sábado, 10 de abril de 2021

Nanotecnología x 10

El crecimiento exponencial de la Nanotecnología en el siglo XXI constituye un hecho objetivo y concreto. Tal vez debiéramos reflexionar sobre las fuerzas impulsoras de tal fenómeno, tal vez debiéramos responder/nos a la pregunta ¿Por qué Nanotecnología? A continuación mis diez respuestas. 

1)   La necesidad de respuestas socioeconómicas debido al crecimiento exponencial de la población (2500 millones de habitantes en el año  1950 a 7800 millones en el año 2021) trajo asociado un cambio de paradigma, pasar de las ciencias centradas en el conocimiento y comprensión de la naturaleza, a las ciencias-tecnologías integradas capaces de transformar la naturaleza para restaurar pautas perdidas y hacer posible la vida en la tierra.

2)   La nanotecnología con su capacidad de innovar construyendo con átomos y moléculas se constituye en una de las ciencias-tecnologías integradas capaces de transformar la naturaleza desde lo más pequeño y común a todo.

3)   Es la única con capacidad de dar distintas respuestas a las nueve necesidades humanas primarias: salud, alimentación, energía, vivienda, transporte, vestimenta, comunicación y cuidado del ambiente y defensa.

4)   Es por eso que surgen nanomateriales, nanoherramientas, nanodispositivos y nanosistemas que potencian sus desarrollos. 

5)   Es así como aparecen distintas áreas de aplicación: nanomateriales, nanofotónica,  nanomedicina, nanorrobótica, nanoelectrónica, nanotecnología ambiental, nanotecnología alimentaria, nanoinformática y nanoeconomía.

6)   Se constituye en la base de las tecnologías convergentes y exponenciales que avanzan hacia la cognotecnología, NBIC (Nano-Bio-Info y Cognotecnologías) según la secuencia básica de complejidad creciente: átomo, gen, bit y neurona.

7)   Surge la nanoeconomía, el estudio de la economía a partir del eslabón más pequeño, de lo cotidianamente pequeño, una economía centrada en el individuo y en las necesidades del acontecer económico diario. Una economía construida a partir de las necesidades del quehacer diario de los 7.800 millones de habitantes, en vez del resultado del accionar de resoluciones de países o empresas. Algo heterogéneo y dificultoso, pero menos complejo que el estudio y manejo de las combinaciones posibles de los átomos y de las moléculas existentes.

8)   Junto con la bioeconomía, la nanoeconomía integra la economía de las nuevas tecnologías en un intento por generar una alternativa concreta a la economía globalizada que condujo, ante el espectacular crecimiento de la población, a un planeta sin rumbo en lo económico y lo ambiental.

9)   La contribución de la nanotecnología a la robótica y fundamentalmente a la cognotecnología, a través de los nanochips neurosinápticos y de memristores, entre otros, permiten avanzar hacia la construcción de cerebros cuasi similares con la misma capacidad de los humanos pero con menor gasto energético para alimentar revolucionarios robots construidos con novedosos  nanomateriales, nanodispositivos y nanosistemas

10)    Si las condiciones ambientales hacen imposible a futuro la vida en la tierra, tal vez a partir de la segunda mitad del siglo XXI, los avances liderados por la nanotecnología nos permitan pasar del hombre celular mortal al hombre robotizado inmortal a través de un software-mente introducido en el cerebro artificial. Un robot que no requiera agua, alimentos, oxígeno, células, ni genes. UHomo nanus,  que alimentado por baterías y/o paneles, se constituiría en un  viajero atemporal en el universo.

Lecturas complementarias: Nanotecnología: Física para transformar la naturaleza.  Plan NanoBio (NB).  Tiempo de Nanoeconomía. Hacer viable lo inviable. Hacer viable lo inviable II. La convergencia de las tecnologías exponenciales & la singularidad tecnológica.  El hombre nano (Homo nanus)

viernes, 2 de abril de 2021

Hormigón resistente con grafeno obtenido de neumáticos

El hormigón es el material más producido en el planeta,  simplemente hacerlo genera hasta el 9% de las emisiones totales de dióxido de carbono. Los residuos de los 800 millones de neumáticos desechados anualmente se suelen utilizar parcialmente como componentes del cemento Portland, pero se ha demostrado que el grafeno fortalece más a nivel molecular materiales como el hormigón. Por lo expuesto científicos de la Universidad de Rice han optimizado un proceso para convertir los desechos de las llantas de caucho en grafeno utilizable para fortalecer el concreto. La mayoría de los procesos de producción convencionales consumen mucho tiempo, disolventes y son energéticamente exigentes. En el artículo Flash Graphene from Rubber Waste publicado en la revista Carbon (Materials Today) los investigadores para eludir estas limitaciones han demostrado que el calentamiento instantáneo de Joule (FJH) es un método eficaz para la síntesis de  grafeno.

Crédito: Tour Research Group / Rice University

Mediante un control cuidadoso de los parámetros del sistema, como el voltaje y el tiempo del pulso, producen grafeno flash turboestrático (tFG) a partir de los desechos de caucho debido a que cuando los exponen a una descarga eléctrica se elimina todo menos sus  átomos de carbono. Luego los átomos se vuelven a ensamblar en el valioso nanomaterial turbo- estrático con capas desa- lineadas que son más solubles con relación al producido por la exfoliación del grafito, lo  facilita su utilización en materiales compuestos. Las pruebas realizadas demostraron que el agregado del 0,1% en peso de grafeno fue suficiente para conferir al cemento Portland una ganancia mínima en la resistencia a la compresión del 30%. Desde la perspectiva de los materiales, FJH ofrece un método sencillo y económico para producir tFG de alta calidad a partir de materiales de desecho de neuméticos, que de otro modo se eliminarían en vertederos o se quemarían como combustible. FJH permite reciclar residuos de caucho de bajo valor en nanomateriales de carbono de alto valor como el grafeno para su uso como aditivos de refuerzo en general y del hormigón en particular.

Información complementaria: Flash Graphene from Rubber Waste

sábado, 27 de marzo de 2021

Nanopartículas mejoran la detección temprana del cáncer

La detección temprana puede significar la diferencia entre la vida y la muerte en un diagnóstico de cáncer.  ELISA (Enzyme-Linked ImmunoSorbent Assay) es una prueba para detectar en muestras sustancias bioquímicas (biomarcadores) que pueden indicar distintos diagnósticos como la presencia de  cánder u otras enfermedades. Cuando se detecta el producto bioquímico buscado, el ensayo genera un color proporcional a su concentración. En el artículo Nickel–Platinum Nanoparticles as Peroxidase Mimics with a Record High Catalytic Efficiency publicado en el Journal of the American Chemical Society, se utilizan nanopartículas de níquel-platino para aumentar la sensibilidad del ensayo. 

Crédito: Zheng Xi, Kecheng Wei, Qingxiao Wang y col. Journal of the American Chemical Society. 

Los investigadores encontraron que al utilizar las nanopartículas en lugar de la enzima convencional del ELISA, la peroxidasa, el ensayo fue 300 veces más sensible en la detección del antígeno carcinoembrionario, un biomarcador asociado a la presencia de cánceres colorrectales. Las nanopartículas de níquel-platino (NPNi-Pt), que imitan la peroxidasa, consisten en núcleos de  níquel con capas ricas en platino con una eficiencia catalítica récord y  una constante que es 46 y 104 veces mayor con relación a la Kcat de las nanopartículas de Pt convencionales y de las peroxidasas naturales respectivamente. La  superficie única de las NPNi-Pt debilita la adsorción de intermediarios clave durante la catálisis, aumentando su eficiencia. Cuando las NPNi-Pt se aplicaron en el inmunoensayo del antígeno carcinoembrionario se alcanzó un límite de detección ultrabajo de 1,1 picogramo/ml, cientos de veces más bajo con relación al ensayo convencional basado en enzimas. Aunque en el estudio se realizó para detectar un biomarcador vinculado al cáncer colorrectal, la técnica puede aplicarse en la detección de biomarcadores presentes en  otros tipos de cánceres y enfermedades en general. Reemplazar la acción catalítica de la enzima peroxidasa por nanopartículas de níquel-platino constituye otro avance de la nanobiomimética.

Información complementaria: Nickel–Platinum Nanoparticles as Peroxidase Mimics with a Record High Catalytic Efficiency

sábado, 20 de marzo de 2021

Nanodetección de pesticidas en frutas y verduras

En el artículo Silver melamine thin film as a flexible platform for SERS analysis publicado en la revista Nanoscale, investigadores de Rusia (Universidad ITMO - Instituto Ioffe), España (Universidad de Rovira i Virgili) y Singapur (Universidad Nacional de Singapur)  han desarrollado películas sensoras flexibles basadas en nanopartículas de plata que pueden usarse para identificar la presencia de residuos de pesticidas en la superficie de productos agrícolas en minutos. 

Crédito:  Dmitry  Lisovsky. Universidad  ITMO.

Para crear estos sensores combinaron melamina y una pequeña cantidad de nitrato de plata en una placa de Petri con una capa de gel de agar. La reacción del nitrato de plata con los otros componentes da como resultado la formación de un precipitado de cristales blancos. Cuando la placa se expone a la luz, los cristales se descomponen y la reacción química se completa formando nanopartículas de plata. El material resultante se seca con cuidado obteniéndose  películas ligeras y flexibles. Todo el proceso dura aproximadamente un día. El principio de utilización de la película es sencillo. Se aplica la película sobre una fruta o verdura, luego se la saca y humedece con alcohol para recolectar moléculas del pesticida presentes en su superficie. Finalmente se lee en un espectrofotómetro en el cual  los cambios en la curva espectral indican si hay pesticida o no en la superficie del alimento. Comparando el umbral de detección del nanosensor presentado, con el de los métodos clásicos cromatográficos u otros, se concluye que tiene buena resolución, es simple, rápido y económico. 

Información complementaria:                                                                                                      Silver melamine thin film as a flexible platform for SERS analysis

viernes, 12 de marzo de 2021

Un nanomaterial que siempre se expande

Un equipo de investigación internacional (Alemania, China y Singapur) dirigido por el Dr. Thomas Heine ha publicado en la revista Nano Letter el artículo Half-Auxeticity and Anisotropic Transport in Pd Decorated Two-Dimensional Boron Sheets en el cual se detalla el descubrimiento de un nuevo nanomaterial bidimensional con propiedades sin precedentes: independientemente de si se estira o comprime siempre se expande. Este comportamiento denominado semi-auxético no se había observado antes y, por tanto, es muy prometedor para el diseño de nuevas aplicaciones, especialmente en nanosensores. 
Crédito: Fengxian Ma, Yalong Jiao, Weikang Wu y col. Nano Lett. 2021
El equipo de investigación utiliza nanoláminas de borofeno a las que se le confiere estabilidad mediante el agregado de paladio (PdB4). El novedoso material se comporta como un material semi-auxético. Los materiales llamados auxéticos (del griego antiguo auxetos,  significa “estirables”) tienen un coeficiente de Poisson negativo, cuando se estiran, su volumen aumenta perpendicular a la fuerza aplicada pero se encogen cuando se comprimen. El material semi-auxético se expande siempre.  Debido a sus propiedades especiales  estos materiales permiten funcionalidades completamente nuevas y soluciones de diseño para una variedad de productos innovadores con propiedades funcionales ajustables, incluidas aplicaciones en tecnología médica y en el desarrollo de equipos de protección como cascos de bicicleta o chaquetas de seguridad.

Información complementaria:

sábado, 6 de marzo de 2021

Las nuevas carreras universitarias necesarias para la vida

En el año 1950 la población del planeta era de 2.500 millones de habitantes, en el 2021 está cercana a los 7.800 millones, un aumento en 5.300 millones en 71 años, más del doble. El crecimiento exponencial experimentado produjo un fuerte incremento en la demanda de energía, alimentos, servicios de salud y aumento de la contaminación en general producto de la mayor cantidad de habitantes y de la actividad humana. También originó el declive constante de la diversidad biológica ante la apropiación de más espacios físicos por el hombre, la concentración de los recursos en pocos habitantes, con 1.000 millones que no pueden satisfacer sus necesidades básicas y 6.000 millones fuera de la vida confortable, lo que origina un ascenso de lo irracional. En el contexto señalado, tanto la economía como el ambiente en el planeta se encuentran sin rumbo, a la deriva con un riesgo creciente de subsistencia debido al aumento de la población, la contaminación, el cambio climático, la desertización, el aumento de pandemias e incendios forestales en intensidad y frecuencia, etc. Si existe todavía alguna probabilidad de solución seguramente requerirá de un saber hacer basado en nuevos conocimientos integrados para actuar en un mundo complejo. Es una misión de la universidad generar y estructurar los nuevos conocimientos para dar respuestas a las crecientes problemáticas socioeconómicas. Conocimientos que en el tiempo constituyen la base de los nuevos trabajos del futuro. Dos carreras universitarias de grado podrían contribuir a encauzar la vida en la tierra.
Una de las carreras propuestas está vinculada con hacer viable lo inviable, es decir generar recursos en todos los rincones del planeta para evitar las migraciones por hambruna, la acumulación de recursos en unos pocos y generar en forma sustentable trabajo para todos. En el artículo Hacer viable lo inviable decía “En el planeta existen zonas aparentemente poco beneficiadas, no poseen minerales, combustibles fósiles, ni su suelo presenta las características adecuadas para ser cultivado. La falta de energía no posibilita la radicación de industrias y la generación de puestos de trabajo. Suelen ser consideradas como zonas inviables por los economistas y abandonadas a su suerte. La gente joven emigra en busca de un porvenir mejor y los pueblos existentes languidecen…” “La producción abundante de energía se basa en la instalación de paneles solares, en la generación de biogás a partir de residuos, centrales termoeléctricas alimentadas por biomasa obtenida a partir de cultivos, microorganismos y microalgas modificados genéticamente, de los cuales también se puede obtener bioetanol, biopetróleo y biodiesel. El dióxido de carbono proveniente de las centrales termoeléctricas y de la generación de biogás se lo puede utilizar para obtener grafeno y/o para alimentar cultivos de microalgas capaces de producir desde medicamentos hasta ácidos grasos omega 3...”  
Por lo expuesto, la primera carrera de grado propuesta es una Licenciatura (o similar) en Nano y Bioeconomía, a distancia y bilingüe (inglés-español) para una capacitación y aplicación directa “in situ” con el apoyo tecnológico necesario. El citado enfoque produciría una trasformación simultánea, horizontalizando la generación de recursos, evitando su concentración y con una producción sustentable amigable con el ambiente.
La segunda carrera, con proyección sobre la segunda mitad del siglo está íntimamente ligada al “ser humano”, es necesaria para acompañar nuestra revolucionaria transfor- mación a través de la cognociencia y cognotecno- logía. Trasformación que puede abarcar desde la inteligencia artificial hasta el humano robotizado inmortal. En el  libro  La Convergencia de las Tecnologías Exponenciales y la Singularidad Tecnológica publi- cado en octubre del año 2017, decíamos “En la línea del tiempo puede ocurrir que la vida biológica en la tierra no sea posible. Existen posibilidades ciertas de avanzar hacia condiciones ambientales extremas en las cuales ya no podríamos elegir entre hombres o robots. Un robot puede vivir a temperaturas más altas, sin agua, sin oxígeno, sin alimentos...” “lo atesorado del inmenso legado del conocimiento universal tal vez pueda pasarse de un humano a un robot como hoy se pasa el software de una computadora a otra”. Si admitimos la posibilidad que la mente es al cuerpo como el software lo es al hardware, la posibilidad de poder trasferir la mente-sofware a un robot puede llegar a constituirse en una realidad y en la gran revolución del siglo XXI”. La segunda carrera propuesta es una Licenciatura (o similar) en NBIC (Nano, Bio, Info y Cognotecnología), conocimiento integrado para buscar soluciones a un porvenir complejo.
La licenciatura en Nano y Bioeconomía pensada en contribuir a solucionar las problemáticas en lo inmediato y la Licenciatura en NBIC para acompañar a los jóvenes en su futuro mediato tal vez sean las nuevas carreras universitarias necesarias para la vida en el siglo XXI.

Lecturas complementatias: Hacer viable lo inviable II

sábado, 27 de febrero de 2021

Hologramas comestibles nanoestructurados

Los hologramas son dispositivos ópticos complejos difíciles de fabricar. Se utilizan ampliamente en aplicaciones de seguridad, licencias de conducir,  tarjetas de crédito, billetes de banco y empaques de productos para reducir las posibilidades de falsificación. En el artículo Direct Printing of Nanostructured Holograms on Consumable Substrates publicado en la revista ACS Nano,  investigadores del Nanotechnology Laboratory, School of Engineering, University of Birmingham (Reino Unido) y del Department of Mechanical Engineering, Khalifa University of Science and Technology (Emiratos Arábes),  han desarrollado un método basado en láser destinado a imprimir hologramas nanoestructurados sobre películas secas de jarabe de maíz obteniendo hologramas comestibles capaces de garantizar la seguridad alimentaria. 
Crédito: Bader AlQattan y col. ACS Nano 2021
Para desarrollar el método DLIP, que permite modelar directamente nanoestructuras unidimensionales sobre sus- tratos comestibles (películas secas de jarabe de maíz), los investigadores hicieron una solución de jarabe de maíz, vainilla y agua, luego la secaron logrando una película delgada. Cubrieron la película con una fina capa de tinte negro no tóxico.
Posteriormente, utilizaron una técnica llamada patrón de interferencia de láser directo para grabar la mayor parte del tinte, dejando líneas elevadas a nanoescala que formaban una rejilla de difracción. Cuando es "golpeada" por la luz, la nanoestructura la difracta en un patrón de ‘arco iris” con distintos colores que aparecen en diferentes ángulos de visión. El equipo pudo controlar la intensidad y la gama de colores variando el espacio entre las líneas en la rejilla o el contenido de azúcar en la película de jarabe de maíz. Estos hologramas comestibles podrían encontrar aplicaciones en las áreas de seguridad alimentaria, por ejemplo, como sensores de bacterias dañinas, para controlar la calidad de los alimentos y su vida útil. Dado que los hologramas se pueden utilizar para imprimir, por ejemplo, información nutricional directamente en alimentos, también podría reducir la necesidad de costosos materiales de embalaje.

sábado, 20 de febrero de 2021

Las nuevas carreras universitarias que la vida necesita

Las universidades suelen implementar carreras con salida laboral para tratar de brindar a los estudiantes certeza sobre su futuro. En principio parece razonable, no obstante son los institutos terciarios con tecnicaturas superiores quienes tienen en el sistema educativo la finalidad de la capacitación directa para la empleabilidad. De hecho muchas universidades dan títulos intermedios en franca competencia con el citado nivel educativo. La misión real de la universidad es otra, es la de generar los nuevos conocimientos que originarán en el tiempo los trabajos del futuro.
Esta historia comienza con en nacimiento de la biotecnología moderna en el año 1973. Toda una revolución tecnológica con fuerte impacto en lo económico y social. Era necesaria una formación universitaria acorde con los cambios que se vislumbraban. En el país (Argentina) había varias Licenciaturas en Biotecnología buscando su perfil ya que competían en lo científico con los químicos biológicos, biólogos y bioquímicos. Resultaba casi obvio que el perfil del biotecnólogo debía tener como diferencial una capacitación en ciencia, tecnología y gestión empresarial para formar innovadores en la temática. Atento a la problemática presenté en 1998 el proyecto para hacer la primera Licenciatura con tales características en la Universidad Argentina de la empresa (UADE, Ciudad de Buenos Aires. Argentina). La idea comenzó a gestarse en mucho antes, en 1993, luego de implementar en el Instituto Terciario de ORT la Tecnicatura Superior en Biotecnología. El proyecto recién pudo concretarse cuando el Dr. Germán Guido Lavalle asumiera primero como Decano de la Facultad de Ingeniería y luego como Rector de la UADE. Gracias al acompañamiento de su gestión la carrera comenzó en marzo del año 2005. Luego surge, a través del análisis del crecimiento exponencial de las tecnologías convergentes NBIC (Nano, Bio, Info y Cognotecnología), la búsqueda desesperada del desarrollo curricular de la primera Licenciatura en Nanotecnología en el país, la única disciplina capaz de dar respuestas a las nueve necesidades humanas primarias: salud, alimentos, energía, ambiente, vestimenta, trasporte, vivienda, comunicación y defensa. Incluso en las cuatro primeras coincidentes con las respuestas de la biotecnología, la nanotecnología las complementa y muchas veces en forma superadora.
El primer proyecto para hacer una Licenciatura en Nanotecnología surgió a fines del año 2005, pero hubo que esperar hasta el año 2014. El Dr. Leonardo F. Gargiulo, quién supo tener un micro vinculado con emprendedores en nuestro programa radial Café Biotecnológico (Radio Cultura), me contactó de la Universidad CAECE, en la cual comenzó a desempeñarse como Vicerrector cuando se hizo cargo de la unidad académica la Cámara de Comercio y Servicios. Estaban buscando nuevas carreras para contribuir al progreso del país. De la reunión realizada con él y el Rector Ing. Francisco F. Von Wuthenau surgió el acuerdo para crear y dirigir la primera Licenciatura en Nanotecnología en la Argentina. Luego de un arduo trabajo desde el 2014, se inicia la carrera en el año 2017 y en el 2020 egresa la primera promoción. La nanotecnología y la biotecnología se complementan (ver en lecturas complementarias: El ying yang tecnológico del siglo XXI y el Plan NanoBio) y constituyen las dos primeras ciencias-tecnologías integradas de las NBIC con capacidad para transformar la naturaleza. 
Terminada la pequeña historia, hoy estamos ante el desafío de encarar dos nuevas carreras universitarias vinculas con la vida. En el planeta tanto el ambiente como la economía están a la deriva y hay un riego creciente de subsistencia debido al aumento de la población, la contaminación, el cambio climático, la deser-tización, el aumento de pandemias e incendios fores- tales en intensidad y frecuencia, etc. Una de las carreras propuestas está vinculada con hacer viable lo inviable, evitar la acumulación de recursos en unos pocos y generar en forma sustentable trabajo para todos. La otra íntimamente ligada al “ser humano”, es necesaria para acompañar nuestra revolucionaria transformación en la segunda mitad del siglo XXI. La pregunta final es: ¿Cuáles son las dos nuevas carreras universitarias que la vida necesita en el contexto señalado? 
Los asiduos lectores de Biotecnología & Nanotecnología al Instante seguramente estarán orientados para encontrar la respuesta; los otros, también comprometidos con la vida, podrán solicitarla a albertoluisdandrea@gmail.com.

Lecturas complementarias:

sábado, 13 de febrero de 2021

Geles con nanopartículas generan canales microscópicos

El aceite y el agua no se mezclan, pero al agregar las nanopartículas adecuadas, se puede convertir los dos fluidos inmiscibles en un gel exótico con utilidad en baterías, filtros de agua, catalizadores, andamios celulares y hasta ventanas inteligentes con capacidad de cambiar su color. En el artículo Tunable thermo-reversible bicontinuous nanoparticle gel driven by the binary solvent segregation publicado en la revista Nature Communications, científicos del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) y de la Universidad de Delaware, luego de investigar durante más de una década encontraron una forma particular de crear geles. Su utilidad potencial radica en el complejo conjunto de canales microscópicos interconectados formados dentro de ellos, creando una estructura similar a una esponja. 
    Crédito: Yuyin Xi y col. Nature Communication, 12, 910 (2021)
Estos canales no solo ofrecen lugar para el paso de otros materiales, siendo útiles para la filtración, también le dan al gel una gran área de superficie interna, característica valiosa para acelerar las reacciones químicas o en su  utilización como andamiaje en el crecimiento de tejidos vivos.
En lugar de diseñar nanopartículas para que permanezcan en la interfaz entre los dos disolventes, las partículas elegidas se concentran en uno de ellos. Si bien las nanopartículas tienden a repelerse entre sí, su afinidad hacia uno de los solventes es más fuerte y las mantiene juntas en el canal. Se han utilizado como sistema modelo nanopartículas esféricas de sílice de alta carga eléctrica superficial con un diámetro de 27 nm dispersas en una mezcla de agua y 2,6-lutidina. El gel tiene una gran resistencia mecánica, es fácil de fabricar y además es termo-reversible. Esta reversibilidad está vinculada a una propiedad óptica que posee el gel terminado: puede variar de transparente a opaco y viceversa, simplemente cambiando su temperatura. La propiedad es aprovechable en ventanas inteligentes con una capa delgada de gel entre dos vidrios aunque también podría ser útil en sensores. El artículo constituye un enfoque genérico capaz de funcionar con muchas nanopartículas y disolventes diferentes aumentando significativamente sus posibles aplicaciones.

Lectura complementaria:

sábado, 6 de febrero de 2021

Ambiente & Biotechpeace Network

En el artículo Principio de Le Châtelier, contaminación y naturaleza, publicado en Biotecnología & Nanotecnología al Instante (04/07/20) y en el Scilog Homo nanus de Investigación y ciencia (03/08/20) decía “Los países basan buena parte de su economía en la producción industrial y la explotación de recursos naturales. Todo es un ciclo de producción y consumo sin considerar los daños producidos al ambiente. Por lo tanto constantemente se altera y perturba el equilibrio del suelo, del agua y del aire. La economía imperante vive a espaldas de los límites naturales impuestos por los recursos del planeta.
Esta pérdida de contacto con la base material del proceso económico impide explicar el origen de algunos de nuestros problemas más graves y plantear alternativas viables”. Lógico es observar entonces como la problemática ambiental se agudiza. No son las encendidas protestas la solución, es necesario el uso racional intensivo de las nuevas tecnologías para cubrir las necesidades de una población planetaria creciente en forma sustentable. Es con esa premisa que en febrero del año 2013 se crea Biotechpeace Network cuya de difusión e inscripción se realiza a través del Grupo de Linkedin con la citada denominación (https://www.linkedin.com/groups/4846010/). En sus fundamentos dice: “Biotechpeace Network constituye un espacio para trabajar por el desarrollo sustentable del planeta. La biotecnología y la nanotecnología nos permiten salir de la protesta y pasar a la acción. La biotecnología con sus 65 millones de genes conocidos y la ingeniería genética brinda soluciones en áreas vitales como la salud, la alimentación, la energía y el cuidado del medio ambiente. La nanotecnología nos permite innovar haciendo construcciones con átomos y moléculas de modo de dar respuestas en el campo de las nueve necesidades humanas: salud, alimentación, energía, ambiente, vivienda, vestimenta, comunicación, trasporte y defensa. La paz futura no se logrará con una economía de mercado sin respetar las leyes de la naturaleza, se logrará con la economía de las nuevas tecnologías, basada en la bioeconomía y en la nanoeconomía, capaz de generar en tiempo y forma los recursos naturales renovables y trabajo para todos. Biotechpeace Nerwork deberá ayudar a hacer lo que hay que hacer para mantener la vida en el planeta”. Tal vez sea el momento adecuado para que puedas reflexionar sobre la temática e incorporarte a la red.

Lectura complementaria:

sábado, 30 de enero de 2021

El músculo nanotecnológico

El 28 de enero publicó la revista Science el sorprendente artículo Unipolar stroke, electroosmotic pump carbon nanotube yarn muscles en el cual investigadores de la Universidad de Texas con colaboradores en Estados Unidos, Australia, Corea del Sur y China han fabricado músculos artificiales a partir de hilos de nanotubos de carbono con polímeros. Los músculos del hilo nanotubos de carbono (CNT) accionados electroquímicamente se activan al aplicar un voltaje entre el músculo y un contraelectrodo, al impulsar los iones de un electrolito circundante al músculo. No obstante existen limitaciones para los músculos CNT electroquímicos. En primer lugar el músculo se comporta en forma bipolar, lo que significa que el movimiento del músculo, ya sea expansión o contracción, cambia de dirección con el tiempo. Otro problema está relacionado con la estabilidad del electrolito solo en un rango particular de voltajes, fuera de este rango, el electrolito se descompone. Además, la capacitancia del músculo, su capacidad para almacenar la carga necesaria para la actuación, disminuye al aumentar la frecuencia lo que hace que el movimiento del músculo disminuya drásticamente.
Crédito: Universidad de Dallas  
Para resolver estos pro- blemas, los investigadores descubrieron que las super- ficies interiores de los hilos de nanotubos de carbono enrollados podrían recubrirse con un polímero conductor iónico adecuado conteniendo grupos químicos cargados positiva o negativamente. 
Este recubrimiento de polí- mero convierte la actuación bipolar normal de los hilos de nanotubos de carbono en una actuación unipolar donde el músculo actúa en una dirección en todo el rango de estabilidad del electrolito. Este comportamiento tan buscado tiene consecuencias sorprendentes, hace a los músculos electroquímicos de nanotubos de carbono mucho más rápidos y poderosos. Los músculos unipolares electroquímicos se contraen para generar una potencia mecánica de salida media máxima por peso muscular de 2,9 watt/gramo, que es aproximadamente 10 veces la capacidad típica del músculo humano. El recubrimiento polimérico utilizado para producir estos resultados fue el poli (4-estirenosulfonato de sodio) aprobado para uso farmacéutico y lo suficientemente económico. Los músculos de nanotubos de carbono impulsados ​​electroquímicamente proporcionan un enfoque alternativo para satisfacer la creciente necesidad de músculos artificiales rápidos, potentes y de gran recorrido para aplicaciones que van desde la robótica hasta las bombas cardíacas, también con posibilidades concretas de ser utilizados en la industria textil.

Información Complementaria:

sábado, 23 de enero de 2021

Nanocables superconductores con ADN

El ADN puede autoensamblarse en estructuras arbitrarias pero el desafío de usar estas estructuras para circuitos nanoelectrónicos es que las hebras de ADN deben convertirse en cables altamente conductores. Investigadores de la Universidad Bar-Ilan, la Universidad Ludwig-Maximilians-Universität München, la Universidad de Columbia y el Laboratorio Nacional Brookhaven (Nueva York), en el artículo DNA origami based superconducting nanowires publicado en la revista AIP Advances, describen la utilización de los origami de ADN como una plataforma base la cual se recubre con un material superconductor (NbN-nitruro de niobio). Las estructuras realizadas con precisión nanométrica son direccionables , ideales para construir arquitecturas 3-D imposibles de realizar mediante los métodos de fabricación convencionales. El proceso para la preparación de nanoestructuras de origami de ADN implica dos componentes principales: un ADN circular de una sola hebra como andamio y una mezcla de hebras cortas complementarias que actúan como grapas determinantes de la forma de la estructura. 

Crédito: Lior Ahani y col. AIP Advances 11, 015130 (2021)

En el artículo, los nanocables de origami de ADN de aproximadamente 220 nm de largo y 15 nm de ancho se moldearon en un chip de SiN/SiO2 con un canal de 50 nm de ancho. El canal se preparó mediante litografía con haz de electrones seguido del grabado con iones reactivos CHF3-H2 (Plasma-Therm, RIE) para eliminar una capa de 25 nm de SiN. El chip, con los nanocables de ADN, se secó durante 12 h al vacío y luego se recubrió con una capa de 10 nm de NbN utilizando un sistema de pulverización catódica proveniente de un magnetrón. Los superconductores hacen funcionar un flujo de corriente eléctrica sin disipaciones pero los cables con dimensiones nanométricas dan lugar a fluctuaciones cuánticas capaces de destruir el estado superconductor originando la aparición de resistencia a bajas temperaturas. El método propuesto suprimió estas fluctuaciones y redujo aproximadamente el 90% de la resistencia lo que permite su utilización en aplicaciones como interconexiones para nanoelectrónica y dispositivos novedosos basados ​​en la utilización de la flexibilidad del origami de ADN en la fabricación de arquitecturas superconductoras 3-D.

Lectura complementaria: DNA origami based superconducting nanowires.

sábado, 16 de enero de 2021

Modificación prenatal, that is the question

Los avances en la tecnología de secuenciación de ADN y en el diagnóstico prenatal permiten conocer muchas enfermedades genéticas antes del nacimiento. Algunas de estas enfermedades congénitas se tratan actualmente mediante terapias de reemplazo de proteínas o enzimas después del nacimiento. Aunque la terapia posnatal es prometedora para muchas enfermedades, la patología comienza antes del nacimiento y es irreversible, lo que resulta en muerte prenatal, perinatal o morbilidad a largo plazo. La terapia prenatal permite el tratamiento antes del inicio o en las primeras etapas de una patología irreversible para reducir significativamente la morbilidad y la mortalidad de la enfermedad.

Crédito: Rachel S. Riley y col. Science Advances Vol 7, número 3, 13/01/21 
Actualmente, los métodos comunes de administración de ácidos nucleicos incluyen vectores virales y enfoques no virales. Aunque los vectores virales pueden ser adecuados para la terapia génica, conllevan el riesgo potencial de una integración no deseada del transgén o partes del vector viral en el genoma del receptor. Sin embargo, el desarrollo de plataformas no virales es incipiente. Entre los vehículos potenciales para introducir el reemplazo terapéutico de proteínas, el ARNm es distinto de otros ácidos nucleicos, como el ADN, porque no necesita ingresar al núcleo y puede usar la propia maquinaria del cuerpo para producir las proteínas deseadas. En el artículo Ionizable lipid nanoparticles for in utero mRNA delivery publicado en la revista Science Advances, investigadores del Hospital de Niños de Filadelfia y la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Pensilvania han desarrollado nanopartículas de lípidos ionizables (LNP) para la entrega de ARNm en el útero a fetos de ratón como parte de la terapia fetal. Cabe citar que 
nanopartículas de lípidos ionizables son utilizadas en las vacunas COVID-19 de BioNtech-Pfizer y Moderna para  transportar el ARNm de manera segura y eficiente in vivo sin degradarse en la circulación y poder alcanzar el citosol a través de la membrana plasmática celular.  En el trabajo publicado han diseñado y analizado una serie de formulaciones de nanopartículas lipídicas sentado las bases de potenciales terapias para tratar enfermedades genéticas antes del nacimiento. Estas LNP pueden proporcionar una plataforma de entrega de ARNm en el útero para el reemplazo de proteínas y la edición de genes. Un primer paso importante en la identificación de enfoques no mediados por virus en la administración terapias de vanguardia antes del nacimiento de manera segura y eficaz lo que permite vislumbrar nuevas vías en la terapéutica para tratar enfermedades prenatales con nanopartículas y ARNm.

Lectura complementaria:

sábado, 9 de enero de 2021

Las caras del saber

El saber se presenta como una actitud peculiar del hombre frente a las cosas. Dice el Ingeniero José Babini en su libro ¿Qué es la ciencia? “La primera observación que sugiere es su ambigüedad gramatical: la palabra saber es verbo y sustantivo, esa palabra alude, a la vez, a una acción y a un acto, a un proceso y a un producto; en una palabra, a algo que se hace y a algo hecho”. Resulta claro que la ambigüedad es aparente, refleja una doble faz del saber. En una el individuo que sabe (sujeto) y por otro lado, a la cosa sabida (objeto). Un complemento entre el dinamismo e impacto de todo proceso individual y, por el otro lado, la cosa sabida del objeto que se muestra como algo fijo y estable. Ambos aspectos constituyen el anverso y reverso de la misma moneda.


El saber debe considerarse también algo más que el sujeto que sabe y el objeto sabido: una relación indisoluble vinculante que permite al que sabe apropiarse de lo sabido. La fusión del sujeto con el objeto expresa cabalmente el fenómeno del saber. Si por razones didácticas solo abarcamos alguno de los aspectos involucrados caemos en la deformación del fenómeno total. Es muy común en la educación considerar al saber como objeto fijo, estable o “verdad revelada”, es decir, algo enciclopédico y acumulativo resumido en la frase “cómo sabe”. A este enfoque reconocido generalmente como ‘saber” le falta la otra cara de la moneda vinculada al individuo, el “saber hacer” que involucra la apropiación del conocimiento por el individuo para dinamizarlo y aplicarlo en respuestas a las necesidades de cada época. La concepción del conocimiento como una manera de ser de las cosas, implica la inexistencia de conocimiento verdadero y un fracaso educativo evidenciado a largo plazo. La problemática compleja de la hora actual implica la necesidad de formar innovadores con capacidades centradas en el saber hacer a partir del saber como objeto. La mayoría de las universidades de los países poco desarrollados o en vía de desarrollo se centran en los conocimientos específicos de una disciplina sin incorporar otras capacidades necesarias muchas veces vinculadas con la gestión en general. Una moneda tiene dos caras unidas por el canto, resulta poco comprensible pensar que pueda tener solo una e ilógico que las dos sean iguales.

Bibliografía.
Qué es la ciencia. José Babini. Editorial Columba .Argentina. 

sábado, 26 de diciembre de 2020

Sobre el 2021, números, letras y “pandemias crónicas”

Estamos próximos a un nuevo año. A veces resulta curioso e interesante sumar los números de algún acontecimiento. El año 2020 nos dice que 2+0+2+0= 4 y el año 2021 sería 2+0+2+1= 5. También podemos jugar con las letras asociadas, la cuarta letra del abecedario es la d y la quinta es la e. En tren de conjeturas podríamos decir que pasamos del 4 al 5 y de la d de desesperanza a la e de esperanza. La desesperanza en el año 2020 resulta obvia por una pandemia de COVID-19 rebelde, en medio de problemas económicos y ambientales crecientes. ¿En qué fundamos la esperanza de un 2021 mejor? En primer lugar en las vacunas, una respuesta específica al problema fundamentalmente en los países con mayor desarrollo científico-tecnológico. Resulta más conflictivo avanzar sobre las dificultades económicas y ambientales existentes antes de la pandemia, las cuales podríamos denominar como “pandemias crónicas”. 
El cambio de gobierno de los Estados Unidos tal vez acompañe y refuerce las estrategias para reducir la contaminación ambiental, aunque el atraso en el área es notorio y las iniciativas vigentes fijan fechas de concreción distantes en un intento de hacer algo pero lo más lejos posible priorizando una economía basada en la falta de respeto por la leyes de la naturaleza. Resulta lógico entonces que la economía del planeta también esté a la deriva y sin rumbo. Esperanza en el año 2021 sería encontrar algo similar a una “vacuna” para las “pandemias crónicas”, algo con suficiente sustento y fuerza para conducir a un desarrollo sostenible y viable en todos lados, algo tendiente a evitar las desesperadas emigraciones en busca de satisfacer necesidades básicas. Lograrlo requiere reparar mucho de lo realizado hasta el momento, requiere hasta “transformar la naturaleza para restituir las pautas perdidas y hacer posible la vida en la tierra” (Jeremy Rifkin). La biotecnología con su capital de más de 65 millones de genes conocidos y la transgénesis, y la nanotecnología, con su capacidad de innovar construyendo con átomos y moléculas, pueden transformar la naturaleza permitiendo avanzar hacia respuestas-soluciones inéditas en forma exponencial. Ambas conducen a dos tipos de economía, la bioeconomía y la nanoeconomía; a su vez éstas a la economía de las nuevas tecnologías. En el Plan NanoBio se expone y resalta lo expuesto. Pasamos del 4 al 5, pero para trastocar la desesperanza en esperanza necesitamos acortar los tiempos y utilizar con inteligencia el saber hacer de las nuevas tecnologías. Tal vez el 2021 sea un punto de inflexión hacia la implementación sostenida de las citadas “vacunas” contra las “pandemias crónicas”.

Lectura complementaria:

sábado, 19 de diciembre de 2020

Nanoseda con propiedades biomédicas

Los ácaros constituyen un conjunto de plagas bien conocidas en la agricultura, pero son menos conocidos por su capacidad para hilar seda (fibra natural formada por proteínas) con diámetros a nanoescala y altos módulos de elasticidad. En el artículo The silk of gorse spider mite Tetranychus lintearius represents a novel natural source of nanoparticles and biomaterials publicado en la revista Nature (Scientific Reports), un equipo científico internacional liderado por Miodrag Grbiç, investigador de las universidades de La Rioja (España), Western Ontario (Canadá) y Belgrado (Serbia) caracteriza las propiedades de la seda del ácaro Tetranychus lintearius para luego fabricar nanopartículas y biopelículas derivadas de la seda nativa.

Crédito: Miodrag Grbiç y col. Nature Scientific Reports. 

El interés del nuevo material, más resistente que el acero, ultra flexible, de tamaño nanométrico, biodegradable, biocompatible y con una excelente capacidad para penetrar en las células humanas sin dañarlas, radica en su carácter natural y su pequeño tamaño, lo que facilita la penetración celular. Estas características son ideales para su uso en farmacología y medicina ya que es biocompatible con tejidos orgánicos (estimula la proliferación celular sin producir toxicidad) y, en principio, biodegradable por su estructura proteica (no deja residuos con el tiempo). Su enorme potencial para aplicaciones biomédicas reside en que es capaz de penetrar fácilmente tanto en células humanas sanas como cancerosas, siendo ideal para el transporte fármacos en terapias contra el cáncer, así como para el desarrollo de biosensores para detectar patógenos y virus. El potencial de citocompatibilidad demostrado en el citado  estudio, junto con la perspectiva de la producción de seda recombinante, abre una nueva vía para la aplicación biomédica de un producto poco conocido.

Lectura complementaría:

sábado, 12 de diciembre de 2020

Nanopartículas de alta entropía resisten a la oxidación

Las aleaciones de alta entropía (HEA), formadas por la combinación de partes de cinco o más, metales primarios,  constituyen materiales avanzados con un gran potencial en cuanto a sus características mecánicas,  térmicas y catalíticas. Además constituyen una alternativa  efectiva a materiales escasos, peligrosos y costosos. En el reciente artículo In Situ Oxidation Studies of High-Entropy Alloy Nanoparticles publicado en ACS Nano se explica el comportamiento ante la corrosión de los HEA, especialmente en forma de nanopartículas. Se cree que los metales o aleaciones tradicionales forman óxidos cristalinos según la composición y las condiciones de oxidación, pero cuando cinco o más elementos principales están involucrados en una sola fase, puede existir un comportamiento novedoso durante la oxidación debido a la alta entropía incorporada.

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Crédito: Nanowerk (con permiso de la American Chemical Society

En el artículo estudian el comportamiento frente a la oxidación a alta temperatura de nanopartículas con Fe 0.28 Co 0.21 Ni 0.20 Cu 0.08 Pt 0.23 en un ambiente de aire seco a presión atmosférica mediante la realización in situ de microscopía electrónica de transmisión. La difusión hacia el exterior de los metales de transición y la formación de una capa de óxido desordenada se observa en tiempo real y se confirman mediante espectroscopía. Los resultados muestran que la oxidación impulsa la segregación superficial de Fe, Co, Ni y Cu, mientras que Pt permanece en la región central. Información clave sobre cómo se comportan los NP de HEA en un entorno oxidante de alta temperatura para el diseño futuro de aleaciones altamente estables en condiciones de servicio complejas.

Lectura complementaria: High-entropy alloy nanoparticles show excellent resistance to oxidation

sábado, 5 de diciembre de 2020

Nanocódigo de barras para células vivas

Usar códigos de barras para etiquetar e identificar artículos de uso diario es cada vez más usual. No lo es tanto llevar esos códigos de barras a una escala nanométrica de modo que puedan usarse dentro de las células vivas para etiquetar, identificar y rastrear los componentes básicos de la vida. En el artículo Nanorods with multidimensional optical information beyond the diffraction limit realizado por investigadores de la Universidad de Tecnología de Sydney (UTS) y publicado en Nature communications, se explica el desarrollo de un método de crecimiento de nanocristales que controla la dirección del crecimiento, produciendo capas delgadas atómicas programables, nanobarras con códigos de barras arbitrarios y con uniformidad morfológica. El resultado son millones de diferentes tipos de códigos de nanobarras que pueden formar una "biblioteca" para futuras aplicaciones de detección en la nanoescala.

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Crédito: Universidad de Tecnología de Sydney. Nature communications 

Las estructuras inorgánicas son rígidas y es fácil controlar la precisión de la composición, el grosor y la distancia entre los diferentes segmentos funcionales para códigos de barras geométricos más allá del límite de difracción óptica. Por ser química y ópticamente estables, los códigos de barras nanoscópicos se pueden utilizar como portadores para la administración y el seguimiento de fármacos en la célula. Tales estructuras de códigos de barras son de interés en una variedad de aplicaciones como nanoportadores de información para biotecnología, ciencias de la vida y almacenamiento de datos en general. Los dispositivos también se pueden utilizar en la lucha contra la falsificación de alto nivel de seguridad cuando se mezclan diferentes lotes de ellos con tintas obteniéndose productos de alto valor de autenticación.

Lectura complementaria:

sábado, 28 de noviembre de 2020

Mañana, ayer y hoy

Luego de la película  Ayer, hoy y mañana (1963), se escribieron varios artículos con la citada denominación vinculados con temas varios,  incluso tecnológicos.  El cambio, en el orden del presente artículo no está ligado a una pretensión de originalidad sino a priorizar la preocupación por el mañana en un planeta en cuyo ayer no se contempló adecuadamente la dimensión de los problemas y en un hoy que lo encuentra a la deriva sin las adecuadas respuestas económicas y ambientales. El mañana apunta a un planeta sin rumbo y con conducciones ortodoxas incapaces de hacer la ruptura necesaria para modificar la situación. En ese contexto aparecen las nuevas tecnologías con su capacidad de dar respuestas singulares en las áreas planteadas a través de sus aspectos tanto estrictamente tecnológicos como económicos (bioeconomía, nanoeconomía). 
Las nuevas tecnologías son desarrolladas por profesionales altamente capacitados, de vanguardia y con una visión planetaria estructuralmente diferente a la desarrollada en la cultura de la globalización actual. Entonces, se visualiza la necesidad de una gestión ambiental comprometida con la necesidad de dar soluciones concretas a las problemáticas del cambio climático mediante la utilización racional intensiva de las nuevas tecnologías y la de crear las condiciones económicas para cubrir las necesidades de una vida garantizada a los 7500 millones de habitantes del planeta. Cuanto antes avancemos en la dirección señalada, más posibilidades de evitar un caos planetario acelerado e inminente. No es fácil, debemos poner todo el saber de avanzada en el intento, explicar y convencer a quienes prefieren ignorar la situación. Por eso, sólo por eso pensemos primero en el mañana para cambiar lo que hicimos mal ayer. ¿Cuándo comenzar? Hoy. 

Lectura complementaria: Plan NanoBio