viernes, 15 de marzo de 2019

Los opuestos son complementarios.

Reflexiones  sobre  la  mecánica  clásica, la  mecánica cuántica, la  nanotecnología  y  la biotecnología.
Cuando al danés Niels Bohr, premio Nobel 1922, le dieron el título de sir "por haber resuelto algunas paradojas de la física clásica mediante la mecánica cuántica aún más paradójica", adoptó el círculo del yin y yang para su escudo heráldico junto con el lema “Contraria sunt complementa” (los opuestos son complementarios) en alusión a la mecánica clásica y la mecánica cuántica. 
El yin y yang constituye dos conceptos del taoísmo relacionados con la dualidad de todo lo existente en el universo. Describe las dos fuerzas fundamentales opuestas y complementarias presentes en todas las cosas. Fuerzas tales como existencia y no existencia, nacimiento y muerte, cielo y tierra, orden y caos, luz y oscuridad, bien y mal, justicia e injusticia, guerra y paz, alegría y tristeza, creatividad y receptividad, viviente y no viviente,…
Escudo heráldico de Niels Bohr 
Las primeras décadas del siglo XX están centradas en el avance del conocimiento de la naturaleza a través del ying yang de la mecánica clásica y de la mecánica cuántica. Hoy, debido al desproporcionado aumento de la población mundial (5.000 millones de personas en 69 años) nos encontramos en un contexto con múltiples problemas vinculados con la salud, los alimentos, la energía, la vivienda, el trasporte y cuidado del ambiente, entre otros. Problemas conducentes a un planeta a la deriva en lo económico y ambiental.El inicio del siglo XXI nos encuentra con un nuevo paradigma, ya no basta con las ciencias destinadas a conocer la naturaleza, se necesitan ciencias-tecnologías integradas capaces de transformar la naturaleza para restituir las pautas perdidas y hacer posible la vida en la tierra. Es así como en las primeras décadas del siglo XXI aparece un nuevo ying yang de las dos ciencias-tecnologías capaces de transformar la naturaleza: la nanotecnología y la biotecnología. Una relacionada con la vida y la posibilidad de utilizar de seres vivos y/o partes de seres vivos para dar respuestas a las crecientes necesidades socioeconómicas y la otra, con la misma finalidad, pero vinculada a lo no viviente, con la capacidad de innovar construyendo con átomos y moléculas.La materia básica de la biotecnología son los genes, la de la nanotecnología los átomos. Lo vivo y lo no viviente se complementan. Se puede generar energía con biomasa, también con paneles solares de puntos cuánticos. Se puede combatir la sequía en la agricultura haciendo plantas resistentes a la sequía mediante ingeniería genética y/o incorporar al suelo millones de nanopartículas para disminuir la presión de vapor y retener más agua en la tierra con la finalidad de paliar el mismo problema. 
Nos convertiremos en protagonistas u observadores de las soluciones a las problemáticas del siglo XXI inherentes al nuevo ying yang: nanotecnología-biotecnología.
¿Tendrá menor, igual o mayor trascendencia que el ying yang del siglo XX: mecánica clásica-mecánica cuántica?

Lectura complementaria:

viernes, 8 de marzo de 2019

Células vivas impresas para producir etanol.

Los investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL), publicaron el artículo Direct Writing of Tunable Living Inks for Bioprocess Intensification en la revista Nano Letters, en el cual explican la utilización de células vivas impresas en 3D para convertir la glucosa en etanol y dióxido de carbono; una tecnología capaz de conducir a una alta  eficiencia  biocatalítica. 
Crédito: Lawrence Livermore National Laboratory
La bioimpresión de células de mamíferos vivos en complejos andamios 3D ha sido ampliamente estudiada y demostrada para aplicaciones que van desde la regeneración de tejidos hasta el descubrimiento de fármacos y la implementación clínica. Además de las células de mamíferos, existe un interés creciente en la impresión de microorganismos funcionales como biocatalizadores. Los microorganismos se utilizan ampliamente en la industria para convertir las fuentes de carbono en productos químicos valiosos para productos finales con aplicaciones en la industria alimentaria, la producción de biocombustibles, el tratamiento de residuos y la biorremediación. El uso de microbios vivos en lugar de catalizadores inorgánicos tiene ventajas por su autoregeneración, bajo costo y especificidad catalítica. El equipo imprimió células de levadura biocatalíticas vivas liofilizadas (Saccharomyces cerevisiae) en estructuras porosas 3-D. Las geometrías de ingeniería únicas permitieron a las células convertir la glucosa en etanol y CO2 de manera muy eficiente. La nueva biotinta genera estructuras impresas autosuficientes, con alta resolución, densidades de células ajustables, a gran escala, alta actividad catalítica y viabilidad a largo plazo. Más importante aún, si se usan células de levadura modificadas genéticamente, también se pueden producir productos farmacéuticos, químicos, alimentos y biocombustibles de gran valor.  Las geometrías 3D impresas biológicamente desarrolladas en el citado trabajo podrían servir como una plataforma versátil de procesos de bioconversión para la producción de productos de alto valor o aplicaciones de biorremediación. Esta tecnología proporciona control sobre la densidad celular, la colocación y la estructura en un material vivo. La capacidad de ajustar estas propiedades se puede utilizar para mejorar las tasas de producción y los rendimientos. Esta es la primera utilización de la impresión 3D de células vivas inmovilizadas para crear reactores químicos. El enfoque promete hacer que la producción de etanol sea más rápida, barata, limpia y  eficiente. 

Información complementaria:

sábado, 2 de marzo de 2019

Nanodelivery de genes a los cloroplastos.

Los investigadores del MIT han desarrollado una nueva herramienta genética para facilitar la ingeniería de las plantas y hacerlas sobrevivir a la sequía o resistir las infecciones por hongos. La técnica utiliza nanopartículas para suministrar genes a los cloroplastos de las células vegetales y puede ser aplicada a muchas especies de plantas diferentes, incluidas las espinacas y otras verduras. La ingeniería genética de plantas es una herramienta importante utilizada para el mejoramiento de cultivos, la biosíntesis de productos farmacéuticos y la agricultura sostenible. Esta nueva estrategia podría ayudar a superar las dificultades involucradas en la actual modificación genética de los vegetales, un proceso complejo y lento. 
Crédito: Instituto de Tecnología de Massachusetts
En el artículo “Chloroplast-selective gene delivery and expression in planta using chitosan-complexed single-walled carbon nanotube carriers”, publicado en la revista Nature Technology, los investigadores (MIT) diseñan racionalmente nanopartículas conteniendo nanotubos de carbono de pared simple envueltos (complejados) con quitosano, un azúcar natural. El mecanismo por el cual las nanopartículas penetran en las  membranas de las células vegetales se denomina penetración de la envoltura de intercambio de lípidos (LEEP). Los nanotubos de carbono de pared simple entregan de forma selectiva el ADN plasmídico a cloroplastos de diferentes especies de plantas sin ayuda biológica o química externa. El ADN, cargado negativamente, se une libremente a los nanotubos de carbono cargados positivamente. Para colocar las nanopartículas en las hojas de las plantas los investigadores aplican una jeringa sin aguja llena de la solución de partículas en el lado inferior de la superficie de la hoja. Las partículas entran a la hoja a través de pequeños poros llamados estomas, encargados normalmente de controlar la evaporación del agua.
Las nanopartículas pasan a través de la pared celular de la planta, las membranas celulares y luego las membranas dobles del cloroplasto. Una vez dentro, el ambiente del cloroplasto, ligeramente menos ácido, hace que el ADN se libere y una vez liberado puede traducirse en proteínas. Debido a que los genes diseñados se transportan solo en los cloroplastos, heredables por vía materna,  pueden pasar a la descendencia pero no se pueden transferir a otras especies de plantas. La herramienta de administración de genes a los cloroplastos mediada por nanopartículas brinda ventajas prácticas sobre las técnicas de administración actuales y se constituye como un método potencial de transformación para bioingeniería de plantas.

Información complementaria:
Chloroplast-selective gene delivery and expression in planta using chitosan-complexed single-walled carbon nanotube carriers.

sábado, 23 de febrero de 2019

Terapia de la osteoartritis con nanoparículas 2D.

Investigadores de la Universidad de Texas A&M han desarrollado una nueva forma de administrar el tratamiento para la regeneración del cartílago. La osteoartritis es una enfermedad degenerativa que afecta a millones de personas y es causada por la descomposición de cartílago conducente, la mayoría de las veces, al daño del hueso subyacente. Uno de los mayores desafíos para el tratamiento de la osteoartritis y el daño articular posterior es reparar el tejido dañado, especialmente porque el tejido del cartílago es difícil de regenerar. Un método para reparar o regenerar el tejido cartilaginoso dañado es administrar factores de crecimiento terapéuticos. Los factores de crecimiento son una clase especial de proteínas responsables de la reparación y regeneración de tejidos. Sin embargo, los factores de crecimiento se descomponen rápidamente y requieren una dosis alta para alcanzar el potencial terapéutico.
Crédito: Texas A&M University College of  Engineering.
Estudios clínicos recientes han demostrado efectos adversos significativos para este tipo de tratamiento, incluida la formación incontrolada de tejidos y la inflamación. En el estudio realizado en la Universidad de Texas A&M y publicado en la revista ACS Applied Materials and Interfaces se utilizan nanosilicatos bidimensionales (2D)  para liberar los factores de crecimiento durante un período prolongado (30 días). Las citadas nanopartículas proporcionan un área de superficie alta con característica de doble carga  permitiendo una fácil conexión electrostática con los factores de crecimiento. Las nanopartículas pueden prolongar el suministro de factores de crecimiento a las células madre mesenquimales humanas, utilizados comúnmente en la regeneración del cartílago. La entrega sostenida de factores de crecimiento dio como resultado una mayor diferenciación de las células madre hacia el linaje del cartílago mejorando el tratamiento de la osteoartritis. La utilización de la nanopartícula en el suministro terapéutico posibilita inducir una diferenciación robusta y estable de las células madre. Además, la administración prolongada del factor de crecimiento disminuye los costos generales al reducir la concentración necesaria del factor en 10 veces y por minimizar los efectos secundarios negativos.

Información complementaria:

sábado, 16 de febrero de 2019

Vacunas orales con micromotores biomiméticos.

Las vacunas salvan millones de vidas, pero a nadie le gusta recibir “el pinchazo”. Esto impulsa el desarrollo vacunas orales para combatir las enfermedades infecciosas. Una vacuna oral debe sobrevivir a la digestión y alcanzar las células inmunitarias dentro de la pared intestinal para ser efectiva. En el artículo Biomimetic Micromotor Enables Active Delivery of Antigens for Oral Vaccination, publicado en la revista Nano Letters,  investigadores de la Universidad de Carolina explican el desarrollo de una formulación biomimética de un micromotor autopropulsado para su uso en vacunas orales. 
Crétito:  American Chemical Society
La propulsión necesaria es proporcionada por un núcleo a base de magnesio con un recubrimiento de membrana celular biomimética para llevar una carga útil antigénica tóxica. Los "biomotores" resultantes aprovechan sus propiedades de propulsión para provocar una eficaz respuesta inmunitaria de la mucosa intestinal. Además de evitar las agujas, las vacunas orales pueden generar una respuesta inmune más amplia al estimular las células inmunes dentro de la capa  mucosa del intestino, produciendo  una clase especial de anticuerpo denominada inmunoglobulina A (IgA).  Ellos se preguntaron  si podrían usar un núcleo base  de partículas de magnesio como motores diminutos para administrar una vacuna oral contra el patógeno bacteriano Staphylococcus aureus. Las partículas de magnesio usan agua como combustible generando burbujas de hidrógeno e impulsando su propulsión. En el desarrollo de la vacuna oral recubrieron micromotores de magnesio con membranas de glóbulos rojos con la α-toxina estafilocócica en su superficie,  junto con una capa de quitosán para ayudarlos a adherirse a la mucosidad intestinal,  y luego agregaron un recubrimiento entérico protector de las condiciones ácidas del estómago. Cuando se administró por vía oral a los ratones, los micromotores pasaron de manera segura a través del estómago y luego el recubrimiento entérico se disolvió activándose los motores. Imágenes de los ratones vacunados mostraron su acumulación en la pared intestinal con una estimulación en la producción de aproximadamente diez veces más anticuerpos IgA contra la toxina α estafilocócica comparado con la administración de las partículas estáticas. Este trabajo destaca los beneficios de la administración oral activa para el desarrollo de vacunas abriendo las puertas a un nuevo conjunto de aplicaciones en las que la tecnología de motores biomiméticos puede proporcionar beneficios significativos.

Información complementaria:

sábado, 9 de febrero de 2019

Telas autorregulables para responder al clima.

En el artículo Dynamic gating of infrared radiation in a textile publicado el 8 de febrero del 2019 en la revista Science, investigadores de la Universidad of Maryland explican el desarrollo de una tela capaz de regular automáticamente la cantidad de calor que la atraviesa. Cuando las condiciones son cálidas y húmedas la tela permite a la radiación infrarroja (calor) traspasarla. Cuando las condiciones se vuelven más frías y secas el tejido reduce el paso del calor generado por el cuerpo. 
Crédito: F. Levine, M. Li, S. Deng y YH Wang. de Maryland.
El nuevo textil, adaptable al infrarrojo, está compuesto de fibras de triacetato de celulosa recubiertas con nanotubos de carbono. El triacetato de celulosa puede absorber agua lo que tiende a unir las fibras y agrandar los poros; en caso contrario la celulosa repele la fibras y achica los poros.  Como los materiales son capaces de repeler o absorber el agua, las fibras se deforman cuando se exponen a la humedad del cuerpo sudoroso. Esa distorsión acerca las hebras del hilo produciendo dos efectos. En primer lugar abre los poros de la tela generando un pequeño efecto de enfriamiento por permitir escapar al calor; la segunda y más importante surge de la modificación del acoplamiento electromagnético entre los nanotubos de carbono del recubrimiento capaz de aumentar o disminuir la disipación del calor. Por lo expuesto la tela permite que pase la radiación infrarroja o la bloquea. La reacción es casi instantánea, antes de darnos cuenta de que nos estamos calentando, la prenda ya podría estar bajando nuestro calor. Por otro lado, cuando un cuerpo se enfría, el mecanismo de cierre dinámico funciona a la inversa para atrapar el calor generado por el cuerpo. La tela presentada es un verdadero regulador bidireccional, constituyéndose en el primer textil capaz de autorregular nuestro intercambio de calor con el ambiente.

Información complementaria:
Dynamic gating of infrared radiation in a textile.

sábado, 2 de febrero de 2019

Nanopartículas probióticas.

El microbioma intestinal no solo es clave para el procesamiento el de alimentos, sino que también es responsable de varias enfermedades. Investigadores del Departamento de Nanobiomedicina del Centro Médico Universitario de Johannes Gutenberg de la Universidad de Mainz (Alemania), publicaron en la revista Science of Food, los efectos de las nanopartículas sobre los microorganismos intestinales. Estas debido a su gran relación superficie/volumen (mayor a 60m2 por centímetro cúbico), se adhieren a los microorganismos intestinales afectando su ciclo de vida y su comportamiento. Estudiaron una amplia gama de nanopartículas con propiedades claramente definidas para imitar lo que sucede con los aditivos alimentarios en la nanoescala simulando en el laboratorio su viaje  a través de los diferentes entornos del tracto digestivo. 
Crédito: Grupo Stauber, C. M. Universitario de Mainz.

Los científicos descubrieron diferentes resultados para estos procesos. Por un lado los microorganismos unidos a las pequeñas partículas fueron reconocidos de manera menos eficiente por el sistema inmunológico y por el otro lado las nanopartículas de sílice inhibieron la infectividad de Helicobacter pylori, un patógeno implicado en las úlceras y en el cáncer gástrico. También pudieron aislar nanopartículas naturales de los alimentos, como la cerveza, con efectos similares; demostrando que en nuestra comida diaria no solo pueden ser agregadas deliberadamente, también se pueden generar de forma natural durante la elaboración de algunos productos. Los conocimientos del estudio permitirán obtener estrategias de desarrollo y utilizar nanopartículas sintéticas o naturales para modular el microbioma como ingredientes beneficiosos en alimentos funcionales. Los hallazgos estimularán nuevos estudios epidemiológicos y allanarán el camino del desarrollo de nanopartículas probióticas para alimentos.  

Lectura complementaria:
Nanosized food additives impact beneficial and pathogenic bacteria in the human gut: a simulated gastrointestinal study

sábado, 26 de enero de 2019

Nanotecnología y crecimiento: pensar, crear e innovar.

La nanotecnología implica comprender el mundo desde lo pequeño para innovar haciendo construcciones con átomos y moléculas, con el propósito de dar respuestas a las crecientes problemáticas socioeconómicas. En la  innovación podemos establecer cuatro niveles interconectados bien definidos: la investigación, el desarrollo, la implementación de los métodos de producción y la gestión de la empresa. La investigación y el desarrollo son el resultado del “pensar” a partir de lo conocido en áreas básicas y específicas vinculadas con lo científico y tecnológico. La implementación de los métodos para llegar al objeto constituye el aspecto terminal-visible de la creación y finalmente la gestión empresarial introduce la innovación en la sociedad. El panorama presentado difiere bastante de aquellos que consideran a la nanotecnología como una disciplina constituida solo por la sumatoria o aporte de distintas ramas la ciencia y la tecnología. 
Estudiante de Licenciatura en Nanotecnología.
Esta concepción se orienta a una formación enciclopedista donde la capacidad predominante deseada es el conocimiento de los contenidos específicos; formación muy alejada de la necesaria para pensar, crear e innovar construyendo con átomos y moléculas. Lo señalado es crucial para los países en desarrollo. Las nuevas tecnologías parecieran abrir posibilidades de crecimiento para todas las regiones. Lamentablemente la capacidad de innovación se concentra en los países altamente industrializados los cuales totalizan el 95% del gasto mundial en investigación y desarrollo. El resto de los países deben comprender que una nueva tecnología no puede erigirse por sí sola en una presunta panacea del crecimiento; principalmente si su educación curricular universitaria está centrada en el conocimiento específico enciclopédico en vez de una capacitación para atesorar las estrategias de la innovación como forma de acortar la brecha. No nos confundamos, la nanotecnología, para nosotros,  debe ser sinónimo de pensar, crear e innovar.

sábado, 19 de enero de 2019

Ultrasonido nano para escuchar bacterias y células vivas.

La ecografía se usa en medicina para examinar a mujeres embarazadas y en la obtención de imágenes biomédicas de alta resolución destinadas a detectar tumores y otras anomalías. También se usa comúnmente para aplicaciones espaciales, como en la imagen del sonar de objetos submarinos, o en la navegación de vehículos aéreos no tripulados. Mejorar estas aplicaciones requiere sensores más pequeños y de mayor precisión. 
Crédito: University of Queensland 
Un nuevo y extremadamente sensible método de medición de ultrasonido podría revolucionar todo, desde los dispositivos médicos hasta los vehículos no tripulados. En el artículo, "Precisión ultrasound sensing on a chip" publicado en Nature Communications, investigadores de la Universidad de Queensland (Australia) explican cómo han combinado modernas técnicas de nanofabricación y nanofotónica para diseñar y construir sensores ultrasónicos ultraprecisos  en un chip de silicona. Presentan una detección de ultrasonido optomecánica de cavidad, donde las resonancias ópticas y mecánicas duales mejoran la señal aumentando la sensibilidad de los sensores de ultrasonidos usuales en varios órdenes de magnitud.  Este enfoque de la detección acústica puede encontrar aplicaciones tales como el diagnóstico biomédico, a la navegación autónoma, la detección de trazas de gases y la exploración científica de las vibraciones inducidas por el metabolismo de células individuales. La sensible tecnología permite medir ondas de ultrasonido que aplican fuerzas pequeñas, comparables a la fuerza gravitacional en un virus. Su precisión puede cambiar la comprensión de los científicos sobre la biología. La capacidad de escuchar los sonidos emitidos por bacterias y células vivas podría mejorar fundamentalmente la comprensión de cómo funcionan estos pequeños sistemas biológicos. A su vez la comprensión más profunda de estos sistemas biológicos puede conducir a nuevos tratamientos y múltiples aplicaciones futuras.

Lectura complementaria:
Precisión ultrasound sensing on a chip

sábado, 12 de enero de 2019

Complejidad, incertidumbre y prospectiva.

Para comprender un mundo complejo se requiere pensamiento complejo. 
El filósofo Edgar Morín visualiza al mundo como un todo indi­sociable y manifiesta la necesidad de desarrollar un pensamiento complejo en un mundo complejo. Mal podríamos comprender y resolver las problemáticas del siglo simplificando todo y sin co­nocer los cambios y las nuevas posibilidades provenientes de las tecnologías de crecimiento exponencial. La complejidad del pre­sente solo podrá interpretarse y su extrapolación hacia el futuro solo podrá realizarse si se dispone de las capacidades integradas necesarias para comprender la sociedad multidireccional.

Lo complejo no debe conducirnos a lo incierto. 
Crédito: Alberto L. D'Andrea
Vivimos un escenario de incertidumbre creciente debido a la rápida obsolescencia de los productos y servicios tecnológicos, las oportunidades y amenazas de un mercado altamente globalizado, el incremento sin precedentes de recursos humanos altamente calificados, las importantes inversiones en nuevos desarrollos, el protagonismo de las organizaciones de tecnología intensiva, las transformaciones cualitativas y cuantitativas simultáneas, etc. Quienes están capacitados para la complejidad pueden capturar e interpretar estos fenómenos a través de su tendencia y proyectar razonablemente su evolución a través del tiempo. En este sentido la complejidad es abarcable. La incertidumbre, en tanto, evoluciona con independencia del tiempo, y su aprehensión es esquiva y limitada para quienes se forman con una percepción lineal, incluso con una alta especialización. Ciencia, tecnología y gestión integradas en pos de desmarañar lo intrincado. En tal sentido dice el Dr. Jorge Velasco Zamora “Gestionar tecnología supone reducir la incertidumbre a su expresión más residual”. 

Sólo la prospección lleva al camino correcto.
La prospectiva consiste en tentativas sistémicas para observar a largo plazo el futuro de la ciencia, tecnología, economía y sociedad, con el propósito de identificar tecnologías emergentes capaces de producir mayores beneficios socioeconómicos. Por lo expuesto la prospectiva conduce a una mejor comprensión del mundo complejo, limitando la incertidumbre de los escenarios futuros. No se limita a la descripción del futuro sino que lo conceptualiza interpretando hechos posibles vinculados con la percepción de la realidad. Francisco José Mojica resume en cuatro principios las claves para comprender la racionalidad de la prospectiva:

  • La realidad es observable dentro de una visión compleja, antagónica de la  percepción lineal;
  • la incertidumbre se genera cuando observamos la realidad a través de la lente de la complejidad;
  • el futuro es múltiple, por lo tanto no es único;
  • el futuro se construye no se predice.
    
¿Qué tecnologías están construyendo el Siglo XXI? 
Las tecnologías convergentes: nanotecnología, biotecnología, infotecnología y cognotecnología, son, con su capacidad para dar respuestas a las problemáticas socioeconómicas actuales, las activas constructoras del futuro. Su integración y simbiosis abren un abanico de complejidad cada vez mayor. Se puede aprovechar la oportunidad para crecer o sucumbir  en un panorama incierto y enmarañado.  Sólo dependerá de si nos podemos capacitar integrando múltiples áreas para lograr una prospectiva razonable o si continuamos con una capacitación lineal simplificante conducente a la incertidumbre y diseñada para vivir en mundo que ya no existe.  

Lecturas complementarias:


sábado, 5 de enero de 2019

Ensayo clínico en cáncer de próstata con nanopartículas.

En el Centro de Ciencias de la Salud de la Universidad de Texas (UTHealth) se inició el primer ensayo clínico con nanopartículas de oro para eliminar el cáncer de próstata. Las nanopartículas (nanocáscaras-nanoshells) están hechas de pequeñas capas de vidrio de sílice formando en una esfera y envueltas en una fina capa de oro. Las nanoshells buscan y saturan las células cancerosas y por efecto de resonancia plasmódica localizada, al hacer incidir un láser de longitud de onda específica, las partículas producen temperaturas extremas destruyendo el cáncer mientras preserva los nervios, el esfínter urinario y el tejido sano en general. El procedimiento es lo suficientemente preciso para evitar la incontinencia urinaria o la impotencia sexual. Las nanopartículas utilizadas fueron inventadas por Naomi Halas, Directora del Laboratorio de Nanofotónica de Rice University.  La empresa Nanospectra Biosciences, provee la tecnología, incluyendo las nanoshells (AuroShell), a  la Escuela de Medicina Icahn en Mount Sinai y la Universidad de Michigan, instituciones en las cuales también se está probando la eficacia de la terapia. 
Crédito: Nanospectra Biosciences
En el ensayo clínico, la población de pacientes está formada por hombres con cáncer de próstata localizado de riesgo bajo a intermedio.  El grupo de hasta 45 pacientes recibe una sola infusión intravenosa de partículas de AuroShell 12 a 36 horas antes de la irradiación con un láser aprobado por la FDA y una fibra óptica intersticial. La eficacia de la terapia se evalúa mediante imágenes de resonancia magnética (MRI) con contraste 48 - 96 horas después de la iluminación con el láser para dar tiempo a la aparición de necrosis coagulativa. La eficacia de la ablación focal del tejido de la próstata se evaluará mediante biopsia guiada por MRI / ultrasonido a los 3 meses (punto final primario) y nuevamente a un año después del tratamiento. 
Frank Billingsley recibió una infusión de nanopartículas el 27 de noviembre y se sometió a un procedimiento de ablación con láser el 28 de noviembre del año 2018 como parte de los ensayos clínicos. En una resonancia magnética efectuada a la semana posterior no mostró signos de cáncer. Los organizadores del ensayo dicen que es demasiado pronto para tomarlo como un resultado definitivo por lo que se lo someterá a pruebas durante todo el año 2019. 
Todo un avance, toda una esperanza.


Lectura complementaria:
ClinicalTrials.gov Identificador: NCT02680535

sábado, 29 de diciembre de 2018

La complejidad, asesina silenciosa del crecimiento.

En la última década sólo una empresa de cada nueve ha logrado sostener un mínimo nivel de crecimiento rentable. El hecho, según ChrisZook y James Allen, se explica por la paradoja que el crecimiento crea complejidad y la complejidad es la asesina silenciosa del crecimiento. El 76% de las empresas cree que en poco tiempo va a ser "imposible" gestionar de manera correcta el rendimiento de las aplicaciones de negocio debido al crecimiento vertiginoso de la complejidad tecnológica actual (Europa Press)
El Sociólogo e investigador francés Edgard Morín (París, 1921- ) de fuerte ascendencia en los círculos académicos es considerado el padre del “pensamiento complejo”. Él lo concibe como un pensamiento total, completo y multidimensional. Lo visualiza como pensamiento no parcelado y no reduccionista sin dejar de reconocer su característica de inacabado e incompleto. Para Morín el pensamiento complejo íntegra las formas simplificadoras de pensar. El pensamiento simplificante no concibe la conjunción de lo uno y lo múltiple, unifica en abstracto, anula la diversidad y por este camino se llega a la “inteligencia ciega” sin visión adecuada de un mundo integrado.
La tendencia mayoritaria en las universidades es a parcelar el conocimiento cada vez más en especialidades, cerrando las puertas a sus profesionales a la la complejidad inherente al  desarrollo exponencial del conocimiento de avanzada. La solución encontrada por las empresas es armar equipos de trabajo multidisciplinarios para posicionarse de cara a la realidad tratando de sumar las capacidades específicas de los profesionales. Pero la suma no constituye una integración y, la creciente complejidad socioeconómica generada por las tecnologías exponenciales y convergentes, paulatinamente se convierte en la asesina silenciosa de su crecimiento. La dificultad de los profesionales es aún mayor a la de las empresas debido a que la superespecialización los aleja cada vez más de la comprensión de un planeta enmarañado. 
Una solución hacia la integración necesaria para comprender la era actual la constituye la capacitación simultánea en ciencia, tecnología y gestión con la finalidad de formar innovadores vinculados con las NBIC (Nano-Bio-Info y Cognotecnologías). Disciplinas responsables del paso de la “sociedad informática” a la “sociedad multidireccional” con la cual se pretende dar respuestas a las necesidades socioeconómicas de los 7.500 millones de habitantes del planeta.
Para crecer en lo colectivo e individual debemos volver a integrar el conocimiento revirtiendo aceleradamente la tendencia de la universidad actual de fragmentar la universitas (universalidad).
La complejidad, asesina silenciosa del crecimiento, acecha.

Lecturas complementarias:
La sociedad multidireccional.

sábado, 22 de diciembre de 2018

Ver el movimiento de los electrones.

Un equipo del Instituto de Física Experimental y Aplicada de la Universidad de Kiel (Alemania), bajo la dirección de los profesores Michael Bauer y  Kai Rossnagel, ha logrado investigar el intercambio de energía de los electrones con su entorno en tiempo real y, por lo tanto, distinguirlos ("Ultrafast Formation of a Fermi-Dirac Distributed Electron Gas"The Journal Physical Review Letters, ). Durante la conversión de la luz en electricidad, como en las células solares, se pierde una gran parte de la energía de la luz incidente. Esto se debe al comportamiento de los electrones dentro de los materiales.
Crédito: © PRL
La luz cuando  incide en un material, estimula a los electrones energéticamente durante una fracción de segundo, antes que devuelvan la energía al medio ambiente. Debido a su duración extremadamente corta de unos pocos femtosegundos (fs=10-15 segundos), estos procesos apenas se han explorado hasta la fecha. En su experimento irradiaron grafito con un pulso de luz intenso, ultra corto y filmaron el la interacción del impacto en el comportamiento de los electrones. Las grabaciones de las películas muestran por primera vez cómo cambia la distribución de energía en una muestra de grafito, de estructura electrónica simple, en el período ultracorto de 50 femtosegundos. Los electrones en el material se consideran un sistema gaseoso por lo cual  es posible describir las interacciones entre sí. Un análisis detallado de estas permite extraer conclusiones sobre las propiedades electrónicas del material después de la primera estimulación con luz. Una cámara especial filma cómo la energía luminosa introducida se distribuye a través del sistema de electrones. La característica especial del sistema presentado es su resolución temporal extremadamente alta de 13 femtosegundos, una de la más rápidas del mundo. En el experimento, las partículas de luz impactantes, también llamadas fotones, perturbaron el equilibrio térmico de los electrones el cual se restablece después de 50 femtosegundos. Las  imágenes de la película muestran en primer lugar como los electrones irradiados absorben la energía luminosa de los fotones en el grafito y, por lo tanto, la transformaban en energía eléctrica. Luego, la energía se distribuyó a otros electrones, antes de que pasaran a los átomos circundantes. En este último proceso, la energía eléctrica finalmente se convierte permanentemente en calor calentado el grafito.
La enfoque metodológico podría aplicarse en el futuro para investigar y optimizar movimientos ultrarrápidos de electrones agitados por la luz en materiales con prometedoras propiedades nanofotónicas.

Información complementaria:
Ultrafast Formation of a Fermi-Dirac Distributed Electron Gas.

viernes, 14 de diciembre de 2018

Ánodos nanoestructurados mejoran el rendimiento de las baterías de litio.

Las baterías de iones de litio, por su alta densidad de energía, vida útil prolongada y carencia de efecto memoria, son las seleccionadas para  almacenar  energía en los dispositivos móviles. 
Crédito: Advanced Science News 2018, 1802438
No obstante las baterías de iones de litio convencionales han alcanzado los límites de su rendimiento. 
En el artículo Spray-Dried Mesoporous Mixed Cu-Ni Oxide@ Graphene Nanocomposite Microspheres for High Power and Durable Li-Ion Battery Anodes”, publicado en la revista:  Advanced Energy Materials, investigadores de Canadá, Corea, Italia y Austriapresentan la preparación de un electrodo de grafeno basado en óxido de metal mixto, que se puede utilizar como un ánodo alternativo de larga duración. El material está hecho de partículas de óxido binario de níquel y cobre (óxido de Cu-Ni: CNO) mesoporoso 3D envueltas herméticamente con láminas de grafeno exfoliadas (2D), formando un sistema enjaulado en microesferas.  .
Crédito: Advanced Science News 2018, 1802438
Debido al efecto de estabilización sinérgico de las láminas de grafeno (nanosheets de Graphene: GNS) exfoliado en los óxidos mixtos y al peculiar procedimiento de preparación, el nanocompuesto resultante presenta propiedades y funcionalidades no predecibles, distintas a la suma de los componentes individuales, constituyendo un novedoso material de electrodo. La presencia de láminas de grafeno que envuelven herméticamente las partículas de material activo mejora significativamente su conductividad electrónica. Las microesferas nanocompuestas porosas denominadas CNO@GNS 3D/2D muestran un rendimiento electroquímico sobresaliente, es decir, una capacidad específica significativamente mejorada con una estabilidad de ciclo reversible sin precedentes que supera los 3000 ciclos de carga/descarga incluso en regímenes de corriente muy alta (hasta 1280 mA efectivos).  A pesar de la gran cantidad de artículos de investigación centrados en los ánodos para las baterías de iones de litio, en el citado se detalla un procedimiento de preparación barato, rápido y confiable de ánodos de batería de ion de litio/CNO@GNS con un rendimiento sobresaliente y duradero. El trabajo de investigación abre nuevas oportunidades de exploración de estrategias para desarrollar ánodos nanocompuestos TMO@GNS (TMO: óxidos de metal de transición, M: Co, Ni, Cu, Fe), eficientes y duraderos utilizables en baterías de litio avanzadas u otros dispositivos de almacenamiento de energía.

Lectura Complementaria:
Spray-Dried Mesoporous Mixed Cu-Ni Oxide@Graphene Nanocomposite Microspheres for High Power and Durable Li-Ion Battery Anodes 

sábado, 8 de diciembre de 2018

Sinapsis artificiales hechas con nanocables de ZnO.

Las computadoras pueden conducir autos, traducir textos, derrotar a campeones mundiales de ajedrez y mucho más. Lamentablemente las redes neuronales solo pueden simularse de una manera muy incómoda e ineficiente utilizando el hardware convencional.
Los sistemas con chips neuromórficos capaces de que imitar la forma de funcionamiento del cerebro humano ofrecen ventajas significativas. Estos tipos de computadoras funcionan de manera descentralizada, teniendo a su disposición una multitud de procesadores que, como las neuronas en el cerebro, están conectadas entre sí por redes. Si un procesador se descompone, otro puede asumir su función. Además, tal como ocurre en el cerebro, cuando la práctica lleva a una señal mejorada, un procesador bioinspirado debe tener la capacidad de aprender.
Crédito: Forschungszentrum Jülich
Científicos de Italia y Alemania, publicaron el 6 de diciembre el 2018, el artículo “Self-limited single nanowire systems combining all-in-one memristive and neuromorphic functionalities” en la revista Nature Communications, para presentar un memristor (una contracción de las palabras memoria y resistor),  hecho de nanohilos, capaz de funcionar de manera muy similar a una célula nerviosa biológica. El componente no sólo guarda y procesa información, también puede recibir numerosas señales en paralelo. La célula de conmutación resistiva hecha de nanocables de óxido de zinc se constituye en un elemento ideal en la construcción de procesadores "neuromórficos bioinspirados", capaces de asumir las diversas funciones de las sinapsis biológicas y las neuronas. El componente memristivo resultante se caracteriza por ocupar una pequeña cantidad de espacio y también por cambiar mucho más rápido que la memoria flash. Su producción es comparativamente sencilla. Los nanocables se fabrican mediante deposición por evaporación de materiales específicos sobre un sustrato adecuado en el cual prácticamente crecen por su propia cuenta. En una celda en funcionamiento, ambos extremos del nanocable deben estar unidos a metales adecuados, en este caso platino y plata. Los metales funcionan como electrodos y, además, liberan iones activados por una corriente eléctrica apropiada. También los iones metálicos pueden extenderse sobre la superficie del cable y construir un puente parcial para modificar la conductividad. 

Otro pequeño paso hacia la construcción de un cerebro artificial, similar al humano, prometido para el año 2025.

Información complementaria:
Self-limited single nanowire systems combining all-in-one memristive and neuromorphic functionalities.
Inteligencia artificial o humana en un cerebro artificial.

sábado, 1 de diciembre de 2018

Nano-apósito generador de pulsos eléctricos sana heridas.

Un nuevo apósito, capaz de acelerar en forma drástica la curación de heridas de una manera sorprendente y de bajo costo, han desarrollado investigadores de la Universidad de Wisconsin-Madison. El método aprovecha la energía generada a partir de los propios movimientos corporales de un paciente para aplicar pulsos eléctricos suaves en el lugar de la lesión. En las pruebas con roedores, los apósitos redujeron los tiempos de curación a solo tres días en comparación con las casi dos semanas para el proceso de curación normal. El artículo “Effective Wound Healing Enabled by Discrete Alternative Electric Fields from Wearable Nanogenerators” se publicó en la revista ACS Nano el 28 de noviembre del 2018. Se conocen los beneficios de la electricidad para la curación de la piel, pero la mayoría de las unidades de electroterapia en uso hoy en día requieren equipos eléctricos voluminosos, de potencia importante y un cableado complicado.
Crédito: ACS Nano
Los nuevos apósitos consisten en pequeños electrodos vinculados a una banda con unidades para la recolección de energía enrollados alrededor del torso del usuario 
(nanogeneradores). La expansión y contracción natural de su caja torácica durante la respiración alimenta a los nanogeneradores , que emiten pulsos eléctricos de baja intensidad. Estos pulsos de baja potencia no dañan el tejido sano como lo suelen hacer todos los dispositivos tradicionales de electroterapia de alta potencia. De hecho, los investigadores demuestran que la exposición de las células a pulsos eléctricos de alta energía hizo que produjeran casi cinco veces más especies reactivas de oxígeno (principal factor de riesgo para el cáncer y el envejecimiento celular), que las células expuestas a los nanogeneradores. Los pulsos de bajo poder aumentaron la viabilidad de un tipo de célula de la piel llamada fibroblastos, y la exposición a los pulsos del nanogenerador alentaba a los fibroblastos a alinearse (un paso crucial en la curación de heridas) y producir más sustancias bioquímicas destinadas a promover el crecimiento de los tejidos.
Los impresionantes resultados del estudio, la simplicidad del dispositivo y su reducido costo constituyen una nueva y emocionante alternativa para el tratamiento de muchos tipos diferentes de heridas mediante estimulación eléctrica. Toda una contribución a uno de los desafíos de  la medicina moderna.

Lectura complementaria:

sábado, 24 de noviembre de 2018

Desde la bioeconomía hacia la nanoeconomía.

Es generalizada la idea que la estratégica de la bioeconomía se apalanca en su importante cantidad de recursos renovables de origen natural, modificados o no genéticamente. Esta bioeconomía competitiva y sostenible supone la llave para solucionar los problemas globales tanto a nivel local como internacional generando oportunidades de negocio. El fundador de la Economía Biofísica e inspirador de la Bioeconomía, Nicholas Georgescu-Roegen (1904-1994) presentó la idea del metabolismo de la sociedad humana o flujo metabólico relacionado con las transformaciones de la energía y materiales necesarias para la existencia y su mantenimiento. Introdujo los conceptos de metabolismo endosomático y metabolismo exosomático para diferenciar la transformaciones de energía y materiales que tienen lugar en el cuerpo humano de las que ocurren fuera del mismo. Así el metabolismo endosomático esta relacionado con la alimentación y el exosomático con la energía consumida por la sociedad en las actividades diarias, es decir las provenientes mayoritariamente de utilizar los combustibles fósiles (electricidad, combustibles, etc).
La energía para nuestro metabolismo endosomático proviene del sol y llega a nosotros a través de la fotosíntesis cuando nos alimentamos con vegetales y también cuando lo hacemos con animales que se alimentaron con vegetales o de otros animales quienes comen vegetales. Dice el Dr. Umberto I. Gallasso: El sol, bajo la forma de energía luminosa, es la única fuente de energía que ha abastecido y abastece de “materia prima” a todas las “fabricas de vida” que son las células. El hombre se equivocó en cuanto al metabolismo exosomático. En vez de asimilarlo a los mecanismos para la vida utilizando energía solar, optó por utilizar combustible fósil. En el año 2019 se alcanzará el record de consumo de 100 millones de barriles de petróleo por día. Algo que estaba enterrado, sin ocasionar inconvenientes, se lo transforma en dióxido de carbono a la velocidad 100 millones de barriles por día. Es así como se dispara, a partir de la economía biofísica, el primer intento de respuesta a la problemática: la bioeconomía, tendiente a lograr una producción sustentable a partir de mantener un equilibrio cíclico con el dióxido de carbono atmosférico. Paulatinamente comienza avanzar, para solucionar la problemática planteada por la economía biofísica, la parte física de la mano de la nanotecnología: nanocatalizadores para tranformar en dióxido de carbono en metano (gas común), sistemas de electrólisis-nanocatalizador alimentado por radiación solar para generar, a partir de dióxido de carbono, etanol, etileno y propanol, paneles solares de puntos cuánticos diurnos y nocturnos (funcionan con radiación infrarroja), dispositivos para nanofotosíntesis, aislantes térmicos para reducir el consumo energético, baterías más eficientes, sistemas de obtención de agua potable a partir del agua de mar utilizando radiación solar y nanopartículas (efecto de resonancia plasmónica superficial localizada), etc.   El camino secuencial tendiente a que el metabolismo exosomático sea similar al endosomático, para la vida, está claro: bioeconomía, nanobioeconomía y nanoeconomía. De lo más conocido y menos complejo hacia lo distinto, construcciones con átomos y moléculas, con importantes requerimientos de innovación, desarrollo e implementación.