miércoles, 17 de julio de 2024

La economía planetaria: átomos, moléculas y seres vivos.

La globalización constituye un proceso económico, tecnológico, político, social y cultural a escala mundial potenciado por la creciente comunicación e interdependencia entre los distintos países del mundo. La primera gran convergencia tecnológica abreviada TIC (Tecnologías de la Información y Comunicación) ha generado un nuevo espacio social en el cual las capacidades de acción de los seres humanos se han ampliado al ser posibles las interacciones dinámicas virtuales. En el contexto descripto, las empresas TIC, en constante desarrollo, cumplen un papel preponderante en la globalización económica debido a su capacidad de integrar los mercados globales. Constituyen la tecnología central de la economía globalizada desde fines del siglo XX (1975- ), es decir una economía globalizada con un motor tecnológico centrado en las TIC.    
Si bien la economía globalizada presenta algunas ventajas como el mayor acceso a los mercados y a recursos diversificados, la atracción de inversiones extranjeras, facilita la difusión de innovaciones tecnológicas, aumenta la competencia, y reduce los precios de bienes y servicio; sus desventajas son desbastadoras, incrementa la brecha entre ricos y pobres, produce desempleo y precariedad laboral, genera dependencia económica, lleva a la pérdida de identidades culturales y tradiciones locales, tiene un fuerte impacto ambiental contaminante al aumentar la explotación de recursos naturales y la interconexión de los mercados financieros puede hacer que las crisis económicas se propaguen rápidamente de un país a otro, afectando la estabilidad global.

A principio del siglo XXI (2001-) surge la segunda convergencia tecnológica, las  NBIC (Nano-Bio-Info y Cognotecnologías) producto de la necesidad de dar respuestas a todas las necesidades humanas, no solo a la comunicación, también a la alimentación, la energía, la salud, el cuidado del ambiente, la vivienda, el transporte, la vestimenta y la defensa. Las NBIC inician la transformación, el paso de la sociedad de la información hacia una sociedad multidireccional tendiente a dar respuestas integrales a las necesidades reales de los 8.000 millones de habitantes del planeta.

Esto implica pasar de la economía globalizada de las TIC responsable que hoy tengamos un planeta sin rumbo en lo económico y ambiental, por no haber considerado todas las necesidades de los seres humanos ni respetado las leyes de la naturaleza, a una economía convergente centrada en las potentes respuestas que tanto la biotecnología como la nanotecnología y la IA pueden brindar  las graves problemáticas actuales y futuras. 

La posibilidad de innovar construyendo con átomos y moléculas más la de utilizar seres vivos o partes de seres vivos, para dar respuestas a las crecientes necesidades humanas primarias constituye la base de la nanobioeconomía, la única economía posible para hacer viable la vida en el planeta y el planeta en el siglo XXI.”

Lectura complementaria:

Hacer viable lo otrora inviable con bio y nanoeconomía. Biotecnología & Nanotecnología al Instante. 29/04/24.



jueves, 6 de junio de 2024

En el vino hay sabiduría, en la cerveza libertad y en el agua nanoplásticos.

El título del presente artículo se basa en una frase de Benjamín Franklin “En el vino hay sabiduría, en la cerveza libertad y en el agua bacterias”. Con el transcurso del tiempo se fueron realizando controles y procesos para evitar que el agua potable tuviera microorganismos nocivos (ejemplo cloración, osmosis inversa,...). Tal vez la problemática actual no sean las bacterias sino la creciente presencia de micro y nanoplásticos con consecuencias para la salud poco claras hasta el presente. Los microplásticos son partículas de plástico menores a 5mm hasta tamaños tan pequeños que son imperceptibles; cuando su tamaño es menor a 100 nm se los identifica con la denominación particular de nanoplásticos.
En el reciente artículo Rapid single-particle chemical imaging of nanoplastics by SRS microscopy publicado en la revista PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences), investigadores de la Universidad de Columbia encontraron, en relación con los microplásticos, que en el agua embotellada hay entre 10 y 100 veces más de nanoplásticos  de los siguientes polímeros: PE polietileno, PP polipropileno, PS poliestireno, PVC policloruro de vinilo, PET Polietileno tereftalato, PA poliamidas y Acrilatos. 
Analizaron cinco muestras de cada una de las tres marcas comerciales más comunes de agua embotellada presentes en las naves de los supermercados. Los niveles de las nanopartículas presentes oscilaron entre 110.000 y 400.000 por litro, con un promedio de alrededor de 240.000. Gran parte el ellas parecían provenir de la propia botella y del filtro de la membrana de ósmosis inversa utilizado para evitar la entrada de otros contaminantes durante el proceso de elaboración. Potencialmente por su tamaño menor los nanoplásticos son más peligrosos para los seres vivos que los peligrosos microplásticos.
Los residuos de los más de 430 millones de toneladas de plástico producidas anualmente son hoy los responsables de los micro-nanoplásticos encontrados en los océanos, en los alimentos y el agua potable del planeta. Se ha detectado su presencia en numerosas especies y tejidos, incluso hasta en cerebro humano. Ahora nuevas técnicas analíticas como el microscopio láser dual permiten cuantificar y sumar a la micro contaminación la problemática de los nanoplásticos.
Los investigadores aún no pueden responder certeramente a la gran pregunta: ¿Cuán perjudiciales son para la salud esas piezas de micro y nanoplásticos?
Sabemos sobre su ingreso a los tejidos (de los mamíferos, incluidas las personas, ...). La investigación actual está analizando lo que hacen en las células. Algunos trabajos han demostrado la capacidad de los nanoplásticos para internalizarse en las células y a través de sus aditivos químicos causar estrés celular, daño al ADN y cambiar el metabolismo o la función celular. Se estima que la presencia de más de 100 sustancias químicas distintas en estos plásticos aumenta la probabilidad de originar algún tipo de cáncer. Lo inquietante de las pequeñas partículas es su aparición en diferentes órganos y su factibilidad de cruzar membranas que no deben cruzar, como la barrera hematoencefálica. 
Por lo expuesto, nos atrevimos a cambiar-actualizar la interesante frase de Benjamín Franklin “En el vino hay sabiduría, en la cerveza libertad y en el agua bacterias”. Hoy lo más peligroso en el agua potable son los micro-nano plásticos.

Lectura complementaria: 

miércoles, 22 de mayo de 2024

¿Necesitamos formación curricular en insumos agrarios?

La ciencia no es sólo  conocimiento, es el conocimiento sistemático y ordenado.  A fines del siglo XX, ante la problemática de un planeta a la deriva en lo económico y ambiental, se fue pasando de las ciencias y tecnologías separadas, cuya función era comprender y explotar la naturaleza, a ciencias tecnologías integradas para potenciar la transformación de la naturaleza y posibilitar la vida en la tierra. Esta conjunción con crecimiento exponencial enfatiza la necesidad de sistematizar y ordenar  los  aspectos científicos-tecnológicos en áreas como la agricultura, de interés vital por su respuesta a las necesidades humanas primarias.  En la agricultura clasificar los insumos provenientes de la integración compleja de las ciencias básicas con las tecnologías de avanzada puede ayudar a una mejor comprensión sobre su origen, potenciar desarrollos  y optimizar las aplicaciones agrícolas. Con la finalidad de establecer algún tipo de ordenamiento actualizado en la temática podemos considerar tres aspectos/áreas centrales:

a)   Insumos basados en biotecnología.
b)   Insumos basados en la nanotecnología.
c)  Insumos basados en la infotecnología                                                                                          (ciencia de datos, IA, tecnología de la información y robótica).

a)  Insumos basados en biotecnología.

Biofertilizantes: Utilizan microorganismos como bacterias fijadoras de nitrógeno para mejorar la fertilidad del suelo.

Biopesticidas: Derivados de organismos vivos  o sustancias naturales para controlar plagas y enfermedades.

Semillas mejoradas genéticamente: Utilizan técnicas de ingeniería genética para desarrollar variedades de cultivos con características mejoradas, como resistencia a enfermedades o tolerancia a condiciones ambientales adversas.

b)  Insumos basados en la nanotecnología.

Nanofertilizantes: Utilizan nanopartículas para entregar fertilizantes de manera más eficiente a las plantas, aumentando la absorción de nutrientes y reduciendo la lixiviación, la cantidad necesaria y la contaminación.

Nanopesticidas: Emplean nanopartículas para entregar los pesticidas de manera más eficiente a las plantas, aumentando la absorción de nutrientes y reduciendo la lixiviación, la cantidad necesaria y la contaminación.

Nanomateriales: Usan nanopartículas para enriquecer el suelo y vinculadas con la tolerancia al stress (sequía, salinidad, stress UV).

Nanosensores: Dispositivos nanométricos que monitorean variables ambientales como humedad del suelo, pH, nivel de nutrientes, etc., para una gestión precisa de los cultivos.

Nanodelivery: Trasporte de material genético para realizar transgénesis en vivo (CRISPR-cas9)

c)  Insumos basados en infotecnología.

Agricultura de precisión: Utiliza datos recopilados por sensores remotos, drones, satélites y equipos de campo robotizados para optimizar el manejo de los cultivos, incluyendo la aplicación precisa de insumos como fertilizantes y pesticidas.

Plataformas de gestión agrícola: Software y aplicaciones que ayudan a los agricultores a gestionar y optimizar sus operaciones agrícolas, incluyendo la planificación de cultivos, el monitoreo del crecimiento y la salud de las plantas, y la gestión de insumos.


Esta clasificación refleja cómo diferentes áreas de las ciencias y las tecnologías convergentes (Nano-Bio-Infotecnología) con crecimiento exponencial contribuyen al desarrollo y aplicación de insumos agrícolas más eficientes, sostenibles y orientados hacia el futuro. La interacción entre ellas y su complejidad creciente requiere capacitarse en ciencias básicas,  nanotecnología, biotecnología, infotecnología,  gestión empresarial, bioeconomía, nanoeconomía, etc.

Sí, es necesaria una capacitación curricular en insumos agropecuarios para no ser consumidores solo informados por folletos de las comercializadoras sobre sus productos, sin los conocimientos necesarios para la toma de las decisiones adecuadas y para no ser observadores perplejos de los desarrollos de avanzada, sino partícipes de ellos. 

Lecturas complementarias:

Nanoeconomía y/o Bioeconomía. Biotecnología & Nanotecnología al Instante 2023. https://infobiotecnologia.blogspot.com/2023/12/bioeconomia-yo-nanoeconomia.html
                
Hacer viable lo otrora inviable con bio y nanoeconomía. Biotecnología & Nanotecnología al Instante. 2024.
https://infobiotecnologia.blogspot.com/2024/04/hacer-viable-lo-otrora-inviable-con-la.html

lunes, 29 de abril de 2024

Viable the once unfeasible with bio and nanoeconomy.

There are areas on the planet that apparently have little benefit, they do not have minerals, fossil fuels, nor do their soils have the right characteristics to be cultivated. The lack of energy does not allow the establishment of industries and the generation of jobs. They are usually considered unviable areas by economists and abandoned to their fate. Young people emigrate in search of a better future and the existing towns languish. The picture described above is repeated across the entire surface of the planet. Now the bioeconomy and nanoeconomy based on the exponentially growing developments in biotechnology and nanotechnology seem to indicate that the once unfeasible is beginning to become viable. 
The following figure summarizes a series of possible, sustainable solutions, ranging from waste utilization and abundant energy generation to the production of advanced nanomaterials.    


Abundant energy production is based on the installation of solar panels, windmills, the generation of biogas from waste in biodigesters and thermoelectric power plants powered by biomass obtained from crops, microorganisms and microalgae, whether genetically modified or not, from which bioethanol, bio-oil and biodiesel can also be obtained.
Carbon dioxide from thermoelectric power plants and biogas generation can be used to obtain graphene, and to feed microalgae cultures capable of producing everything from medicines to omega-3 fatty acids. After extraction of the active principles, the rest of the microalgae can be used to obtain carbon nanotubes, a high value-added nanomaterial, by pyrolysis. In addition, new nanocatalysts also allow carbon dioxide to be converted into methane, increasing local energy production.
Energy self-sufficiency allows the installation of bioreactors to produce from “in vitro” meat to biopolymers and opens the door to multiple ventures, the installation of SMEs and businesses related to production and the general economic growth of the place. The economy of new technologies tends to horizontalize production in order to avoid the concentration of economic resources in a few. 
As an example, we will explain how from organic waste we can move on to the production of nanocomposite materials for 3D production in order to make products with high added value tending to make the area sustainable and with state-of-the-art technology. Biogas production generates methane and carbon dioxide. Both gases can be used to obtain nano-objects. 
Graphene and carbon nanotubes can be obtained from methane using the CVD (chemical vapor deposition) process. In parallel, organic waste can be used to produce polylactide (PLA), a biodegradable and recyclable polymer. Generally, fermentable waste is autoclaved at 121ºC for 20 minutes and then, by regulating the physicochemical conditions, a saccharification process is carried out with the enzyme glucosamylase and then Lactobacillus rhamnousus is added to convert the glucose produced into lactic acid. Finally, the lactic acid is used to synthesize PLA. Within nanostructured materials, nanocomposites of polymers with nano-objects present a high degree of current and future applications. In some nanocomposites, 1% graphene in the polymeric structure increases its strength by 100%. The possibility of being able to use PLA-graphene and PLA-carbon nanotube polymers obtained from waste in 3D printers allows the continuous or rotary production of a large number of products that can be used in the textile, food and automotive industries, among others.
A good example of the importance of the bioeconomy + nanoeconomy in the multidirectional society and its ability to make the once unfeasible viable.

Complementary reading:

Hacer viable lo otrora inviable con bio y nanoeconomía.

En el planeta existen zonas aparentemente poco beneficiadas, no poseen minerales, combustibles fósiles, ni su suelo presenta las características adecuadas para ser cultivado. La falta de energía no posibilita la radicación de industrias y la generación de puestos de trabajo. Suelen ser consideradas como zonas inviables por los economistas y abandonadas a su suerte. La  gente joven emigra en busca de un porvenir mejor y los pueblos existentes languidecen. El cuadro descripto se repite en toda la superficie del planeta. Ahora la bioeconomía y la nanoeconomía sustentadas en los desarrollos con crecimiento exponencial de la biotecnología y la nanotecnología parece indicar que lo otrora inviable comienza a hacer viable. En la siguiente figura se trata de resumir una serie de soluciones posibles, sustentables, que abarcan desde el aprovechamiento de los residuos y la generación abundante de energía, hasta la producción de nanomateriales de avanzada.



















La producción abundante de energía se basa en la instalación de paneles solares, molinos eólicos, en la generación de biogás a partir de residuos en biodigestores y en centrales termoeléctricas alimentadas por biomasa obtenida a partir de cultivos, microorganismos y microalgas modificadas o no genéticamente, de los cuales también se puede obtener bioetanol,  biopetróleo y biodiesel.
El dióxido de carbono proveniente de las centrales termoeléctricas y de la generación de biogás se lo puede utilizar para obtener grafeno,  y para alimentar cultivos de microalgas capaces de producir desde medicamentos  hasta ácidos grasos omega 3. Luego de la extracción de los principios activos, el resto de la microalga puede utilizarse para, por pirólisis, obtener nanotubos de carbono, nanomaterial de alto valor agregado. Adicionalmente nuevos nanocatalizadores también permiten pasar el dióxido de carbono a metano, aumentando la producción de energía local.
La autosuficiencia energética permite instalar biorreactores para producir desde carne  “in vitro” hasta biopolímeros y abre las puertas para múltiples emprendimientos, la instalación de pymes y comercios relacionados a la  producción y el crecimiento económico general del lugar. La economía de las  nuevas tecnologías tiende a horizontalizar la producción de modo de evitar la concentración de los recursos económicos en unos pocos.
A modo de ejemplo explicaremos como desde los residuos orgánicos podemos pasar a la producción de materiales nanocompuestos para la producción 3D de modo de realizar productos de alto valor agregado tendientes a hacer  la zona sustentable y con tecnología de punta. La producción de biogás genera metano y dióxido de carbono. Ambos gases se pueden utilizar para obtener nano-objetos. Del metano se puede, mediante el proceso CVD (Chemical vapour deposition) obtener grafeno y nanotubos de carbono. En forma paralela, con los residuos orgánicos se puede producir poliláctico (PLA), un polímero biodegradable y reciclable. Generalmente los residuos fermentables son autoclavados a 121ºC durante 20 minutos y luego regulando las condiciones fisicoquímicas se realiza un proceso de sacarificación con la enzima glucosamilasa y posteriormente se agrega Lactobacillus rhamnousus para pasar la glucosa producida a ácido láctico. Finalmente el ácido láctico se utiliza para sintetizar PLA. Dentro de los materiales nanoestructurados, los nanopcompuestos de polímeros con nano-objetos presentan en la actualidad un alto grado de aplicaciones actuales y futuras. En algunos nanocomposites, un 1% de grafeno en la estructura polimérica permite aumentar su resistencia en un 100%. La posibilidad de poder utilizar en las impresoras 3D polímeros de PLA-grafeno y PLA-nanotubos de carbono, obtenidos a partir de residuos, permite producir en forma continua o rotativa una importante cantidad de productos utilizables en la industria textil, alimenticia y automotriz, entre otras.
Un buen ejemplo de la importancia de la bioeconomía + la nanoeconomía en la sociedad multidireccional y de su capacidad para hacer viable lo otrora inviable.

Lectura complementaria

domingo, 24 de marzo de 2024

Nanomedicina. De suturar a soldar heridas.

Hace más de 5.000 años a la humanidad se le ocurrió la idea de suturar una herida con aguja e hilo. Desde entonces, este principio quirúrgico no ha cambiado mucho: dependiendo de la expertiz de la persona que realiza la operación y del equipo, los cortes o desgarros en el tejido se pueden unir de manera más o menos perfecta. Una vez que ambos lados de una herida están perfectamente unidos entre sí, el cuerpo puede comenzar a cerrar la brecha de tejido de forma permanente y natural. Sin embargo, la sutura no siempre logra lo que se supone que debe lograr. En tejidos muy blandos, el hilo puede atravesarlo y provocar lesiones adicionales y si el cierre de la herida no sella los órganos internos, las suturas permeables pueden suponer un problema potencialmente mortal. 
Investigadores del Laboratorio Federal Suizo de Ciencia y Tecnología de Materiales (EMPA) y del Instituto Federal Suizo (ETH) han encontrado una manera de soldar heridas utilizando láser. El método denominado "iSoldering" (soldadura inteligente), con solicitud previa de patente, se publicó en la revista Small Methods. Soldar normalmente implica unir materiales mediante calor y un agente adhesivo de fusión. El hecho de que esta reacción térmica deba permanecer dentro de límites estrechos de temperatura en los materiales biológicos y al mismo tiempo la temperatura sea difícil de medir de forma no invasiva, ha sido un problema para la aplicación de procesos de soldadura en medicina. No obstante los investigadores superaron el problema desarrollando un agente aglutinante con nanopartículas para calentar y para controlar por nanotermometría la temperatura.
Mediante impresora 3D realizan la pasta de unión que contiene 25% de albúmina, 6,5% de gelatina (aporta colágeno) y dos tipos de nanopartículas, plasmones de resonancia superficial localizada y puntos cuánticos. Mientras la pasta se irradia con láser, los plasmones de resonancia superficial localizada convierten la luz en calor. Las nanopartículas de puntos cuánticos por otro lado, actúan como pequeños nanotermómetros. La radiación no adsorbida por la resonancia de los plasmones incide en los puntos cuánticos quienes emiten fluorescencia de una longitud de onda específica en función de la temperatura, lo que permite su medición y regulación de forma extremadamente precisa y en tiempo real.

Crédito: Nanothermometry-Enabled Intelligent Laser Tissue Soldering. Snall Methods 7(11) Nov. 2023
Para que una soldadura exitosa obtenga un cierre inmediato de la herida y una unión firme es necesario que la soldadura alcance la temperatura de desnaturalización del colágeno, que puede variar de 60 a 80 °C para los tejidos humanos. El control de dosimetría de la irradiación láser y el correspondiente aumento de temperatura es crucial para controlar el riesgo de daño tisular irreversible.
Los investigadores, junto con cirujanos del Hospital Universitario de Zúrich, la Clínica Cleveland (EE.UU.) y la Universidad Carolina (República Checa) realizaron pruebas de laboratorio con diversas muestras de heridas en órganos como el páncreas o el hígado logrando una unión rápida, estable y biocompatible con los tejidos. También fue igualmente exitoso el sellado con iSoldering de partes de tejidos particularmente difíciles, como la uretra, las trompas de Falopio y el intestino.
El otorgamiento de la patente será el paso inicial para avanzar en pruebas clínicas y luego destronar más de 5000 años de reinado de la sutura heridas con aguja e hilo.

Lectura complementaria:

miércoles, 21 de febrero de 2024

Los extremos del universo: astronomía y atomonomía.

El sufijo nomía es de origen griego (nómos) y significa "conjunto de leyes o normas". Se usa en palabras compuestas como economía y astronomía entre otras. En tal sentido lo que hoy denominamos nanociencia, vinculado con el conocimiento ordenado y sistemático en la escala nanométrica (1 a 100 nanómetros) constituye sólo una visión parcial de la temática, como extremo del universo antagónico a la astronomía  debió  haberse denominado atomonomía (o nanononía). La atomonomía es entonces el conjunto de leyes y normas para comprender el mundo de lo pequeño a escala atómico-molecular; con ella se completa un espectro del conocimiento capaz de abarcar el límite de lo más grande observable al límite de lo más pequeño observable, y por ser pequeño también manipulable.


Los primeros registros astronómicos se ubican aproximadamente en el 1300 A.C. Resulta interesante reseñar los períodos evolutivos de la astronomía:

Prehistórico (antes 500 A.C.) Caracterizado por la observación de los movimientos cíclicos del sol, la luna y las estrellas, el desarrollo de los calendarios y la determinación de orientaciones. 
Clásico (500 A.C. − 1400 D.C.) Comienzan las medidas de posiciones y los movimientos y se hacen modelos geométricos del universo (geocéntricos) para explicar el movimiento de los planetas.
Renacimiento (1400 D.C. – 1609 D.C) Se acumulación datos más precisos y aparecen mejores modelos (heliocéntricos) para explicar los datos.
Moderno (desde 1609 D.C.) En el año 1609, Galileo Galilei dirige por primera vez, con espíritu científico, un telescopio hacia el cielo. El acontecimiento se considera  el inicio de la astronomía moderna y revolucionó completamente el concepto de universo y de nuestro lugar dentro de él. En este período aparecen nuevos modelos físicos y avances matemáticos. Nace y se  desarrolla de la astrofísica. .
La atomonomía recién se inicia la segunda mitad del siglo XX D.C. Hubo que esperar la aparición de la física cuántica (1900-Max Planck) y su aplicación en los primeros modelos atómicos confiables (1913-Modelo planetario de Niels Bohr y 1926-Modelo probabilístico de Erwin Schrödinger) para comenzar a comprender el mundo de lo pequeño. En 1974, por primera vez, el Dr. Norio Taniguchi, profesor de la Tokyo University of Science acuñó el término Nano-technology en una conferencia. No obstante algo similar a lo realizado por Galileo con el telescopio aparece recién en 1981 cuando Gerd Binnig  y Heinrich Rohrer (IBM) desarrollaron y perfeccionaron el microscopio de exploración de efecto túnel (STM- Scanning Tunneling Microscope), la primera herramienta para “ver” átomos de una manera relativamente fácil y rutinaria (a ambos se le concedió el premio nobel en 1986). 
Resulta interesante que la astronomía nos permite observar los planetas, mundo macro, desde el año 1609 y que recién en  1981 se haya comenzado a ver el mundo nano de los las moléculas y los átomos. Se necesitaron 372 años de desarrollo tecnológico más para llegar al otro extremo.
El paso del estudio de lo más grande, como la astronomía, al mundo de lo más pequeño, como la atomonomía-nanonomía conlleva una serie de reflexiones interesantes sobre el conocimiento humano.
El hecho de poder estudiar tanto el cosmos inmenso como las estructuras extremadamente pequeñas resalta la increíble amplitud de escalas en el universo y fundamentalmente la capacidad humana para comenzar a comprenderlas.
Ambas permiten explorar territorios relativamente desconocidos. En la astronomía, descubrimos exoplanetas, agujeros negros y la naturaleza misma del universo. La atomonomía permite a través de su aplicación, la nanotecnología,  manipular la materia a escala extremadamente pequeña para crear nuevos materiales, dispositivos y aplicaciones capaces de dar respuestas a las nueve necesidades humanas primarias.
Las dos tienen el potencial de revolucionar nuestra comprensión del mundo y nuestra capacidad tecnológica. Desde la comprensión de los orígenes del universo hasta la fabricación avanzada, estas disciplinas están en la vanguardia de la innovación científica y tecnológica.  

El paso del estudio de lo más grande  a lo más pequeño en 372 años refleja la capacidad humana para explorar y tratar de comprender los dos extremos del universo.

sábado, 17 de febrero de 2024

The extremes of the universe: astronomy and atomonomy

The suffix nomía is of Greek origin (nómos) and means "set of laws or rules". It is used in compound words such as economics and astronomy, among others. In this sense, what we now call nanoscience, linked to orderly and systematic knowledge at the nanometer scale (1 to 100 nanometers) is a partial vision of the subject, as the extreme of the universe antagonistic to astronomy should have been called atomonomy (or nanonony). Atomonomy is then the set of laws and rules to understand the world of the small at the atomic-molecular scale; with it is completed a spectrum of knowledge capable of covering the limit of the largest observable to the limit of the smallest observable, and for being small also manipulable.


The first astronomical  records date back to  approximately 1300 BC. It is interesting to outline the evolutionary periods of astronomy:  
Prehistoric (before 500 B.C.) Characterized by the observation of the cyclic movements of the sun, moon and stars, the development of calendars and the determination of orientations. 
Classical (500 B.C. - 1400 A.D.) Measurements of positions and motions begin and geometric models of the universe (geocentric) are made to explain the motion of the planets.
Renaissance (1400 A.D. - 1609 A.D.) More accurate data accumulates and better models (heliocentric) appear to explain the data.
Modern (from 1609 A.D.) In 1609, Galileo Galilei directed a telescope to the sky for the first time in a scientific spirit. The event is considered the beginning of modern astronomy and completely revolutionized the concept of the universe and our place within it. In this period new physical models and mathematical breakthroughs appear. It was born and developed from astrophysics.
Atomonomy did not begin until the second half of the 20th century AD. It was necessary to wait for the appearance of quantum physics (1900-Max Planck) and its application in the first reliable atomic models (1913-Niels Bohr's planetary model and 1926-Erwin Schrödinger's probabilistic model) to begin to understand the world of the small. In 1974, for the first time, Dr. Norio Taniguchi, a professor at Tokyo University of Science coined the term Nano-technology in a lecture. However, something similar to what Galileo did with the telescope appeared only in 1981 when Gerd Binnig and Heinrich Rohrer (IBM) developed and perfected the Scanning Tunneling Microscope (STM), the first tool to "see" atoms in a relatively easy and routine way (both were awarded the Nobel Prize in 1986). 
It is interesting that astronomy has allowed us to observe the planets, the macro world, since 1609 and it was only in 1981 that we began to see the nano world of molecules and atoms. It took 372 years of technological development to reach the other extreme.
The passage from the study of the largest, such as astronomy, to the world of the smallest, such as atomonomy-nanonomy, leads to a series of interesting reflections on human knowledge.
Being able to study both the immense cosmos and extremely small structures highlights the incredible breadth of scales in the universe and fundamentally the human capacity to begin to understand them.
Both allow us to explore relatively unknown territories. In astronomy, we discover exoplanets, black holes and the very nature of the universe. Through its application, nanotechnology, atomonomy allows us to manipulate matter on an extremely small scale to create new materials, devices and applications capable of providing answers to the nine primary human needs.
Both have the potential to revolutionize our understanding of the world and our technological capabilities. From understanding the origins of the universe to advanced manufacturing, these disciplines are at the forefront of scientific and technological innovation.  
The passage from the study of the largest to the smallest in 372 years reflects the human capacity to explore and try to understand both ends of the universe.

domingo, 21 de enero de 2024

Genes creativos y emprendedores.

El sistema de neurotrasmisión, dependiente de la dopamina, vinculado a la cognición, la conducta y las emociones es uno de los más importantes del sistema nervioso central.
La dopamina producida en el cerebro nos hace sentir bien. Una descarga de dopamina es la respuesta a las actividades placenteras como comer o tener sexo. En cambio si no tenemos suficiente dopamina podemos sentirnos letárgicos, deprimidos o sin interés por la vida. Se han identificado 5 receptores de dopamina en el cerebro (D1, D2, D3, D4 y D5). Centraremos nuestro interés en el receptor D2 y en el receptor D4.
En el artículo científico “Thinking Outside a Less Intact Box: Thalamic Dopamine D2 Receptor Densities Are Negatively Related to Psychometric Creativity in Healthy Individuals” publicado en la revista científica PloSONE los investigadores establecieron que las personas muy creativas tienen menos densidad de receptores D2 de dopamina en el tálamo, una zona del cerebro encargada de filtrar los estímulos e impedir su llegada a la corteza cerebral, permitiendo un mayor flujo de información. La abundancia de información no censurada es la chispa necesaria para encender la creatividad; causa por la cual gente muy creativa es capaz de ver las conexiones más insospechadas a la hora de resolver problemas. Esa baja densidad de receptores D2 está asociada a quienes portan el alelo A1 del gen DRD2-TAQ.
Otro gen vinculado con la activación de ciertas zonas del cerebro por su incidencia en la producción de receptores D4 es el DRD4 presente en el brazo corto del cromosoma 11. Este gen se caracteriza por la repetición de su secuencia de ADN. Cuanto mayor sea el número de repeticiones, más ineficaz son los receptores que generan. Un gen DRD4 "largo" (más de 6 repeticiones) supone un bajo estímulo en ciertas partes del cerebro. Uno "corto", por el contrario, genera una alta sensibilidad. Las personas con el gen DDR4 "largo" tienen menos capacidad de respuesta al neurotransmisor necesitando tomar actitudes de riesgo tendientes a incrementar la producción de dopamina para lograr el mismo efecto de recompensa o placer que obtienen las personas con el gen "corto". Lo interesante del caso es que los poseedores del gen DRD4 "largo" frente a la necesidad de mayores estímulos desarrollaran una personalidad arriesgada y emprendedora.
Muchos se estarán preguntando si quienes no tienen las variantes genéticas citadas pueden  ser creativos y/o emprendedores exitosos. A ellos dos preguntas: ¿Cómo hará ese gran flujo de conocimientos para pasar la censura del tálamo con densidad de receptores D2 normal, llegar al cerebro y convertirse en asociaciones novedosas? ¿Podrá ese gran flujo de conocimiento mediante la motivación aumentar la generación de dopamina en quienes tienen el DRD4 “largo” logrando recompensa o placer al acometer nuevos emprendimientos?

Bibliografía

domingo, 7 de enero de 2024

La vida, ¿orden a partir del orden o del desorden?

En concordancia con la segunda ley de la termodinámica y el concepto de entropía, los estados ordenados (u organizados) son los menos probables (entropía negativa); mientras los estados desordenados son los más probables (entropía positiva). Un fenómeno ocurre cuando la variación de entropía total o del universo aumenta. Esta es la suma de la entropía del sistema y del medio. Si el sistema es un ser vivo, en un organismo ordenado su entropía será negativa a expensas de un mayor desorden del medio debido a que la suma de ambas debe ser mayor a cero si el hecho ocurre.
El premio Nobel Erwin Schrödinger  preguntaba:                      
¿Cómo consigue un organismo concentrar una corriente de orden en sí mismo y escapar así al caos atómico prescripto por la segunda ley de la termodinámica?
Los organismos continúan existiendo y desarrollándose  al incorporar energía de alta calidad, se alimentan de “entropía negativa”, es decir mantienen su organización interna a expensas de un mayor incremento de la desorganización en el exterior de sus cuerpos. Mientras su entorno tiende al desorden ellos incrementan su orden. He aquí el orden dentro el desorden para la vida.
En cambio la organización ordenada de  los seres vivos proviene de la copia de su material genético. Schrödinger  se maravillaba de que un proceso originado en la copia de una larga cadena de átomos (ADN) pueda producir más de cien billones de copias, en el caso de un mamífero. He aquí como se genera  orden a partir del orden, mediante un sistema químico de copia.
La tierra pasó de contener de 2500 millones de habitantes en 1950 a 8000 en el año 2023 produciendo mucha más materia ordenada a expensas de un planeta caóticamente desordenado energéticamente.
El padre de la economía biofísica Nicholas Georgescu-Roegen solía hablar del metabolismo de la sociedad humana centrado en las trasformaciones de energía y materiales necesarias para su existencia. Introdujo los conceptos de metabolismo endosomático y metabolismo exosomático para diferenciar las transformaciones de energía y materiales que tienen lugar dentro y fuera del cuerpo humano. Así el metabolismo endosomático está relacionado a  una alimentación con entropía negativa a través del consumo de alimentos conteniendo energía ordenada en uniones químicas provenientes en última instancia de la fotosíntesis, cuya eficiencia fotosintética general máxima de 3 al 6% de la radiación solar total, el resto de la radiación solar aumenta la entropía del medio.
El sol es la única fuente de energía que ha abastecido y abastece a las “fábricas de vida” que son las células. Desde el punto de vista del aprovechamiento por las células de la energía solar existen dos variedades: las fotosintéticas que hacen acopio o “empaquetan energía” y las que no contienen clorofila: las células de los individuos del reino animal, incluido el hombre. Comprende a los animales que comen vegetales (herbívoros) y a los animales que comen animales quienes a su vez comieron vegetales (carnívoros). 
En cambio el metabolismo exosomático está vinculado con la energía consumida en nuestras actividades diarias tales como la utilización de la electricidad y el transporte asociados por lo general a un megaconsumo de combustible.
Basta realizar unos cálculos para determinar que un ser humano consume por día 53 veces más energía (mayoritariamente de origen fósil) de la necesaria para su vida celular natural. Consumo de energía extraordinario conducente a un aumento de la entropía del planeta. Un verdadero horror consecuencia del error inicial de haber creado una sociedad dependiente de un consumo de energía exorbitante y también de no haber desarrollado un sistema para el metabolismo exosomático vinculado a las actividades de la sociedad a semejanza del endosomático relacionado con la esencia misma de la vida. De no haber implementado un sistema centrado en el consumo de la energía proveniente del sol.
La complejidad de la vida no se debe únicamente al procesamiento de datos químicos, sino también a su función como transformadora de energía. De las reflexiones sobre el orden a partir del orden y del orden en el desorden surge que la vida no es una mera identidad genética, es un sistema abierto y cíclico, interpretado  por las leyes de la fisicoquímica. 

Bibliografía:
Eric D. Schneider y Dorion Sagan. La termodinámica de la vida. Tusquets Editores. 2008. Barcelona. España. 

viernes, 29 de diciembre de 2023

Semblante del año 2023

Un semblante del año 2023 (pequeños artículos publicados):

-Nanoeconomía y/o Bioeconomía.                    https://infobiotecnologia.blogspot.com/2023/12/bioeconomia-yo-nanoeconomia.html

-Bases para la actualización de la educación superior.                      https://infobiotecnologia.blogspot.com/2023/11/bases-para-la-actualizacion-de-la.html

-Hombre virtual & Hombre robotizado. Ambos inmortales                https://infobiotecnologia.blogspot.com/2023/05/hombre-virtual-hombre-robotizado-ambos.html

-La revolución en nanomedicina: los taladros moleculares.                https://infobiotecnologia.blogspot.com/2023/02/la-revolucion-en-nanomedicina-los.html

-Sinopsis proyectiva del siglo XXI                        https://infobiotecnologia.blogspot.com/2023/01/tratar-de-resumir-lo-sucedido-y-lo.html

domingo, 10 de diciembre de 2023

Nanoeconomía y/o Bioeconomía.

La bioeconomía y la nanoeconomía surgen como respuesta a las problemáticas planteadas por Economía Física formulada por Nicholas Georgescu-Roegen (Universidad Vanderbilt), a través de dos publicaciones: Analytical Economics (1966) y The Entropy Law and Economic Process (1971) en las cuales centra las problemáticas económicas y ambientales actuales en el divorcio entre las teorías económicas y las leyes de la naturaleza.
Ante el avance exponencial y complejo de éstas problemáticas, próximo a su muerte, Nicolás Georgescu-Roegen ha señalado como única solución posible para poder dar respuestas a las crecientes demandas de las nueve necesidades humanas primarias (salud, energía, alimentación, cuidado del ambiente, vestimenta, vivienda, comunicación, transporte y defensa), la aparición de ciencias-tecnologías integradas capaces de generar en tiempo y forma los recursos necesarios para todos de modo de restituir la pautas perdidas y avanzar hacia un nuevo equilibrio.
Las respuestas han surgido de dos ciencias-tecnologías integradas capaces de transformar la naturaleza: la biotecnología y la nanotecnología. La biotecnología que utiliza seres vivos o partes de seres vivos, con su 65 millones de genes conocidos e ingeniería genética y la nanotecnología con su capacidad de innovar construyendo con átomos y moléculas brindan las bases para las nuevas economías: la bioeconomía y la nanoeconomía, ambas incluidas hoy bajo la denominación de economías de las nuevas tecnologías, tendiente a dejar en segundo plano a la economía de la globalización centrada en la primer convergencia tecnológica (tecnologías de la información y la comunicación-TICs) e incapaz de dar respuesta a las necesidades económicas y ambientales de los 8000 millones de habitantes del planeta.
La bioeconomía puede dar respuestas a cuatro de necesidades humanas primarias: salud, alimentación, energía y cuidado del ambiente. En cambio la nanoeconomía, basada en una tecnología con capacidad de innovar construyendo con átomos y moléculas (de lo que está formado el planeta y los seres humanos), es la única con posibilidad real de dar respuestas a todas (las nueve) necesidades humanas primarias.


Tomemos un ejemplo vinculado con la producción de energía. La generación de biomasa consume dióxido de carbono. Luego cuando la biomasa se utiliza como combustible genera dióxido de carbono él cuál vuelve a ser reutilizado por las plantas para generar biomasa nuevamente, en un aparentemente ciclo virtuoso neutro de uno de los principales gases responsables del efecto invernadero. No obstante la energía utilizada en ese ciclo sólo se recupera parcialmente dejando un saldo negativo en el gasto de energías usualmente no renovables y contaminantes. Por otra parte el sector agropecuario en general consume la mayor cantidad de agua dulce del planeta (69%) a la que se contamina con pesticidas y fertilizantes debido a la extremadamente baja y lenta absorción de ambos productos por las raíces de las plantas. El 95% de los fertilizantes y el 99,9% de los pesticidas se degradan antes de lograr los efectos buscados (Lowry y col. ACS Nano 2019, 13, 5, 5291–5305). En el caso de los fertilizantes nitrogenados disueltos en el agua terminan mayoritariamente como gases de óxidos de nitrógeno en la atmósfera, contribuyendo también al incremento del efecto invernadero.
La nanotecnología por su parte con la aparición de nanopesticidas y nanofertilizantes de aplicación foliar permiten revertir la lenta absorción por las raíces de las plantas, aprovechando más de un 90% de los agroquímicos, disminuyendo los gastos de producción y la contaminación del agua dulce. También contribuye a la generación de energía mejorando la eficiencia de los paneles solares mediante la utilización de alguno de sus nanomateriales como los puntos cuánticos. Éstos permiten, regulando su diámetro, captar la radiación infrarroja (IR) que durante la noche sale de la superficie de la tierra y al reflejarse en las nubes produce el calentamiento del planeta. Es decir permite hacer paneles similares a los solares pero que generan energía fotovoltaica de noche con la radiación IR. Otros nanomateriales están permitiendo avanzar sobre la generación de energía en paneles que funcionan con la humedad ambiente y nanocatalizadores capaces convertir el dióxido de carbono ambiental en metano (gas de las hornallas) entre otros y obtener combustible hidrógeno a partir del agua. Nuevos nanomateriales también para mejorar la eficiencia y durabilidad de los molinos eólicos.
En definitiva la bio y nanoeconomía, con sus bases tecnológicas la biotecnología que utiliza seres vivos o partes de seres vivos, con su 65 millones de genes conocidos e ingeniería genética y la nanotecnología con su capacidad de innovar construyendo con átomos y moléculas para dar respuestas a las problemáticas socioeconómicas surgen como respuestas únicas a la complejidad de las necesidades de la tierra con 8000 millones de habitantes.
Para un planeta sin rumbo, a la deriva en lo económico y en lo ambiental, aparece una economía basada en nuevas tecnologías, capaces de transformar las naturaleza para hacer posible la vida en la tierra.

sábado, 9 de diciembre de 2023

Nanoeconomy and/or Bioeconomy

Bioeconomy and nanoeconomy  emerged as a response to the problems raised by Physical Economics formulated by Nicholas Georgescu-Roegen (Vanderbilt University), through two publications: Analytical Economics (1966) and The Entropy Law and Economic Process (1971) in which the current economic and environmental problems are centered on the divorce between economic theories and the laws of nature.

Faced with the exponential and complex advance of these problems, close to his death, Nicolas Georgescu-Roegen has pointed out as the only possible solution to be able to respond to the growing demands of the nine primary human needs (health, energy, food, environmental care, clothing, housing, communication, transportation and defense), the emergence of integrated science-technologies capable of generating in time and form the necessary resources for all in order to restore the lost patterns and move towards a new equilibrium.

The answers have emerged from two integrated science-technologies capable of transforming nature: biotechnology and nanotechnology. Biotechnology, which uses living beings or parts of living beings, with its 65 million known genes and genetic engineering, and nanotechnology, with its capacity to innovate by building with atoms and molecules, provide the basis for new economies: The bioeconomy and the nanoeconomy, both included today under the denomination of economies of new technologies, tending to leave in the background the economy of globalization centered on the first technological convergence (information and communication technologies-ICTs) and incapable of responding to the economic and environmental needs of the 8 billion inhabitants of the planet.

The bioeconomy can provide answers to four primary human needs: health, food, energy and environmental care. Nanoeconomy, on the other hand, based on a technology with the capacity to innovate by building with atoms and molecules (of which the planet and human beings are made), is the only one with the real possibility of providing answers to all (the nine) primary human needs.

Let us take an example related to energy production. The generation of biomass consumes carbon dioxide. Then, when biomass is used as fuel, it generates carbon dioxide, which is reused by plants to generate biomass again, in an apparently neutral virtuous cycle of one of the main gases responsible for the greenhouse effect. However, the energy used in this cycle is only partially recovered, leaving a negative balance in the expenditure of usually non-renewable and polluting energies. On the other hand, the agricultural sector in general consumes the largest amount of fresh water on the planet (69%) which is contaminated with pesticides and fertilizers due to the extremely low and slow absorption of both products by plant roots. 95% of fertilizers and 99.9% of pesticides degrade before achieving their intended effects (Lowry et al. ACS Nano 2019, 13, 5, 5291-5305). In the case of nitrogen fertilizers dissolved in water they mostly end up as nitrogen oxides gases in the atmosphere, also contributing to the increase of the greenhouse effect.

Nanotechnology, on the other hand, with the appearance of nanopesticides and nanofertilizers for foliar application, makes it possible to reverse the slow absorption by plant roots, taking advantage of more than 90% of agrochemicals, reducing production costs and freshwater pollution. It also contributes to energy generation by improving the efficiency of solar panels through the use of some of its nanomaterials such as quantum dots. These allow, by regulating their diameter, to capture the infrared radiation (IR) that leaves the earth's surface at night and, when reflected in the clouds, produces global warming. In other words, they make it possible to create panels similar to solar panels but which generate photovoltaic energy at night using IR radiation. Other nanomaterials are making it possible to advance in the generation of energy in panels that work with ambient humidity and nanocatalysts capable of converting environmental carbon dioxide into methane (gas from stoves) among others and obtaining hydrogen fuel from water. New nanomaterials also improve the efficiency and durability of windmills. 

In short, the bio and nanoeconomy, with its technological bases, biotechnology that uses living beings or parts of living beings, with its 65 million known genes and genetic engineering, and nanotechnology with its capacity to innovate by building with atoms and molecules to provide answers to socioeconomic problems, are emerging as unique responses to the complexity of the needs of the earth with 8 billion inhabitants.

For a planet without direction, adrift in economic and environmental terms, an economy based on new technologies appears, capable of transforming nature to make life on earth possible.

miércoles, 15 de noviembre de 2023

Bases para la actualización de la educación superior.

Los siguientes artículos secuenciales publicados  en la revista  ESPACIOS DE LA EDUCACIÓN SUPERIOR (España) están escritos para establecer las bases de una actualización dinámica de la educación superior, especialmente en las universidades globales (hacer clic en el título).


La Universidad simplificante

¿Cómo enseñar ciencia en la sociedad actual?

Neoeducación GPT

miércoles, 8 de noviembre de 2023

Neoeducación GPT

Publicado el 08/11/23 es la revista ESPACIOS PARA LA EDUCACIÖN SUPERIOR-España.

Muchos tenemos la sensación de estudiar en un sistema educativo divorciado de la realidad actual. Un sistema cada vez menos apreciado debido al creciente abismo entre lo considerado valioso por la sociedad y una educación clásica, estática, con pocos reflejos para actualizarse en lo social y económico debido fundamentalmente a la velocidad de los cambios impulsados por el crecimiento exponencial de las nuevas tecnologías.
Ante la problemática señalada surge una incipiente propuesta académica centrada en la necesidad de replantear la educación tradicional mediante un nuevo modelo educativo, la neoeducación. La neoeducación, aún en desarrollo, representa el potencial para transformar la forma en que aprendemos. Es un nuevo modelo educativo, una respuesta a los cambios sociales, tecnológicos y económicos del siglo XXI. Se caracteriza por su enfoque en el aprendizaje personalizado centrado en el uso de las tecnologías digitales con flexibilidad en los horarios y con múltiples métodos digitales de enseñanza. La inclusión de las nuevas tecnologías y especialmente del ChatGPT en los mecanismos educativos permite replantear las prácticas tradicionales acortando tiempos y duración de los estudios para lograr una capacitación actualizada. 


Muchos son los ejemplos para ilustrar lo expuesto, por simplicidad tomaremos solo uno: la enseñanza de resolución de integrales en el ciclo básico de las carreras de ciencia y tecnología en la asignatura común Análisis Matemático. Una importante cantidad del tiempo de la cursada se utiliza aprendiendo, ejercitando y aplicando dos métodos para resolver las integrales: el método por partes y el método por sustitución, ambos mecánicos no aportan un conocimiento sustancial salvo el logro de llegar al resultado. El ChatGPT resuelve, por ejemplo, la integral ∫xcos(x)dx por partes y por sustitución llegando al mismo resultado de ambos métodos en solo 12 segundos!!! ¿Se le está ofreciendo al alumno la posibilidad de resolver las integrales de esa forma? ¿Qué haremos si sobra tiempo y no se acorta formalmente la duración de las asignaturas...?
Los sistemas de “inteligencia artificial” como el Chat GPT traen un cambio interesante, ahora no tenemos la necesidad de capacitarnos para dar todas las respuestas, debemos capacitarnos para hacer las preguntas adecuadas, algo coincidente con el paso del enciclopedismo centrado en el “cómo sabe” al saber hacer vital para dar respuesta a los acuciantes problemas del siglo XXI.
Ante un sistema educativo que se desmorona tal vez el ChatGPT se constituya en una especie de espada para proporcionarle la estocada final. 

Lectura complementaria

Neoeducation GPT.

Published on 08/11/23 is the magazine ESPACIOS PARA LA EDUCACIÖN SUPERIOR-España.
Many of us have the feeling of studying in an educational system divorced from today's reality. A system that is less and less appreciated due to the growing gap between what is considered valuable by society and a classical, static education, with few reflexes to update socially and economically, mainly due to the speed of change driven by the exponential growth of new technologies.
Faced with these problems, an incipient academic proposal arises, centered on the need to rethink traditional education through a new educational model, neoeducation. Neoeducation, still under development, represents the potential to transform the way we learn. It is a new educational model, a response to the social, technological and economic changes of the 21st century. It is characterized by its focus on personalized learning centered on the use of digital technologies with flexible schedules and multiple digital teaching methods. The inclusion of new technologies and especially ChatGPT in the educational mechanisms allows to rethink traditional practices by shortening the time and duration of studies to achieve an updated training. 


There are many examples to illustrate the above, for the sake of simplicity we will take only one: the teaching of integral resolution in the basic cycle of science and technology careers in the common subject Mathematical Analysis. A significant amount of course time is spent learning, exercising and applying two methods for solving integrals: the method by parts and the method by substitution, both of which do not provide substantial knowledge except for the achievement of the result. The ChatGPT solves, for example, the integral ∫xcos(x)dx by parts and by substitution arriving at the same result of both methods in only 12 seconds!!! Is the student being offered the possibility of solving integrals in that way? What will we do if time is left over and the duration of the subjects is not formally shortened...?
Artificial intelligence" systems such as Chat GPT bring an interesting change, now we do not need to train ourselves to give all the answers, we must train ourselves to ask the right questions, something that coincides with the transition from encyclopedism focused on "how do you know" to the vital know-how to respond to the pressing problems of the 21st century.
In the face of a crumbling education system, perhaps ChatGPT will be a kind of sword to provide the final blow.