Membrana nanobiomimética 3D para riñones y pulmones.

En el artículo A 3D nm-thin biomimetic membrane for ultimate molecular separation publicado en la revista Materials Horizons, un equipo de científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) y la Universidad de Illinois en Chicago (UIC) presentan una membrana nanométrica tridimensional diseñada imitando la estructura del riñón capaz de equilibrar adecuadamente la permeabilidad y la selectividad. 

Crédito: T. Wang. Laboratorio Nacional Lawrence.

El diseño de la membrana biomimética está pensado en última instancia para el desarrollo de sistemas de hemodiálisis implantables de alto rendimiento y pulmones de membrana artificial, beneficiando a cientos de miles de personas con insuficiencia renal total o insuficiencia pulmonar permanente. La membrana tridimensional auto-suficiente está formada por canales interconectados tridi-mensionales separados por una capa de óxido de titanio (TiO2) poroso. La arquitectura tridimensional única aumenta drásticamente el área de superficie y, por lo tanto, el área de filtración en 6.000 veces comparando con las actuales, junto con una distancia de difusión ultracorta a través de la capa delgada selectiva de 2-4 nm de espesor. La nueva membrana 3-D exhibe además de las prometedoras aplicaciones en ingeniería biomédica cualidades para su utilización en el área de almacenamiento de energía, como ser en membranas para baterías de sulfuro de litio y óxido de litio.

 Información complementaria:                                                                                                       A 3D nm-thin biomimetic membrane for ultimate molecular separation.

La antipedagógica teoría cuántica.

Sherlock Holmes comenta al doctor Watson en la novela The Sign of Tour: “Le he dicho  que cuando haya eliminado lo imposible, todo lo que queda, por más improbable que sea, tiene que ser verdad…”, frase aplicable a la mecánica cuántica muy alejada al sentido común y de la intuición. Algo diferente, audaz y absurdo que desafortunadamente tenía que ser verdadero. Las leyes de la física cuántica parecen sugerir que las partículas pasan gran parte de su tiempo en un estado fantasmal, carentes incluso de propiedades básicas tales como una ubicación definida, parecen existir en todas partes y en ninguna a la vez. Sólo cuando se mide una partícula, de repente, se materializa, dando la impresión de que elige su posición como si jugara a los dados. Esto motivó la famosa frase de Albert Einstein "Dios no juega a los dados, creo en la ley y el orden absolutos". La naturaleza intrínsecamente probabilística, con partículas sin propiedades sólidas, sólo probabilidades, hasta que se observan, viene directamente implícita en las ecuaciones de la mecánica cuántica. La visión ortodoxa de la mecánica cuántica, conocida como la "interpretación de Copenhague", sostiene que las partículas representaran todas las realidades posibles al mismo tiempo. Cada partícula está representada por una "onda de probabilidad" y la onda colapsa a un estado definido sólo cuando la partícula es medida. Las ecuaciones de la mecánica cuántica no abordan cómo las propiedades de una partícula se solidifican en el momento de la medición. Seth Lloyd, un físico cuántico del Instituto de Tecnología de Massachusetts, dice: "La mecánica cuántica es todo lo contrario a la intuición, pero los cálculos funcionan, no hay otra que aguantarse". No obstante una serie de sorprendentes experimentos con fluidos han reavivado el viejo escepticismo sobre esa visión del mundo. Los experimentos implican a una gota de aceite rebotando a lo largo de la superficie de un líquido. La gota chapotea suavemente en el líquido con cada rebote. Al mismo tiempo, las ondas de los últimos rebotes afectan su curso. La interacción de la gota con sus propias ondas conocida como la teoría ondas piloto, muestra conductas propias de las partículas elementales tales como propagarse a través del espacio como ondas, sin ningún lugar específico, hasta que se miden. Para algunos investigadores los experimentos sugieren que los objetos cuánticos son tan definidos como las gotas y que también se guían por las ondas piloto. Estos argumentos han inyectado nueva vida a la teoría determinista (en oposición a probabilista) del mundo microscópico, fue la primera propuesta y tras ser rechazada, dio lugar al nacimiento de la mecánica cuántica. Dice John Bush, profesor de matemáticas aplicadas en el Instituto de Tecnología de Massachusetts, quién realizó varios experimentos recientes con el rebote de gotas: "Cuantas más cosas entendemos ahora para ofrecer una justificación física racional, más difícil sería defender la ‘perspectiva mágica’ de la mecánica cuántica”. Tal vez la mecánica cuántica, alejada al sentido común y de la intuición con un lenguaje matemático hermético acorde, por más improbable que pareciera, debió ser verdad para justificar lo experimental. La constante de Planck "h" es como la solución de un cuento de misterio del cual todavía no se nos contó el argumento. Dice Niels Bohr: “ Todo aquel que no se sienta consternado frente a la mecánica cuántica, no la ha comprendido”. Tal vez otras teorías, como la onda piloto, hoy puedan explicar los mismos fenómenos de forma de ligarlos al sentido común y a la intuición facilitando de ese modo su estudio, comprensión y aplicación.

Lectura complementaria:

Fluid Tests Hint at Concrete Quantum Reality.

Tres aniversarios y un nuevo punto de partida.

Alberto L. D'Andrea. Novedades Bioquímicas. Marzo 2013.

En el 2013 confluyen varios aniversarios de hechos con un fuerte impacto en el desarrollo de la ciencia-tecnología y por ende en la sociedad.

Se cumplen 100 años del modelo atómico de Bohr. El primer modelo atómico  confiable nació en 1913 de una conjunción entre la mecánica clásica con la mecánica cuántica. El modelo permitió explicar el espectro de emisión de los elementos y constituyó la base, con el posterior complemento del modelo atómico probabilístico, de muchos de lo progresos del siglo. A partir de un modelo atómico confiable se pudo desarrollar la física del estado sólido y sus aplicaciones: el diodo, el transistor, el amplificador operacional,   el chip, el microchip, el nanochip,…El hombre pudo entrar dentro del núcleo atómico y liberar y controlar la energía nuclear.  También pudo entrar dentro de la célula y conocer el genoma humano y la biosíntesis de proteínas. A la química le permitió sintetizar 50 millones de compuestos inexistentes en la naturaleza,...

También se cumplen 40 años del nacimiento de la biotecnología moderna. A principios de 1973, Stanley N. Cohen y Annie C.Y. Chang de la Universidad de Stanford y Herbert W. Boyer y Robert H. Helling de la Universidad de San Francisco realizaron el primer experimento de ingeniería genética utilizando una técnica conocida como ADN recombinante. Insertaron en bacterias, plásmidos conteniendo genes resistentes a los antibióticos tetraciclina y kanamicina. Luego, sometieron a las bacterias en placas de cultivo a la acción de los antibióticos. Como era de esperar, la mayoría murieron. Sólo sobrevivieron aquellas modificadas genéticamente para resistir a los antibióticos. De la mano del ADN recobinante y la ingeniería genética había nacido la biotecnología moderna .

El primer teléfono celular de la historia el Motorola DynaTAC 8000X  apareció por primera vez hace 30 años, en el año de 1983. Pesaba 780 gramos y la batería sólo brindaba  una hora de conversación u 8 horas en stand-by. Era pesado,  poco estético y con una calidad de sonido regular. No obstante muchos pagaban   los 3.995 dólares que costaba, lo cual lo convirtió inicialmente en un objeto de lujo y solo asequible por determinadas esferas sociales. En 1984, la compañía ya había logrado vender 900.000 teléfonos, cantidad esperada recién para  el año 2000.

Hoy, sólo 30 años después, se vendieron más de 4.000 millones de teléfonos celulares. ¿Usted  tiene uno?

Como si todo esto fuera poco en el año 2013, con la aparición de los primeros equipos para secuenciar en forma relativamente rápida y económica el ADN de nuestros 25.000 genes se abre la puerta  a la secuenciación humana masiva. En relativamente pocos años se espera que  4.000 millones de personas tengan y conozcan su genoma  dando origen  a una  futura medicina genético-molecular.

Tres aniversarios y un nuevo punto de inflexión: 100 años del modelo atómico de Bohr (1913), 40 del nacimiento de la biotecnología moderna (1973),  30 años del primer teléfono celular (1983) y el inicio del camino conducente a la secuenciación masiva del genoma humano (2013).

¡Que año el 2013! ¿Le apostamos ?.