrolló un sensor de nitroxilo con un enorme potencial de aplicación en las ciencias médicas. Como parte de este proceso, este año se firmó un convenio con una empresa para su uso en el desarrollo de tratamientos farmacológicos contra las patologías cardiovasculares y sus consecuencias.

El nitroxilo (HNO) es una molécula inorgánica sencilla pero muy reactiva, por lo que es muy difícil de ubicar. Hasta hace quince años se conocía muy poco de su química básica, de su caracterización estructural y de su reactividad, entre otras cosas, y por lo tanto no se conocían sus probables repercusiones biológicas. “En este sentido, representaba un área de vacancia en el área de conocimiento y luego de trabajar casi una década estudiando el óxido nítrico (NO) y sus reacciones con metales, decidimos incursionar con el HNO”, comenta Doctorovich, investigador principal del CONICET y director del equipo del INQUIMAE que desarrolló el sensor.

Según explican los investigadores la célula cardíaca, a nivel molecular, tiene que liberar calcio de un compartimiento llamado retícula para poder contraerse, provocar los latidos y activar el mecanismo circulatorio. El HNO actúa justamente sobre uno de los canales de calcio de este receptáculo y lleva al aumento de la liberación de calcio y la contractilidad del corazón, lo que a su vez incrementa la contractilidad de estas células y tiene además un efecto vasodilatador.

“El HNO presenta una actividad farmacológica diferencial y por lo tanto es una alternativa terapéutica al tratamiento con NO, una droga ya reconocida por sus efectos cardiovasculares. Dada la dificultad de evaluar los efectos del HNO, por su reactividad, la herramienta que desarrollamos es de gran ayuda porque permite cuantificarlo de manera selectiva, in vivo, y estudiar cómo se libera, a qué velocidad y bajo qué condiciones, por ejemplo”, explica Marcelo Martí, investigador independiente del Consejo.

En 2014 la reconocida revista Accounts of Chemical Research recopiló los avances de este grupo de investigación durante los últimos años en el estudio del óxido nítrico y del nitroxilo, destacando su relevancia en el campo. Además Nature Communications publicó recientemente el resultado de una colaboración con científicos alemanes donde, gracias a la utilización del sensor desarrollado por los científicos argentinos, se logró determinar el rol relevante del HNO en ciertos mecanismos neurovasculares.

Espectros estelares generados mediante reacciones nucleares con aceleradores de partículas

Investigadores del Centro Nacional de Aceleradores (Universidad de Sevilla-Junta de Andalucía-CSIC), en España, en colaboración con otras instituciones internacionales, han llevado a cabo medidas en el CNA que simulan los procesos que tienen lugar en las estrellas durante la nucleosíntesis de elementos.

La nucleosíntesis es el proceso de creación de nuevos núcleos atómicos a partir de los nucleones preexistentes, protones y neutrones, para llegar a generar el resto de los elementos de la tabla periódica y sus isótopos. Los nucleones primigenios preexistentes se formaron a partir del plasma de quarks-gluones del Big Bang cuando se enfrió por debajo de los diez millones de grados. A este proceso se le llama nucleogénesis, es decir la formación de nucleones en el Universo.      

La consecuente nucleosíntesis de elementos ocurre principalmente en el interior de las estrellas mediante diferentes ciclos de reacciones nucleares hasta la formación del hierro, Fe, núcleo cuya repulsión eléctrica impide nuevas reacciones con otros núcleos a las temperaturas estelares. 

A partir del Fe (A=56), y hasta los más pesados (A>200), los elementos y sus diferentes isótopos se forman casi exclusivamente por sucesivas capturas de neutrones y desintegraciones beta de los isótopos radioactivos que se van formando. Cada captura neutrónica da lugar a un nuevo isótopo y cada desintegración beta da lugar a un nuevo elemento. 

La nucleosíntesis estelar ocurre en las estrellas durante el proceso de evolución estelar en estados como novas, supernovas, estrellas AGB y aún son muchas las cuestiones a resolver en esta materia.
En el CNA, donde se ha desarrollado la primera fuente de neutrones en España, es posible generar neutrones como aquellos estelares gracias a un método original de los investigadores involucrados en este proyecto. La idea es bombardear un blanco de litio con un haz de protones configurado energéticamente a una cierta distribución. La reacción 7Li(p,n) genera de esta manera los neutrones con la distribución energética estelar. Con este método se ha medido la probabilidad de la reacción 181Ta(n,ɣ) en ambiente neutrónico estelar (MACS) a kT=30 keV, la energía más importante en nucleosíntesis. Todo el desarrollo experimental se ha realizado en el acelerador Tándem de 3 MV del CNA.

El doctor Javier Praena indica que “el método de generación permite obtener neutrones de espectro maxwelliano desde kT=30 a 60 keV”. 

El interés de este estudio radica en que el valor de la probabilidad de la reacción 181Ta(n,ɣ) puede influir en cómo se creó este elemento en las estrellas y los elementos más pesados que éste, así como sus cantidades relativas. 

Este tipo de espectros son de interés en astrofísica nuclear y validación de datos nucleares en campos como la tecnología nuclear y dosimetría. Si se modifica la energía del protón incidente, se pueden obtener neutrones, a través de la reacción nuclear, 7Li(p,n), con la energía que nos interesa.

Mediante códigos de modelación estelar (T, densidad, reacciones nucleares, flujo de neutrones) se intenta reproducir las abundancias en el Universo utilizando la probabilidad de la reacción 181Ta(n,ɣ). Esto ayuda a entender cómo se formó el actual Sistema Solar a partir de estrellas anteriores situadas en esta zona de la Vía Láctea.

Epidermis artificial devuelve sensibilidad.

Ingenieros coreanos crean una epidermis artificial con nanosensores que podría recubrir las prótesis y devolver la capacidad de sentir a los amputados; la cual no sólo siente el calor externo sino que transmite los 36,5º de la temperatura del cuerpo humano.

El pasado año estuvo lleno de logros si a biónica nos referimos, ya que un gran número de inventos se fueron desarrollando a lo largo del 2014. los cuales aún no se encuentran disponibles en el mercado; por ejemplo se han desarrollaron manos biónicas que son capaces de devolver la destreza a un amputado para realizar diferentes actividades. Sin embargo, estos avances se han concentrado en la integración con el sistema nervioso y la movilidad, dejando atrás la sensibilidad que es propia de los seres vivos. Razón por la cual un equipo de la Universidad Nacional de Seúl ha sido capaz de crear una piel que podría recubrir aquellas prótesis y dotarlas de la capacidad de sentir que tiene la piel humana. En ésta, repartidos con la maestría que solo la evolución atesora, una serie de receptores sensoriales transmite sensaciones táctiles y térmicas al cerebro. Sin ellos, no habría manera de diferenciar una caricia de una quemadura o del frío. Todo eso es lo que han conseguido replicar en una piel artificial.

Esto es posible a través de uso de silicio monocristalino, el cual es utilizado en la manufactura de los chips; Dae-Hyeong Kim, quien fue el principal investigador y el encargado del proyecto junto con su equipo crearon diferentes capas de nanocintas para cada sensación, las cuales tenían un grosor de apenas tres micras, que contenían a su vez  una red de nanosensores de presión, térmicos y humedad.

Sobre una matriz aislante, colocaron la primera capa de nanocintas con sensores para el calor que está basado en diodos de silicio; con ellos, la piel artificial puede detectar los cambios térmicos del exterior; además es capaz de transmitir su propio calor. El calentador con cual funciona es diferente del sensor, está hecho de oro y basado en el efecto Joule, a medida que la corriente fluye, genera calor. De hecho, esta epidermis de silicio se mantiene a 36,5º, con lo que la calidez de su tacto es aún más real.

Otra de las capas se encarga de captar la presión y la tensión. Si la piel humana es elástica, la artificial también tiene que serlo. Para acertar con el diseño del material, estudiaron a conciencia los movimientos naturales de la mano. Por lo que los ingenieros crearon un patrón para que su piel se pudiera estirar hasta un 50% sin afectar al rendimiento de los sensores.

La sensación más complicada de imitar fue la de la humedad, ya que la piel cuenta con receptores capaces de detectar un calor húmedo o un frío seco, pero la ciencia aún no sabe cómo lo hace. Los investigadores coreanos recurrieron a un pequeño truco, usaron nanocondensadores para aprovechar la propiedad conocida como capacidad eléctrica ocapacitancia. Con ellos, podían registrar la mayor o menor presencia de moléculas de agua en el exterior y determinar la humedad o sequedad alrededor de la piel.

Sin embargo, aún queda lo más difícil de este proyecta que está en conectar estos sensores artificiales al sistema nervioso de una manera segura y duradera. "El mayor problema está en la interfaz neural y la comunicación hombre-máquina. Para transmitir toda la información de la piel artificial necesitarías muchos contactos independientes con células nerviosas (axones) y además tener una manera de transferir esta información entre la prótesis y el paciente", nos recuerda este investigador.

Bibliografía:
http://elpais.com/elpais/2014/12/09/ciencia/1418122183_175745.html

Nanoesferas en apoyo a las quimioterapias.

Al principio del año en curso, el científico Rafael Vázquez Duhalt del Instituto de Biotecnología de la UNAM, diseñó en su laboratorio nanoesferas que transportan y mejoran, mediante actividad enzimática, los fármacos dirigidos a tumores; con el objeto de hacer más efectiva la quimioterapia contra el cáncer.
Según el ingeniero químico industrial, lo que se buscó fue desarrollar un material nanoestructurado con fines terapéuticos. Se trata de hacer eficiente la acción de los compuestos que se utilizan como fármacos anticancerígenos. La idea es que estas nanopartículas virales lleven actividad enzimática para que la quimioterapia sea mucho menos agresiva y más eficiente.
Un concepto que se encuentra fuertemente relacionado con este hallazgo, son las partículas pseudovirales, las cuales son cápsides virales, sin contenido de ácidos nucleicos que sirven como vehículos para llevar una actividad enzimática a un tejido deseado.
La investigación se inscribe en la nanomedicina, que es la aplicación médica de los nanomateriales. El científico y su grupo ensayan el suministro controlado de fármacos, enfocado en maximizar la biodisponibilidad en partes específicas del cuerpo y en periodos de tiempo adecuados.
Lo que transportan estas particulas no es el medicamento, sino una enzima capaz de transformar un “profármaco” en un compuesto activo en el tejido deseado; tal como lo explica el Dr. Vázquez en la siguiente cita:

“Desarrollamos vehículos nanométricos que los acarreen hasta el tejido, para ahí liberarlo de manera controlada”, 

El proceso en el laboratorio comienza con la obtención de la “materia prima” de las nanoesferas, las cuales son las proteínas virales VP6 de Rotavirus, y VP1 de Poliomavirus murino; ya que esta ultima proteína fue clonada en una bacteria y ésta la produce de manera eficiente, así que es una proteína heteróloga que tiene la capacidad de autoensamblarse de manera espontánea y formar las nanoesferas.
Las cápsides virales son las primeras en producirse en el laboratorio en cantidades bastas, aprovechando la propiedad natural de autoensamblaje que tienen los virus, esto se realiza por medio de la clonación del gen que codifica la proteína en un microorganismo de producción industrial, el cual se utiliza en su forma monomérica, es decir, desensamblada. Ahí se conjuga químicamente con la enzima que se desea encapsular. En este caso, se trata de un citocromo P450, el cual posee un ajuste de las proporciones de proteína viral conjugada y libre, se somete a las condiciones en las que las proteínas se ensamblan y forman una nanoesfera que contiene en su interior la enzima activa.
Desafortunadamente, muchos de los tejidos del organismo humano tienen citocromo P450, así que los profármacos se activan en todo el cuerpo y causan efectos secundarios; por lo que el objetivo principal de este proyecto es aumentar la actividad del P450, específicamente en el tumor canceroso, y así disminuir las dosis, aumentar la eficiencia del tratamiento y, sobre todo, disminuir al máximo los efectos secundarios. Por ejemplo, existen cánceres en tejidos como el de colon, donde hay poca actividad P450, y se tienen que usar dosis más altas para eliminar el tumor, lo que causa toxicidad en el cuerpo; sin embargo, si  se pudieras llevar aquélla a ese sitio, las sustancias utilizadas en la quimioterapia serían más eficientes a dosis menores.
El investigador del IBt explicó que existen varios tipos de citocromos P450 y los fármacos han sido diseñados para que una o varias de estas enzimas los transformen y activen. “Según el compuesto podrían diseñarse las nanopartículas, o según estas últimas, los fármacos. La idea es llevar la capacidad activadora al tumor y así aumentar la eficiencia, con lo que se evitarían efectos tóxicos en otros tejidos” explicó el Dr. Vázquez Duhalt.
En este proceso, la partícula pseudoviral es el vehículo que, a futuro, llevaría la medicación al organismo de los pacientes. Para dirigirla, se debe modificar su superficie de dos maneras: la primera, con algún polímero biocompatible que inhiba la actividad inmunogénica de las proteínas, y la segunda, con moléculas que puedan ser reconocidas específicamente por la células del tumor o el tejido blanco, lo cual representa un reto para los cientificos.
Vázquez Duhalt añadió que, una vez superados esos desafíos, las nanopartículas se podrían inyectar en el torrente sanguíneo y luego se concentrarían en el tumor. A un año de iniciada esta línea de estudio, aún es largo el camino para llegar a pacientes humanos.

Para mayor información se puede consultar la pagina de la Universidad Nacional Autónoma de México o buscar ampliar la información en cuanto a lo que son y como funcionan las partículas pseudovirales.

Bibliografia: http://noticias.universia.net.mx/en-portada/noticia/2012/01/03/902637/disena-unam-nanoesferas-aumentan-efectividad-quimioterapia.html

Una molécula magnética logra actuar como una puerta lógica cuántica

De acuerdo con una investigación realizada por el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) se logró desarrollar una molécula magnética capaz de comportarse como una puerta lógica cuántica, gracias a una reacción química, se trata de un mejor aproximación para llegar a crear las piezas necesarias de un ordenador cuántico.

Básicamente las computadoras cuánticas y las tradicionales requieren los mismos componentes básicos: como las puertas lógicas y unidades de memorias; sin embargo la única diferencia es que las piezas del ordenador cuántico debe ser capaz de presentar dos estados de código binario de manera simultanea, de acuerdo con las leyes de la física cuántica.

Las puertas lógicas son dispositivos electrónicos que ejecutan ordenes de acuerdo a la información que tiene almacenada dentro de su memoria. De acuerdo con la computación cuántica, cada puerta debe estar formada por dos componentes diferentes pero acoplados entre si. "El problema reside en que la naturaleza tiende a crear estructuras simétricas" explica el investigador Fernando Luis.

El equipo de Luis desarrollo una molécula totalmente asimétrica compuesta por dos átomos de Terbio, aunque sus átomos sean iguales,esta molécula esta encapsulada en dos corpúsculos orgánicas diferentes. Entonces se soluciona el problema de la puerta lógica.

Esta no ha sido la primera vez en desarrollar una puerta lógica cuántica sin embargo la utilización de una reacción química se ha comprobado que es la forma mas barata, eficiente e inteligente que hoy en día se pudiera ver ya que con una sola reacción da lugar a millones de moléculas asimétricas.

Las ventajas de obtener un ordenador cuántico cae en la posibilidad de un nuevo tipo de computación, el hecho de poder manejar dos posibilidades de forma simultánea lograra ordenadores más veloces, capaces, inteligentes y de mayor almacenamiento de memoria.

Omar Betanzos 150729

Bibliografía

http://www.efefuturo.com/noticia/el-ordenador-cuantico-no-es-ciencia-ficcion/

http://www.quimica.es/noticias/134364/una-molecula-magnetica-logra-actuar-como-una-puerta-logica-cuantica.html