sábado, 22 de septiembre de 2018

Nanoparches dérmicos con interruptores moleculares.

No todos los medicamentos son adecuados para la administración oral en forma de píldora o se pueden inyectar con una jeringa. La piel ofrece una superficie grande y permeable para absorber sustancias activas. Es sabido que los medicamentos pueden administrarse a través de parches cutáneos sin dolor y de manera eficiente. Ahora, investigadores de Empa y la Universidad de Friburgo desarrollaron nanocontenedores (nanoesferas de polímeros), llenas con medicamentos,  garantizando  el  control  preciso del ingreso de los  ingredientes
Crédito: J. Am. Chem. Soc. 140,  25,  8027-8036 

mediante un interruptor de luz molecular inspirado en la naturaleza. El interruptor de luz funciona de manera similar a la retina en el ojo humano. Al igual que los pigmentos naturales en el ojo, se utilizan fotocromos sintéticos activables por la luz. Estos interruptores moleculares se integraron a las nanoesferas de polímero, llenas con medicamentos  para las  pruebas experimentales. Cuando los parches son expuestos a la luz, de una cierta longitud de onda, cambian su estructura y la superficie se vuelve permeable permitiendo a las sustancias químicamente activas ingresar por la piel.  Si el color de la luz cambia, digamos de verde a rojo, la carcasa de los parches se vuelve impermeable guardando los principios activos listos para la próxima aplicación. Estos parches “nanoreactores” con interruptor de luz se pueden utilizar como reservorios para agentes terapéuticos. En la acción interruptora  se pueden utilizar radiaciones del espectro entre 450 y 700 nanómetros de longitud de onda (azul a rojo). También la investigación abre posibilidades para la administración controlada de varios medicamentos en un solo parche. Llegó la hora de los nanoparches con interruptores moleculares para la administración controlada de fármacos por la piel.

Lectura complementaria:
Wavelength-Selective Light-Responsive DASA-Functionalized Polymersome Nanoreactors

viernes, 14 de septiembre de 2018

Imprimir en 3D a 500 mm/s con nanodiamantes.

La firma Finlandesa Carbodeon (2006)  acaba de lanzar el hilo (o a granel) para impresoras 3D denominado  uDiamonnt; un material nanoestructurado que combina el polímero  poliláctico PLA, reciclable y biodegradable, con partículas de nanodiamantes. Los nanodiamantes fueron descubiertos en Rusia en 1963,  son nanopartículas artificiales de diamante obtenidas a partir de carbono por explosiones, mediante bombardeo, o por  ultrasonicación de una suspensión de grafito en solventes  orgánicos a presión atmosférica y temperatura ambiente.
Fuente: Universidad de ITMO
El hilo es compatible con las boquillas estándar y adecuado para su uso con impresoras 3D comerciales . De hecho, las partículas esféricas de nanodiamantes actúan como un lubricante y su dispersión a lo largo del PLA mejora la conductividad térmica, la rigidez y produce alta resistencia.  Las pruebas con el hilo permitieron lograr velocidades de impresión de hasta 500 mm/s y la  adición de los nanodiamantes mejora en un 200% la performance de impresión 3D en comparación con el hilo de  PLA sin nanoaditivos comercializable en el mercado. La tendencia es adicionar a un polímero base, nano-objetos, con la finalidad de obtener hilos para impresiones 3D con las propiedades fisicoquímicas deseadas.

Lectura complementaria.

sábado, 8 de septiembre de 2018

“Nanoesponjas” para la artritis reumatoide.

La artritis reumatoide es un trastorno inflamatorio crónico causante de discapacidad. A pesar del progreso realizado con el uso clínico reciente de los productos biológicos anti-citoquinas, la tasa de respuesta al tratamiento sigue siendo insatisfactoria debido a la complejidad de las interacciones. Investigadores de la Universidad de California en San Diego han fusionado membranas de neutrófilos con núcleos de nanopartículas poliméricas logrando “nanoesponjas” capaces de heredar el exterior antigénico; lo que las convierte en señuelos ideales de moléculas biológicas dirigidas a neutrófilos. Pueden absorber y neutralizar de forma segura una variedad de proteínas responsables de la progresión de la artritis reumatoide neutralizando las citoquinas proinflamatorias, suprimiendo la inflamación sinovial y proporcionando una fuerte protección contra el daño articular.
Crédito: Qiangzhe Zhang / Nature Nanotechnology
En “Neutrophil membrane-coated nanoparticles inhibit synovial inflammation and alleviate joint damage in inflammatory arthritis”, artículo publicado en la revista 
 Nature Nanotechnology, ellos explican como utilizaron inyecciones de las “nanoesponjas” para tratar  la artritis reumatoide severa en dos modelos de ratones. Durante el desarrollo de la enfermedad, las células ubicadas en las articulaciones producen una variedad de proteínas inflamatorias (citoquinas). Su liberación envía señales a los neutrófilos para ingresar en las articulaciones. Una vez allí, las citoquinas se unen a los receptores en las superficies de los neutrófilos, activando el mecanismo para liberar más citoquinas, lo que a su vez atrae más neutrófilos a las articulaciones, y así sucesivamente. Las “nanoesponjas” esencialmente cortan esta cascada inflamatoria de raíz actuando como nano señuelos de neutrófilos, interceptan las citoquinas y evitan el ingreso de más neutrófilos a las articulaciones, reduciendo la inflamación y el daño articular. Algunos medicamentos de anticuerpos monoclonales, por ejemplo, han ayudado a los pacientes a controlar los síntomas de la enfermedad, pero funcionan neutralizando solo tipos específicos de citoquinas. Esto no es suficiente debido a que hay muchos tipos diferentes de citoquinas y moléculas patológicas involucradas. Las “esponjas” de membranas de neutrófilos unidas a nanopartículas poliméricas permiten interceptar una población completa de moléculas inflamatorias logrando básicamente controlar la enfermedad, reducir la inflamación  y minimizar el daño en el  cartílago.

Información complementaria

sábado, 1 de septiembre de 2018

Nanobiomimética: la punta del iceberg del mercado global de los fármacos del futuro.

La biomimética es  el uso e implementación de conceptos y principios de la naturaleza para crear nuevos materiales, dispositivos y sistemas con el fin de resolver problemas complejos de la salud humana.  En la biomimética confluyen disciplinas como la nanotecnología y la biotecnología. Cuando la creación de las nuevas soluciones provienen de realizar innovaciones construyendo con átomos y moléculas entramos en el campo de la nanobiomimética. Analicemos a modo de ejemplo los desarrollos nanobiomiméticos vinculados a los anticuerpos altamente específicos y a los fármacos antivirales.
Recientemente un equipo de investigación conjunto de Rusia y el Reino Unido ha demostrado la posibilidad de desarrollar un nuevo tipo de fármacos antineoplásicos basados ​​en anticuerpos de polímeros moleculares impresos a escala nanométrica (nanoMIPs). Estos constituyen polímeros sintéticos que pueden funcionar como anticuerpos uniéndose selectivamente a proteínas diana en la superficie de las células cancerosas.  Por lo tanto, este enfoque puede proporcionar una alternativa plausible a los anticuerpos inestables y con altos costos de producción, estableciendo un nuevo paradigma para la aplicación terapéutica de esta clase de materiales contra objetivos clínicamente relevantes. La novedosa línea de trabajo apunta al mercado global de los anticuerpos monoclonales (mAbs)  de 50.000 millones de dólares en el año 2012, 85.400 millones en el  año 2015 y con una proyección  de 138.600 millones dólares para el año 2024. 
El otro ejemplo relacionado con los fámacos antivirales lo encontramos en la empresa NanoViricides(Shelton, EE.UU) abocada al desarrollo de medicamentos nanobiomiméticos antivirales dirigidos a la gripe, el VIH/SIDA, el herpes y la fiebre del dengue, entre otros. El nanoviricida es un agente diseñado para engañar al virus provocando su adhesión a la nanomáquina antiviral por contener la estructura de los receptores específicos de la superficie de las células blanco. Una vez conectado, el nanoviricida flexible se envuelve alrededor del virus y lo atrapa. En el proceso  el virus pierde las proteínas de la cubierta necesarias para unirse a las células. Los nanoviricidas buscan liderar el futuro del  mercado mundial de fármacos destinados a las infecciones virales, con una proyección de crecimiento en la facturación global desde los 74.000  millones de dólares en el año 2014 a los 117.600 esperados para el año 2021. 
Sólo dos ejemplos, sólo la punta del iceberg del mercado global de los fármacos del futuro.

Lecturas complementarias:

viernes, 24 de agosto de 2018

Nanoanticuerpos de polímeros impresos eliminan las células cancerosas.

Un equipo de investigación conjunto de Rusia y el Reino Unido ha demostrado la posibilidad de desarrollar un nuevo tipo de fármacos antineoplásicos basados ​​en anticuerpos de polímeros moleculares impresos a escala nanométrica (nanoMIPs). Estos constituyen polímeros sintéticos que pueden funcionar como anticuerpos uniéndose selectivamente a proteínas diana en la superficie de las células cancerosas.  El artículo relacionado “Specific Drug Delivery to Cancer Cells with Double-Imprinted Nanoparticles against Epidermal Growth Factor Receptor” se ha publicado en la revista Nano Letters
Crédito: Nano Letters.
Los NanoMIPs son una alternativa de los polímeros sintéticos a los anticuerpos; cuentan con una estructura 3-D que les permite unirse solo a un cierto fragmento específico (aminoácidos) de una proteína diana. Esto asegura su especificidad. A diferencia de los anticuerpos, también pueden transportar agentes adicionales contra el cáncer.  Se los sintetiza en presencia de una proteína diana que deja una marca en la nanopartícula. Este proceso se denomina impresión y es compararble con el moldeado: el producto final adopta la forma de la plantilla original. A través de este proceso, los nanoMIPs adquieren la capacidad de reconocer selectivamente la molécula objetivo y unirse a ella. El equipo trabajó con nanopartículas obtenidas utilizando un enfoque de doble impresión contra dos moléculas: un fármaco citotóxico llamado doxorrubicina y un epitope lineal de EGFR (factor de crecimiento epidérmico) [Un epítope es la parte de una molécula diana que es reconocida por el anticuerpo que se une a ella]. Por lo tanto, el producto final se une al EGFR y administra productos terapéuticos a las células cancerosas.
Los experimentos exitosos realizados in vitro  sugieren que los nanoMIPs son vehículos prometedores para la administración de fármacos dirigidos a eliminan eficazmente las células cancerosas.

Información complementaria:
Specific Drug Delivery to Cancer Cells with Double-Imprinted Nanoparticles against Epidermal Growth Factor Receptor.

sábado, 18 de agosto de 2018

Nanopartículas para detectar y tratar la placa oral.

Un novedoso enfoque basado en nanopartículas detecta y trata la placa oral, sin necesidad de utilizar medicamentos evitando los problemas de resistencia a los antibióticos y antisépticos como la clorhexidina, Cuando las bacterias “buenas” y “malas” en nuestra boca se desequilibran, las bacterias “malas” forman una biopelícula o placa capaz de causar caries, y de no tratarse a tiempo, provocar enfermedades cardiovasculares y otras como diabetes y neumonía. Un equipo de investigadores de la Universidad de Illinois presentó recientemente en el artículo "Dual purpose hafnium oxide nanoparticles offer imaging Streptococcus mutans dental biofilm and fight it In vivo via a drug free approach" publicado en Biomaterials, un método basado en nanotecnología para detectar y tratar las bacterias causantes de la placa. 
Crédito de la imagen: Universidad de Illinois
La placa oral es invisible para el ojo, actualmente se la visualiza con agentes reveladores administrados a los pacientes en forma de una tableta soluble o un hisopo para cepillado. Lamentablemente estos métodos no pueden identificar la diferencia entre bacterias “buenas” y “malas”. Los investigadores desarrollaron una sonda de detección que funciona en con la tecnología común de rayos X. El método es capaz de encontrar bacterias dañinas específicas (Ej: Streptococcus mutans) en la red compleja del biofilm. Además, también demostraron que ajustando la composición química de la sonda, puede usarse para atacar y destruir la bacteria. La sonda está compuesta por nanopartículas de óxido de hafnio (HfO2), un óxido de metal no tóxico. El equipo demostró la eficacia de la sonda para identificar marcadores bioquímicos presentes en la superficie de la biopelícula bacteriana y simultáneamente destruirlos. En la práctica, un dentista aplica la sonda en los dientes del paciente y utiliza la máquina de rayos X para visualizar con precisión la extensión de la placa de biopelícula. Si la placa se considera grave, realizará un seguimiento con la administración de las nanopartículas terapéuticas de HfO2 en forma de pasta dental. El efecto terapéutico de las nanopartículas se debe a su gran superficie, casi única, proporcionando un mecanismo de adsorción o adhesión por las células conducente a la muerte bacteriana. Tal vez las nanopartículas se conviertan en los componentes activos de las pastas dentales, evitando la necesidad de utilizar antisépticos o antibióticos ni sistemas de nanodeliveries específicos de drogas.

Información complementaria:
Dual purpose hafnium oxide nanoparticles offer imaging Streptococcus mutans dental biofilm and fight it In vivo via a drug free approach

sábado, 11 de agosto de 2018

Un nanomundo alternativo...

La nanotecnología es una ciencia-tecnología considerada actualmente estratégica a nivel de las naciones. Muchas propiedades de los sólidos cambian a medida que sus dimensiones se acercan a la nanoescala (1-100.10-9 metros). Una partícula de 1×1×1 nanómetros contiene 64 átomos de los cuales solo 8 se ubican en el interior; los 56 átomos restantes están en la superficie. Por lo tanto, las características de las nanopartículas están dominadas por átomos superficiales, lo que permite la creación de nuevas propiedades. Cuando se reduce al tamaño a unos pocos nanómetros, los aislantes pueden convertirse en conductores, los materiales estables pueden volverse combustibles y los materiales relativamente inertes, como el oro, pueden convertirse en catalizadores eficientes y selectivos. También se logran metamateriales con propiedades diametralmente opuestas a las propias de la materia natural.  Tecnología sofisticada y económica a la vez.
2014.Presentando la nanoeconomía
Es la conveniente a la hora de pensar soluciones para las grandes problemáticas actuales vinculadas con las necesidades humanas primarias: salud, energía, alimentos, vivienda,  vestimenta, transporte, comunicación, defensa y cuidado del ambiente. La capacidad de ver y manipular con átomos-moléculas de manera individual se  constituye en la gran revolución científica y tecnológica del siglo XXI. Cada vez disponemos de más nanomateriales, nanoherramientas, nanodispositivos y nanosistemas. Un microcosmos en el cual los nanomateriales, la nanofotónica, la nanoelectrónica, la nanorrobótica, la nanotecnología ambiental y la nanomedicina encuentran, a través de la innovación,  novedosas soluciones a las crecientes problemáticas socioeconómicas del planeta. Tecnología que abre las puertas a una nueva economía, la nanoeconomía, como resultado de las inmensas posibilidades de trasformar la naturaleza para restituir las pautas perdidas y avanzar hacia una vida digna en la tierra. Un nanomundo alternativo, un nanomundo posible.

Lectura complementaria
Nanoeconomía y nanotecnología.

sábado, 4 de agosto de 2018

Emisión de biofotones & nanotecnología.

La emisión de biofotones (BPE) es un acontecimiento cuántico caracterizado por una emisión relativamente estable pero ultradébil de fotones por organismos vivos. Los biofotones han sido denominados “la luz de las células”. Son emitidos por los organismos vivos para comunicarse entre sí. El Dr. Fritz-Albert Popp demostró que los biofotones son portadores de información y mensajes capaces de modificar la actividad de la materia. Organismos vivos, incluidas las células, se comunican a través de campos electromagnéticos, emitiendo fotones que son captados por el resto.
Imagen de los biofotones emitidos por la mano derecha.
La región brillante del dedo es producto del efecto del tabaquismo.
Crédito: Spectroscopy of biophotons radiated from a fingertip. Atlas of Science
De esta manera, gracias a la comunicación celular, se activan las órdenes para formar los órganos. También se descubrió que los biofotones son portadores de información con capacidad de transmitirse a distancia entre dos o más células. Su emisión se ha asociado con procesos biológicos de alta energía tales como el metabolismo de las células,  el crecimiento, la actividad neuronal, la fagocitosis, el cáncer y el estrés oxidativo. Se ha sugerido que la emisión de biofotones puede reflejar el estado global de la salud del organismo. Si los cambios en la emisión de biofotones ocurrieran como resultado de intervenciones, su análisis podría resultar útil para el monitoreo de la respuesta del paciente a un tratamiento específico y cambios globales en su estado de salud. El desarrollo de las nuevas tecnologías de conteo de fotones a principios la década de los años 60 ha proporcionado las herramientas para demostrar la existencia ubicua de una luminiscencia de bajo nivel en todos los organismos vivos. La investigación inicial se llevo  a cabo en la URSS en la década de los 70, pero la existencia de esta emisión fotónica por organismos vivos fue confirmada por equipos de investigación de Australia, Polonia, Japón y EEUU. Las emisiones son del orden de 104 fotones/cm2 por segundo y se han observado en bacterias, levaduras, animales enteros y plantas, así como en cultivos celulares y homogenatos de tejidos. También se nota una diferencia de emisión significativa entre las células normales y las tumorales y un aumento importante de la emisión en el momento de la muerte celular.
En el artículo “Enhancement of biophoton emission of prostate cáncer cells by Ag nanoparticles” se demuestra que el efecto de agregar nanopartículas de plata en el tejido humano, aumenta considerablemente la emisión de biofotones, tal vez como consecuencia de un efecto de resonancia plasmónica superficial localizada. Además en el artículo “New Generation Cadmium-Free Quantum Dots for Biophotonics and Nanomedicine” se utilizan puntos cuánticos en la obtención de un rendimiento más elevado para su utilización en aplicaciones biofotónicas. Las nanopartículas tales como los plasmones y los puntos cuánticos permiten potenciar la emisión ultradébil de fotones por organismos vivos para su utilización en nanomedicina.

sábado, 28 de julio de 2018

Estrategia nano de las empresas farmacéuticas de punta.

La nanotecnología es útil en una amplia gama de industrias diferentes, pero tal vez una de sus aplicaciones más importantes es en la medicina. Desde complejos sistemas de administración de medicamentos hasta medicamentos antivirales a nanoescala, la nanotecnología en medicina tiene el potencial de marcar una gran diferencia en el sector de la salud. Citemos sólo algunas empresas nanofarmacéuticas cuyas acciones ya cotizan en los mercados:
NanoViricides(Shelton, EE.UU) está desarrollando medicamentos biomiméticos antivirales basados en la nanotecnología, dirigidos a la gripe, el VIH/SIDA, el herpes y la fiebre del dengue, entre otros. Un "nanoviricida" es un agente diseñado para engañar a un virus de modo que se adhiera a la nanomáquina antiviral, de la misma manera que el virus normalmente se adhiere a los receptores en la superficie de la célula. Una vez conectado, el nanoviricida flexible se envuelve alrededor del virus y lo atrapa. En el proceso, el virus también pierde las proteínas de cubierta que necesita para unirse a la célula. El virus se neutraliza y se destruye de manera efectiva. Un nanoviricida completa la tarea de desmantelar la partícula del virus sin la asistencia del sistema inmune. Por lo tanto, los nanoviricidas representan el próximo gran avance en "Inmunoterapéuticos" (anticuerpos y vacunas), que actualmente son estrategias antivirales bien establecidas. La empresa está realizando actualmente las pruebas de toxicidad para medicamentos como  HerpeCide y el FluCide. 
Crédito: NanoViricides Incorporated.
Starpharma Holdings(Melbourne, Australia). La tecnología subyacente de Starpharma se basa en los dendrímeros, un tipo de polímero a nanoescala sintético que es muy regular en tamaño-estructura y adecuado para usos farmacéuticos y médicos. Starpharma tiene dos programas básicos de desarrollo: VivaGel ®  y DEP ® para la administración de fármacos. El precio de las acciones de la compañía aumentó a principios de mayo cuando anunció que AstraZeneca había firmado un acuerdo de colaboración para elaborar una molécula de uso oncológico mejorada con dendrímeros.  AstraZeneca firmó el acuerdo con Starpharma para el uso de su plataforma de administración de medicamentos DEP® centrado en el desarrollo y la comercialización del compuesto oncológico.
ArrowheadResearch(California. EE.UU). Está desarrollando terapias de ARNi. Su tecnología implica el uso de Dynamic Polyconjugates (DPC), que son pequeñas nanopartículas. Arrowhead señala que el proceso ofrece una serie de ventajas sobre los sistemas basados en lípidos. Su producto  ARC-HIF2 está diseñado para atacar tejidos fuera del hígado. La capacidad de atacar tejidos fuera del hígado, incluidos los tumores, abre oportunidades adicionales para que Arrowhead desarrolle terapias de ARNi diferenciadas que aborden numerosas enfermedades sin opciones de tratamiento adecuadas en la actualidad.
Pen Inc.(Miami. EE.UU) se creó cuando Nanofilm y Applied Nanotech Holdings combinaron fuerzas para posicionarse mejor en el desarrollo de innovaciones basadas en la nanotecnología.  La compañía anunció que su limpiador de superficie HALO™ ha demostrado ser efectivo contra la propagación de los virus que causan Síndrome Respiratorio del Medio Oriente (MERS), H1N1 (gripe porcina) y Ébola.
Los ejemplos desarrollados y las perspectivas actuales sugieren que todavía hay mucho espacio para el crecimiento de las aplicaciones de la nanotecnología en las empresas farmacéuticas del futuro.

sábado, 21 de julio de 2018

Función cerebral replicada por nanotubos de carbono.

Crédito: Universidad de Osaka
El cerebro necesita  poca energía para adaptarse al medio ambiente, aprender, tener una alta capacidad de reconocimiento, inteligencia y realizar un procesamiento de información complejo. Las dos características clave de los circuitos neuronales son: la capacidad de aprendizaje de las sinapsis y los impulsos o espinas nerviosas.  A medida que la ciencia del cerebro progresa su estructura se va aclarado gradualmente pero es demasiado complicado para emularlo por completo. Los científicos han tratado de replicar la función cerebral mediante el uso de circuitos neuromórficos (circuitos analógicos que imitan las estructuras neurobiológicas) y dispositivos que emulan una parte de sus mecanismos. Investigadores de la Universidad de Osaka han creado un dispositivo-red neuromórfica molecular consistente en nanotubos de carbono de paredes simples complejados con polioxometalato. Las redes SWNT/POM (nanotubos de carbono de una sola pared-polioxometalato) extremadamente densas y aleatorias, generan picos espontáneos similares a los impulsos nerviosos de las neuronas. La importancia del estudio es que una parte de la función cerebral fue replicada por materiales nanomoleculares demostrando la posibilidad de que una red molecular al azar pueda convertirse en inteligencia artificial neuromórfica. Todo un avance hacia el futuro cerebro similar al humano.

sábado, 14 de julio de 2018

Cuadruplicar el almacenamiento de la energía solar.

Crédito: Ashley Pennington/
Rutgers University-New Brunswick
En una hora la tierra recibe del sol la cantidad equivalente de energía consumida por el planeta en un año. Esta energía debe fijarse y almacenarse en forma de un portador versátil como el gas hidrógeno utilizable como combustible y para generar electricidad.  Su producción por fotólisis catalítica del agua mediante luz solar visible requiere de catalizadores cada vez más eficientes. Si bien a lo largo de los últimos años se desarrollaron más de 130 semiconductores para realizar la disociación y obtener el gas, la eficiencia máxima alcanzada es baja, próxima al 2,5% de toda la radiación solar incidente.
En el interesante artículo “Au/La2Ti2O7 Nanostructures Sensitized with Black Phosphorus for PlasmonEnhanced Photocatalytic Hydrogen Production in Visible and NearInfrared Light”, investigadores del Institute of Scientific and Industrial Research (SANKEN) de la Universidad de  Osaka (Japón) utilizan nanopartículas de oro con forma de estrella recubiertas con un semiconductor para la obtención de gas hidrógeno a partir del agua. Logran aumentar cuatro veces la eficiencia de la producción de hidrógeno con relación otros métodos usuales para almacenar la energía solar. En lugar de utilizar la energía de la radiación ultravioleta (práctica estándar) usan la energía de la radiación visible e infrarroja, más abundante, para generar resonancia plasmónica superficial localizada y absorber la radiación específica en  las nanopartículas de oro. Los electrones excitados en el metal pueden transferirse eficientemente al semiconductor,  catalizando la reacción de obtención del gas. Diseñaron el fotocatalizador usando el sistema Au (nanoparticulas de oro con forma de estrellas) y el semiconductor La2Ti2O7 sensibilizado con fósforo negro. Las tasas de producción de Hóptimas  fueron de aproximadamente 0,74 y 0,30 mmol g-1  h-1 a longitudes de onda mayores de 420 nanómetros y 780 nanómetros respectivamente. La acción del semiconductor acoplado a los plasmones de Au contribuye a una actividad fotocatalítica potenciada. La radiación visible e infrarroja  es absorbida por la resonancia plasmónica de las nanopartículas de oro y luego algunos de los electrones generados se transfieren al semiconductor para generar una acción catalítica eficiente destinada a obtener hidrógeno por disociación del agua de mar. El hidrógeno se puede usar para almacenar la energía solar y luego utilizarla cuando sea necesaria. 
Toda una forma nanotecnológica de ampliar la forma en que aprovechamos la luz del sol.

Lectura complementaria:
Au/La2Ti2O7 Nanostructures Sensitized with Black Phosphorus for Plasmon‐Enhanced Photocatalytic Hydrogen Production in Visible and Near‐Infrared Light

sábado, 7 de julio de 2018

¿Cómo formar nanotecnólogos?

Además de responder a la premisa básica de  formación integral de los estudiantes como personas, ciudadanos y profesionales, un verdadero avance en la educación universitaria debe tomar como eje transformador la articulación de la generación de conocimientos con las demandas sociales nacionales, regionales y mundiales. Las nuevas carreras deben ser formuladas desde un paradigma más complejo, flexible, global, interactivo e inteligente. 
El crecimiento exponencial de la población mundial del planeta hizo necesario, para dar respuestas a las crecientes necesidades socioeconómicas, la aparición de un nuevo paradigma: ya no basta con ciencias aisladas  destinadas al conocimiento de la naturaleza ahora necesitamos ciencias-tecnologías integradas capaces de transformar la naturaleza para restaurar las pautas perdidas y hacer posible la continuidad de la vida en la tierra. 
La nanotecnología surge dentro del nuevo paradigma con un crecimiento exponencial capaz de acompañar al de la población mundial y paliar sus consecuencias. Consiste en comprender el mundo desde lo pequeño para innovar trabajando con átomos y moléculas de modo de dar respuestas a las crecientes necesidades socioeconómicas. Da respuestas a las demandas de las nueve necesidades humanas primarias: salud, energía, alimentos, transporte, vestimenta, vivienda, cuidado del medio ambiente, comunicación y defensa. 

Crédito: Lic. en Nanotecnología - Universidad CAECE

En la actualidad existen más de 120 carreras de grado universitario distribuidas en más de 25 países. No obstante no todas se ubican en el nuevo paradigma. Muchas capacitan al educando en las asignaturas específicas para desenvolverse en el ámbito de la nanotecnología pero no en las necesarias para formar un nanotecnólogo. La formación adecuada requiere generar capacidades para investigar, desarrollar nuevos productos, producirlos con eficiencia-calidad y finalmente la gestión de la empresa nanotecnológica desde lo técnico, financiero, económico y comercial. En síntesis todo lo que debe hacer un innovador en la especialidad. 
Formar nanotecnólogos no puede ni debe constituir la sumatoria enciclopédica de una serie de asignaturas necesarias para la profesión, implica además formar innovadores integrando capacidades vinculadas con la ciencia, la tecnología y la gestión empresarial.

Lectura complementaria:
No llores por la nanotecnología Argentina III

viernes, 29 de junio de 2018

La computación líquida.

La idea de usar un medio líquido para computación ha existido durante décadas en las cuales se han propuesto varios enfoques distintos. Ahora investigadores del Instituto Nacional  de Estándares y Tecnología (NIST - EE.UU)  han demostrado cómo las operaciones lógicas computacionales se pueden realizar en un medio líquido atrapando iones (átomos cargados) en grafeno flotando en solución salina. De este modo se reemplaza las computadoras base silicio por otras capaces de utilizar fluidos. Entre sus ventajas potenciales este enfoque requeriría muy poco material y sus componentes blandos podrían ajustarse a formas personalizadas en, por ejemplo, el cuerpo humano.
Una película especial inmersa en líquido puede actuar como un semiconductor sólido equivalente al silicio. Por ejemplo, el material puede actuar como un transistor, el interruptor que lleva a cabo operaciones de lógica digital en una computadora. La película se puede encender y apagar ajustando los niveles de voltaje como los inducidos por las concentraciones de sal en los sistemas biológicos.
Crédito: Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST)
Además, cambiando la entrada y la salida, el mismo dispositivo puede actuar como un transistor o como un dispositivo de memoria. El trabajo se centró  en una lámina de grafeno de 5,5 por 6,4 nanómetros (nm) con uno o más orificios pequeños revestidos con átomos de oxígeno. Estos poros se sabe que atrapan iones metálicos.  El grafeno se suspendió en agua que contiene cloruro de potasio, una sal que se disocia en iones de potasio y sodio. Los poros fueron diseñados para atrapar iones de potasio (una carga positiva). Al atrapar un único ion de potasio en cada poro impide la penetración de iones sueltos adicionales en el grafeno. Los iones atrapados en los poros no solo bloquean la penetración adicional de iones sino que también crean una barrera eléctrica alrededor de la membrana.  Cuando se aplican voltajes menores de 150 mV a través de la membrana, se "desconecta" cualquier penetración.  Esta se produce a voltajes de 300 mV o más.  La actividad de captura y penetración puede ajustarse aplicando diferentes niveles de voltaje a través de la membrana, creando operaciones lógicas con ceros y unos. 

Las simulaciones realizadas en el NIST sugieren la posibilidad de realizar operaciones lógicas simples. Por lo tanto, la captura de iones por voltaje en los poros podría usarse para almacenar información y en transistores ionicos sencillos, pero sensibles, para realizar operaciones lógicas sofisticadas en la computación nanofluídica.

Lectura complementaria: Aqueous Ion Trapping and Transport in Graphene-Embedded 18-Crown-6 Ether Pores. 

sábado, 23 de junio de 2018

Nanopartículas revestidas de membranas celulares.

Las nanopartículas pueden administrar diferentes tipos de fármacos a tipos celulares específicos, por ejemplo, en la quimioterapia de las células cancerosas. Para llegar a donde necesitan ir y entregar el medicamento necesario deben ser más astutas que las defensas del cuerpo evitando ser reconocidas como intrusas. Las defensas del sistema inmune tienden a destruir las nanopartículas sintéticas; las capturan y eliminan del cuerpo en pocos minutos constituyendo una barrera límite para la utilización de la nanotecnología en medicina. Al ser enmascaradas con membranas celulares les permite sobrevivir durante horas sin daños. Esto ha llevado a científicos de la Universidad de California (San Diego-EE.UU) a desarrollar de una nueva clase de nanopartículas biomiméticas (biomimétrico: aplicación de los métodos y sistemas naturales a la ingeniería y la tecnología), revestidas con membrana celular.     Están 
Crédito: Nanowerk y Wiley-VCH Verlag
constituidas por un núcleo
sintético y nanoparticulado envuelto por una capa de membrana celular natural. Al transferir la capa más externa de una célula directamente sobre la superficie de la nanopartícula la complejidad de la totalidad de la membrana con sus lípidos, proteínas y carbohidratos se conserva manteniendo con fidelidad muchas de las propiedades exhibidas por la célula fuente. Finalmente las nanopartículas biomiméticas estarán listas para su uso en aplicaciones tales como administración de fármacos, desintoxicación, modulación inmune, biodetección, formación de imágenes y terapia fotoactivable. Es así como se desarrollaron nanopartículas recubiertas o revestidas por membranas de glóbulos rojos, de plaquetas, de glóbulos blancos, de células cancerígenas y de células madre. Además de estos grupos principales los investigadores también están explorando y trabajando en otros tipos de recubrimientos de membrana: células endoteliales, células beta, células bacterianas y membranas celulares híbridas. La utilidad del enfoque de revestimiento de nanopartículas con distintas membranas celulares permite consolidar la emergente nanotecnología biomimética. 

Lectura complementaria:
Cell Membrane Coating Nanotechnology.

sábado, 16 de junio de 2018

Nanosensor de la osteoartritis.

En el artículo “Label-Free Analysis of Physiological Hyaluronan Size Distribution with a Solid-State Nanopore Sensor”, publicado en Nature Communications,  investigadores del Wake Forest Baptist Medical Center (EE.UU) presentan un nanosensor para la detección y medición del biomarcador ácido hialurónico (HA). El HA es una molécula extremadamente ubicua que tiene una amplia gama de funciones fisiológicas vinculadas con la inflamación, lubricación de las articulaciones e hidratación tisular. La abundancia y la distribución del tamaño-peso molecular del HA en fluidos biológicos se reconoce como un indicador de la inflamación conducente a la osteoartritis y de otras enfermedades inflamatorias crónicas. También es un indicador del progreso de la enfermedad. Mientras que el peso molecular(MW) del HA de origen natural esta en el rango de 10 5 -10 7 Daltón (250-25,000 unidades de disacáridos, cada 1 nm de longitud), su tamaño dentro de este rango es un determinante crítico de la función de la molécula in vivo. Por ejemplo, el HA de alto MW (> 1000 kDa) es altamente viscoso y parece mostrar propiedades antiinflamatorias e inmunosupresoras; mientras que el HA de bajo MW (generalmente <500 kDa) puede inducir la liberación de citocinas proinflamatorias de los macrófagos. Además, la propiedades lubricantes del fluido sinovial dependen mucho más del HA de alto MW. En consecuencia, tanto la abundancia como la distribución del tamaño de HA son biomarcadores importantes para las patologías de la enfermedad y son esenciales para comprender las funciones de lubricación e inmunomoduladora de lHA in vivo.
Crédito: Nature Communicationsvolumen Pixabay
Actualmente, el método más utilizado para analizar el HA es la electroforesis en gel, una técnica lenta, semicuantitativa y con requisito de mucho material de partida. Otras técnicas como la espectrometría de masas y la cromatografía de exclusión por tamaño son costosas y de alcance limitado. El equipo de investigación utilizó un sensor de nanoporos de estado sólido como herramienta para el análisis del HA. Consiste en un chip con un único agujero o poro de unos pocos nanómetros de ancho, aproximadamente 5000 veces menor comparado con el diámetro de un cabello humano. Sólo las moléculas individuales pueden pasar a través de la abertura y, a medida que lo hacen, cada una puede ser detectada y analizada. Al aplicar el nanosensor los investigadores pudieron determinar el tamaño de cada molécula de HA. La distribución del tamaño del HA cambia con el tiempo en la osteoartritis, por lo que esta tecnología podría ayudar a evaluar mejor la progresión de la enfermedad. El nanosensor presentado establece un nuevo método cuantitativo para la evaluación de un biomarcador molecular significativo. Sólo son necesarios 10 nanogramos(ng) del AH extraído por un proceso mínimamente invasivo directamente del líquido sinovial. Los requisitos de sensibilidad, velocidad y muestra pequeña de este enfoque lo hacen atractivo como una poderosa herramienta analítica con claras ventajas sobre las tecnologías de evaluación actuales.

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