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.

sábado, 17 de noviembre de 2018

Las nanopartículas “Waltzing” mejoran la administración de fármacos.

El artículo “Waltz" of Cell Membrane-Coated Nanoparticles on Lipid Bilayers: Tracking Single Particle Rotation in Ligand–Receptor Binding”, publicado el 13 de noviembre en la revista ACS Nano , podría llegar a indicar la efectividad de los tratamientos farmacológicos en función del movimiento de las partículas terapéuticas cuando se unen a los sitios receptores en las células humanas  En muchos casos, la efectividad de un medicamento no se basa en si se une o no a un receptor específico en una célula, sino en el tipo de fuerza con la que se une. Cuanto mejor se conozcan estos procesos, mejor se podrá evaluar la efectividad terapéutica de un medicamento.
Crédito: Yanqui Yu, Yuan Gaoy Yuan Yu. Universidad Indiana 
Un ejemplo lo constituye la efectividad de la inmunoterapia la cual depende de la capacidad de "afinar" la fuerza de los enlaces celulares. Hasta el presente estudio, se pensaba que las partículas se desaceleraban y 
quedaban atrapadas cuando se unían a un receptor en una célula. Ahora se observó que las partículas rotadas de manera diferente quedaron atrapadas en la unión a sus receptores. Esto nunca se había visto antes. Si el movimiento molecular es un vals, entonces los científicos solo estaban viendo a un solo bailarín. Para llevar a cabo su estudio, el equipo preparó una pareja de baile integrada por dos nanopartículas, una teñida de verde y otra roja, unidas para formar un solo marcador de imagen visible bajo un microscopio de fluorescencia. El conjunto se camufló luego recubriéndolo con membrana celular tomada de un linfocito T. Los dos colores permitieron a los investigadores observar simultáneamente el "movimiento de rotación" y el "movimiento de traslación", es decir, el movimiento a través del espacio físico, de la nanopartícula antes de unirse a la célula. Las partículas comenzaron con una rotación aleatoria, pasaron a  un movimiento de balanceo, luego un movimiento circular y finalmente un movimiento circular confinado. La observación de este amplio rango de movimientos de rotación, y la transición de una forma a la siguiente en diferentes puntos en el tiempo, es completamente novedosa. Además, los investigadores pudieron comenzar a vincular  estos diferentes movimientos con las diferentes fuerzas de unión. La siguiente fase de la investigación será el monitorear el "waltzing" de los linfocitos T camuflados para comprender su unión a las células tumorales.

Información complementaria:

sábado, 10 de noviembre de 2018

Hongos nanobiónicos producen electricidad.

Investigadores del Stevens Institute of Technology (EE.UU)  tomaron un champiñón blanco y lo hicieron nanobiónico, sobrealimentándolo con grupos de cianobacterias impresas en 3D que generan electricidad recogida mediante nanocintas de grafeno. El artículo relacionado “Bacterial Nanobionics via 3D Printing se publicó en la edición del 7 de noviembre del 2018 en la revista científica Nano Letters.
Crédito: Sudeep Joshi. Stevens Institute of Technology
Tal vez pueda sonar como algo mágico, pero los híbridos son parte de un esfuerzo profundo por tratar de mejorar nuestra comprensión de la maquinaria biológica de las células y cómo utilizar esas intrincadas estructuras para fabricar  nuevas tecnologías y sistemas útiles para solucionar problemáticas ambientales, entre otras. El conjunto del sistema biónico funcional es completamente nuevo al integrar cianobacterias capces de producir electricidad, con materiales a nanoescala capaces de recolectar la corriente, Los hongos sirven esencialmente como un sustrato ambiental adecuado con funcionalidad avanzada para "nutrir" la energía  producida por las cianobacterias. Los investigadores utilizaron una impresora 3D para imprimir primero una "tinta electrónica" constituida por nanocintas de grafeno. 
Crédito: Stevens Institute of Technology
Luego, imprimieron en forma espiralada sobre la superficie de la seta con una "tinta biológica", constituida por cianobacterias, muchos puntos de contacto con la tinta electrónica. En estos lugares, los electrones pueden transferirse a través de las membranas externas de las bacterias a la red conductora de grafeno. Al iluminar los hongos se activa la fotosíntesis generando las bacterias  fotocorriente. El citado trabajo abre  enormes oportunidades para variadas aplicaciones bio-híbridas de próxima generación. Por ejemplo, algunas bacterias pueden brillar, mientras otras detectan toxinas o producen combustible. Al integrar a la perfección estos microbios con los nanomateriales, podríamos realizar muchos otros asombrosos biohíbridos de diseño destinados a dar respuestas a las crecientes demandas socioeconómicas y al cuidado ambiental del planeta. 

Lectura complementaria:
Bacterial Nanobionics via 3D Printing.

sábado, 3 de noviembre de 2018

Inteligencia artificial o humana en un cerebro artificial.

La inteligencia artificial (Artificial Intelligence, o AI) es la simulación de los procesos de inteligencia humana por parte de máquinas, especialmente sistemas informáticos. Estos procesos incluyen el aprendizaje (la adquisición de información y reglas para el uso de la información), el razonamiento (usando las reglas para llegar a conclusiones aproximadas o definitivas) y la autocorrección. El concepto de AI aparece en el año 1956 causando gran impacto en el ámbito de la tecnología. A partir de ese entonces se diseminó fantásticamente por el mundo cuando queremos referirnos a aquellas máquinas o aparatos dotados de una inteligencia símil a la de los seres humanos. La inteligencia artificial actual difícilmente pueda competir con el cerebro humano porque los diseñadores todavía no lo conocen lo suficiente.
En tal sentido se hallan  en ejecución dos proyectos: el Human Brain Project, de Europa y el  Brain Activity Map de los  EE.UU. El conocimiento proveniente de ambos, unido a la ingeniería neuromórfica con sus nanochips neurosinapticos, memristores y otros desarrollos relacionados, permiten avanzar hacia la construcción de cerebros artificiales acelerando la posibilidad de trasladar el software-mente de los cerebros humanos a los artificiales para poder vivir más allá de los límites del cuerpo biológico; es decir, avanzar hacia la inmortalidad.
Dice el profesor Brian Edward Cox (investigador de la Real Sociedad de Londres y profesor en la Universidad de Mánchester):Humans will Upload Their Brains to Robots to Become Immortal Sooner Than You Think, Claims Professor Brian Cox (Los humanos subirán sus cerebros a los robots para que se vuelvan inmortales más pronto de lo que piensa). En tal sentido el empresario multimillonario Ruso Dmitry Itskov (Newmedia Stars), a principios de 2011 creó un movimiento llamado Iniciativa 2045 el cual lidera un asombroso plan para conseguir la inmortalidad. El plan denominado Avatar consta de 4 etapas de desarrollo progresivo. La tercera etapa (Avatar C) se centra en lograr individuos con un cerebro artificial y cuerpo de robot al los que se le transfiere mediante un software-mente la inteligencia y personalidad humana. Los primeros intentos exitosos, el programa los ubica alrededor del año 2035. En el proyecto (plan de negocio) de  Dmitry Itskov se encuentran trabajando en la actualidad 60 científicos y espera recaudar la fuerte inversión necesaria a través de un importante aporte económico de mil multimillonarios, entrados en edad, quienes serían los primeros inmortales de la historia. 
El avance hacia la concreción de cerebros artificiales y la posibilidad de descargar en ellos la inteligencia humana  puede hacer que el desarrollo de una inteligencia artificial paralela no tenga sentido. Estamos hablando de convertirnos en un humano robotizado inmortal el cual no tendrá genes, ni necesidad agua, alimentos, ni oxígeno, será independiente del tiempo y un viajante atemporal por el universo.  

sábado, 27 de octubre de 2018

Superficies superhemofóbicas y superomnifóbicas para implantes en medicina.

Los implantes médicos, como los stents, los catéteres y los tubos, presentan un riesgo de coagulación e infección de la sangre. Las endoprótesis pueden formar coágulos, obstrucciones y provocar ataques cardíacos o embolias.  Los pacientes necesitan, por el resto de sus vidas, problemáticos medicamentos anticoagulantes. Investigadores, de la Universidad del Estado de Colorado, han creado una superficie superhemofóbica de titanio repelente de la sangre con potenciales aplicaciones en dispositivos médicos biocompatibles. Un material "fóbico" (repelente) es opuesto a lo que a menudo los científicos biomédicos utlizan: materiales "fílicos" (con afinidad) por la sangre para hacerlos biológicamente compatibles. En el artículo "Hemocompatibility of Superhemophobic Titania Surfaces” hacen lo contrario, usan un material no  compatible.  La innovación clave es una superficie  repelente capaz de engañar a la sangre haciendo como que no hay material extraño presente.
Sangre, plasma y agua. Crédito: Kota lab / Colorado State University
El secreto es el diseño de materiales en los cuales
 la sangre apenas contacta con la superficie para evitar la coagulación. Los científicos trabajaron con láminas de titanio, usualmente utilizadas en dispositivos médicos, alterando su superficie con nano-objetos de forma de construir barreras perfectas entre el titanio y la sangre. Analizaron diferentes variaciones en las superficies de titanio comparando el grado de adhesión y activación de las plaquetas. Un buen ejemplo para la protección contra la coagulación lo constituye el acabado superficial con nanotubos fluorados. El equipo pudo demostrar mediante experimentos niveles muy bajos de adhesión plaquetaria, un proceso biológico conducente a la coagulación de la sangre y al rechazo eventual de un material extraño. 
Recientemente otro equipo de investigadores, ahora de la Universidad McMaster (Canadá), avanzó desarrollando recubrimientos superficiales superomnifóbicos capaces de repeler todo, como bacterias, virus y células vivas, pero modificable localmente para permitir excepciones beneficiosas (“Lubricant-Infused Surfaces with Built-In Functional Biomolecules Exhibit Simultaneous Repellency and Tunable Cell Adhesion”). Estas nuevas superficies promueven la unión selectiva de las especies deseadas al tiempo que impiden la adhesión no específica posibilitando implantes como los injertos vasculares y válvulas cardíacas de reemplazo, logrando también la adhesión de articulaciones artificiales al cuerpo sin riesgo de infección o coagulación sanguínea. Las superficies superhemofóbicas y superomnifóbicas se constituyen en materiales de gran interés para la realización de implantes seguros en medicina.

Lecturas complementarias:

sábado, 20 de octubre de 2018

Internet nanofotónico anti-hackers.

Los ataques de piratas informáticos a todo, desde cuentas de redes sociales a archivos gubernamentales, podrían evitarse en gran medida utilizando nanofotónica con una comunicación cuántica centrada en fotones en lugar de un código descifrable. No importa cuán avanzado sea un hacker, es básicamente imposible por las leyes de la física interferir estos canales de comunicación sin ser detectado debido a que en el nivel cuántico la luz y la materia son muy sensibles a las perturbaciones. Lamentablemente la comunicación cuántica actual está limitada por la cantidad de información enviada a través de los fotones en forma segura ("tasa de bits secreta").
Credito: Universidad de Purdue
En la Universidad de Purdue crearon una nueva técnica para  aumentar la "velocidad de bits secreta" 100 veces, a más de 35 millones de fotones por segundo. El aumento de la tasa de bits permite utilizar fotones individuales para enviar no sólo una oración por segundo, sino una información relativamente grande como un archivo del tamaño de un megabyte con una seguridad extrema,. Esta alta tasa de bits permite un "internet cuántico" ultra seguro, una red de canales llamados "guías de onda" capaces de transmitir fotones individuales entre dispositivos, nanochips, lugares o partes capaces de procesar la información cuántica. El artículo relacionado: “Ultrabright Room-Temperature Sub-Nanosecond Emission from Single Nitrogen-Vacancy Centers Coupled to Nanopatch Antennas” se acaba de publicar en la revista Nano Letters. Usar la luz para enviar información es un juego de probabilidad: la transmisión de un bit de información puede requerir múltiples intentos. Cuantos más fotones pueda generar una fuente de luz por segundo, más rápida será la velocidad de transmisión exitosa de la información. Para una comunicación cuántica más rápida los investigadores modificaron la forma en que un pulso de luz de un rayo láser excita los electrones en un una perturbación puntual de la red cristalina y luego estudiaron como este defecto emite a su vez un fotón. El nanodispositivo incluye un nanodiamante de solo 10 nanómetros de tamaño. Dentro del nanodiamante un átomo de carbono fue reemplazado por uno de nitrógeno originando NV (Nitrogen-Vacancy Centers). La radiación es tomada por nanocavidades realizadas sobre plata monocristalina capaces de absorber la energía incidente mediante resonancia plasmónica, transfiriéndola a un sistema acoplado de los nanodiamentes en los cuales los centros de nitrógeno (NV) emiten un fotón único ultrabrillante. Una antena metálica acoplada a los NV facilita la interacción de los fotones con los electrones a través de partículas híbridas de materia ligera llamadas "plasmones". En el centro se absorbe y emite un plasmón a la vez y la nanoantena
convierte los plasmones en fotones haciendo su tasa de generación extremadamente rápida.  Los NV producen hasta 35 millones de fotones por segundo, varias veces más si comparamos con las tasas informadas anteriormente de los emisores cuánticos a temperatura ambiente. En lugar de radiarse en todas las direcciones, la antena “plasmónica” con guías de onda dirige a los fotones (ruta) a diferentes partes del nanochip 
Internet nanofotónico, 100 veces más rápido y anti-hackers. Un tsunami en la  informática.

Información complementaria:
Ultrabright Room-Temperature Sub-Nanosecond Emission from Single Nitrogen-Vacancy Centers Coupled to Nanopatch Antennas

sábado, 13 de octubre de 2018

Invertir en la revolución para crecer.

La primera revolución industrial se centró en el agua y el vapor. La segunda en la electricidad y la  producción masiva. La  tercera aprovechó la electrónica y la tecnología de la información para automatizar la producción. Ahora es el turno de sumarle a la infotecnología, la nanotecnología, la biotecnología y la inteligencia artificial para conformar el mundo de las NBIC (Nano-Bio-Info y Cogno tecnologías). Nos tenemos que preparar para la época del coche sin conductor, del robot para hacer las tareas del hogar, de los nanorrobots moviéndose en nuestro torrente sanguíneo para diagnosticar-sanar nuestras enfermedades y los avances revolucionarios en el campo de los nanomateriales, la impresión 3D y la computación cuántica.Toda una invitación a transformar la economía global. 
La velocidad de los avances tecnológicos actuales no tiene un precedente histórico; si la comparamos con las revoluciones industriales anteriores lineales, la cuarta revolución está evolucionando a un ritmo exponencial. Sin embargo el poder económico tanto privado como estatal, no apuesta mayormente para convertir ideas en productos, en las innovaciones de base tecnológica como centro del crecimiento y del bienestar. La explicación más obvia del comportamiento señalado radica en el hecho que los dirigentes están dominados por objetivos a corto plazo y la necesidad de mantener un cierto equilibrio económico mediante una política conservadora. La falta de inversión masiva en las nuevas tecnologías explica la causa por la cual la recuperación de las recesiones son tan débiles, los ingresos promedio se estancan y que el crecimiento sólo se consiga con un aumento de endeudamiento. La innovación se está desarrollando rápidamente pero las empresas preferentemente tienen su efectivo en los bancos, en inversiones conservadoras-especulativas, los empresarios no son realmente muy emprendedores y, como resultado, están desaprovechando las grandes oportunidades de las nuevas tecnologías. Ante el cuadro señalado el sector público debiera avanzar desde lo urgente hacia la producción de y con tecnología de vanguardia, tomando la iniciativa de modo de lograr un mejor futuro para la población. El reciente Premio Nobel Paul Romer  centra el crecimiento en la concreción  de las nuevas ideas en avances tecnológicos productivos. Su principal argumento es que los efectos cascada de las economías basadas en el conocimiento tecnológico llevarán a un desarrollo económico con más innovación e inversión en capital humano. Un Premio Nobel que transita entre la vieja macroeconomía y la nueva. Desde la economía de pensamiento único y la globalización a la economía de las nuevas tecnologías con ciertas posibilidades de salir de un laberinto económico sin destino para ingresar a la nueva revolución tecnológica capaz de dar respuestas en tiempo y forma a las crecientes necesidades socioeconómicas de un planeta con 7.500 millones de habitantes.   

sábado, 6 de octubre de 2018

Nanopartículas ecológicas para la fotosíntesis artificial.

Los puntos cuánticos son nanopartículas muy versátiles obtenidas por síntesis química. Tienen sólo unos pocos nanómetros de tamaño, muestran un comportamiento similar al de las moléculas o los átomos, y su forma, tamaño y número de electrones se puede regular en forma sistemática. Esto significa que sus características eléctricas y ópticas se pueden manipular en función de distintas aplicaciones, tales como nuevas tecnologías de visualización, aplicaciones biomédicas, fotovoltaicas y fotocatalíticas. 
Crédito: Shan Yu
Un punto cuántico prometedor y popular es el de CdSe (seleniuro de cadmio);  lamentablemente el Cd ha sido prohibido en muchos productos debido a su elevada toxicidad. Investigadores de la Universidad China Southwest Petroleum y de la Universidad de Zurich, en
 Nature Communications (2 de octubre 2018): “Efficient photocatalytic hydrogen evolution with ligand engineered all-inorganic InP and InP/ZnS colloidal quantum dots”,  presentan puntos cuánticos de tres nanómetros con un núcleo de fosfuro de indio y una capa circundante muy delgada de sulfuro de zinc con  ligandos de sulfuro. Los ligandos de sulfuro en la superficie del punto cuántico (ver figura) facilitan los pasos cruciales involucrados en las reacciones químicas impulsadas por la luz, a saber, la separación eficiente de los portadores de carga y su rápida transferencia a la superficie de la nanopartícula. En comparación con los puntos cuánticos con cadmio, los nuevos no solo son amigables con el medio ambiente, también son altamente eficientes cuando se trata de producir hidrógeno, una fuente de energía limpia,  a partir de la luz y el agua. Los puntos cuánticos a base de indio biocompatibles también podrían utilizarse a futuro para la conversión de biomasa a hidrógeno, para hacer  biosensores de baja toxicidad y materiales ópticos no lineales.

Lectura complementaria:
Efficient photocatalytic hydrogen evolution with ligand engineered all-inorganic InP and InP/ZnS colloidal quantum dots

sábado, 29 de septiembre de 2018

Comprender las nanopartículas de polímeros.

Los materiales fabricados con nanopartículas de polímeros, por sus aplicaciones desde la fotónica hasta la industria farmacéutica, son prometedores para los productos del futuro. Sin embargo, todavía existen lagunas en la comprensión de las propiedades de estas diminutas partículas de plástico. Las características de las nanopartículas de polímero difieren con relación a las partículas más grandes del mismo material. Su nanoestructura y tamaño pequeño proporcionan diferentes propiedades mecánicas. Resulta realmente importante comprender su relación con el comportamiento térmico. Investigadores de la Universidad de Delaware, del Instituto Max Planck,  de la Universidad de Princeton y de la Universidad de Trento, trabaron en forma conjunta para esclarecerlo. 
Crédito: Universidad de Delaware
Los hallazgos del equipo, incluyendo propiedades como la movilidad en la superficie, la temperatura de transición vítrea y el módulo elástico, se publicaron bajo el título “Direct observation of polymer surface mobility via nanoparticle vibrations” (revista Nature Communications). Los autores utilizaron la espectroscopía Brillouin (emplea la interacción entre la luz y las vibraciones moleculares en el material con el fin de determinar sus propiedades elásticas y ópticas) para analizar la vibración de las nanopartículas y comprender cómo cambian sus propiedades mecánicas a diferentes temperaturas. Las nanopartículas de polímero (ejemplo: poliestireno) cuando atraviesan la temperatura de transición vítrea cambian de una textura rígida a una “suave” o flexible. La temperatura de transición disminuye con el tamaño de las partículas.  Por ejemplo: un vaso de plástico desechable hecho con poliestireno puede contener agua hirviendo si no tiene nanopartículas en su estructura. El equipo de investigación descubrió que las pequeñas partículas de poliestireno comienzan a experimentar una transición térmica a 700C, conocida como temperatura de ablandamiento, bastante por debajo de una temperatura de transición vítrea del polistireno de 990C.  Cuando se calientan hasta este punto, las nanopartículas no vibran, permanecen completamente quietas. Al elevar la temperatura, entre su temperatura de reblandecimiento y la temperatura de transición vítrea, las nanopartículas interactúan entre sí cada vez más al aumentar su vibración.  El equipo pudo demostrar experimentalmente que la transición vítrea disminuye cuando disminuye el tamaño de las partículas debido a la diferencia en la movilidad superficial producto de una menor vibración ellas. El estudio de estas interacciones también permitió  avanzar sobre la comprensión de las variaciones en el módulo elástico y la rigidez. El novedoso equipamiento instrumental y las nuevas técnicas nos permite comprender mejor el comportamiento de la materia en la nanoescala para obtener materiales seguros, controlables  y con mejores propiedades.  

Lectura complementaria:

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