Claras de huevo para filtrar sales y microplásticos del mar

Investigadores de Princeton Engineering publicaron en la revista Materials Today el artículo Egg protein derived ultralightweight hybrid monolithic aerogel for water purification en el cual detallan una manera de convertir las claras de huevo en un nuevo material para eliminar de forma económica la sal y los microplásticos del agua de mar. Crearon con claras de huevo un material nanoporoso conocido como aerogel (se reemplaza el solvente por un gas), un material liviano y poroso utilizable en muchas aplicaciones, incluida la filtración de agua, el almacenamiento de energía y el aislamiento acústico o térmico. Las claras de huevo contienen un 88% de agua y un sistema complejo de proteínas, la de mayor concentración es la albúmina (ovoalbúmina), se encuentra en un 3,5%. Cuando se liofilizan y se calientan a 900 grados centígrados en un ambiente sin oxígeno, crean una estructura de hebras interconectadas de fibras de carbono y láminas de grafeno. Los autores del artículo demostraron como el material resultante puede eliminar la sal y los microplásticos del agua de mar con una eficiencia del 98 % y 99 %, respectivamente.

                 Crédito: Craig B. Arnold y col. Nanomaterials Today, agosto 2022

Si bien los huevos son fáciles de obtener se debe tener cuidado al utilizar como materia prima un alimento central de nuestro ciclo alimentario. Por lo expuesto también probaron que proteínas similares de distintas fuentes fueron de utilidad para hacer el aerogel, permitiendo su producción potencial en grandes cantidades de manera relativamente económica y sin afectar el suministro de alimentos. Un próximo paso para los investigadores es refinar el proceso de fabricación para ser utilizado en la purificación del agua de mar a mayor escala. El el material tiene beneficios significativos porque es económico de producir, eficiente en el uso de energía y altamente efectivo. Los resultados obtenidos son mucho mejores comparados con el carbón activado utilizado usualmente. Si bien encararon la purificación del agua como un el gran desafío, no es la única aplicación potencial del nanomaterial. También están explorando otros usos relacionados con el almacenamiento de energía y el acústico o térmico.

Información complementaria:

Egg protein derived ultralightweight hybrid monolithic aerogel for water purification.

Nanomaterial para crear neuronas y sinapsis

Las computadoras clásicas usan valores binarios (0-1) para funcionar. Por el contrario, las células cerebrales pueden utilizar más valores, lo que las hace mejores energéticamente. Suficiente razón para que los científicos se interesen en la computación neuromórfica (similar al cerebro). En el artículo Anisotropy and Current Control of Magnetization in SrRuO₃ / SrTiO₃  Heterostructures for Spin-Memristors, publicado el 18 de mayo en la revista Frontiers in Nanotechnology, investigadores de la Universidad de Groningen (Países Bajos) han utilizado heteroestructuras de óxidos complejos con anisotropía magnética perpendicular (PMA) (no homogeneidad de las propiedades magnéticas al ser medidas en diferentes direcciones del espacio), que consisten en sustancias tales como el SrRuO3 (SRO) cultivado sobre SrTiO3 (STO) para crear elementos comparables a las neuronas y las sinapsis del cerebro, elementos creados para el manejo de los espines, una propiedad magnética de los electrones al girar. 

          Crédito: Grupo Banerjee. Universidad de Groningen / Nanotechnology News

Para sistemas con PMA la conmutación de la magnetización inducida por corriente se puede realizar con pares de giro en órbita obteniéndose una conmutación probabilística como resultado de la alta simetría. Una ligera inclinación del PMA puede romper esta simetría y permitir la realización de una conmutación determinista. El control sobre la anisotropía magnética de las heteroestructuras proporciona la elección sobre la forma de conmutación. Los investigadores proponen un memristor (resistencia variable con memoria) espintrónico de tres terminales, con un diseño de unión de túnel magnético que provee varios estados resistivos controlados por la carga eléctrica. Los dominios magnéticos se pueden cambiar usando una corriente a través de un electrodo de platino en la parte superior del SRO. Cuando los dominios magnéticos se orientan perfectamente perpendiculares a la película, este cambio es determinista: todo el dominio cambiará. Sin embargo, cuando los dominios magnéticos están ligeramente inclinados, la respuesta es probabilística: no todos los dominios son iguales y,  los valores intermedios ocurren cuando solo una parte de los cristales en el dominio han cambiado. Al elegir variantes del sustrato sobre el que se cultiva el SRO, los científicos pueden controlar su anisotropía magnética. Esto les permite producir dos dispositivos espintrónicos diferentes. La conmutación probabilística se compara con el funcionamiento de las neuronas, mientras que la conmutación determinista se parece más a una sinapsis. Se espera que en el futuro se pueda crear hardware de computadora similar al cerebro combinando estos diferentes dominios en un dispositivo espintrónico que se pueda conectar a los circuitos estándar basados ​​en silicio.  Tal vez se haya encontrado una manera de controlar los estados intermedios, no solo para la memoria sino también para la computación.

Lectura complementaria: Anisotropy and Current Control of Magnetization in SrRuO3 / SrTiO3 Heterostructures for Spin-Memristors

Un dulce nanomaterial activa el crecimiento óseo.

La medicina regenerativa puede mejorar la calidad de vida ofreciendo enfoques menos invasivos y más exitosos para promover el crecimiento del hueso. Un equipo multidisciplinario integrado, entre otros, por el Dr. Samuel I. Stupp, Director del Northwestern's Simpson Querrey Institute for BioNanotechnology, el Dr. Wellington K. Hsu, profesor asociado de cirugía ortopédica y el Dr. Erin LK Hsu, profesor investigador asistente de cirugía ortopédica, ambos de la Northwestern University Feinberg School of Medicine, han desarrollado un nuevo nanomaterial con moléculas de azúcar en la superficie para potencial el poder regenerativo. En el nuevo nanomaterial, los azúcares se muestran en un andamio construido a partir de moléculas de autoensamblaje conocido como anfífilos peptídicos. Los investigadores estudiaron in vivo el efecto del nanomaterial, recubierto con el polisacárido sintetizado, en la actividad de un factor de crecimiento denominado proteína morfogenética ósea 2 (BMP-2). Encontraron que la cantidad de proteína necesaria para una fusión espinal se redujo a un nivel sin precedentes: 100 veces menos de la usualmente necesaria. La fusión espinal es un procedimiento quirúrgico común que une vértebras adyacentes entre sí usando un injerto de hueso y factores de crecimiento para promover su crecimiento, estabilizando la columna vertebral. El hueso utilizado en el injerto puede provenir de la pelvis del paciente o de un banco de huesos. Los polímeros de azúcar son conocidos como polisacáridos sulfatados. Cientos de proteínas tienen dominios específicos para unirse a estos polisacáridos con la finalidad de activar señales. Tales proteínas están implicadas en el crecimiento de los vasos sanguíneos, el reclutamiento de células y la proliferación celular, todos procesos biológicos muy importantes en la regeneración de tejidos. Debido a lo expuesto, los autores del artículo, publicado en la revista Nature Nanotechnology (19 de junio), sugieren la posible adaptación del método para la regeneración de otros tejidos, incluyendo el músculo, tendones y cartílagos. Los nanomateriales biodegradables actúan como una matriz extracelular artificial formada por filamentos diminutos a nanoescala capaz de imitar a las células del cuerpo que activan el BMP-2 para emitir señales y hacer que ciertos tipos de células madre se conviertan  en óseas.  La investigación se centra en el gran impulso de señalización producido por la nanoestructura azucarada para lograr la regeneración ósea a través de la activación del factor de crecimiento BMP-2. Con pequeños cambios de diseño, el método puede ser utilizado con otros factores de crecimiento para la regeneración de todo tipo de tejidos, incluso para potenciar factores de crecimiento producidos por biotecnología recombinante en vez de los naturales presentes en nuestro cuerpo.                                                                                              

Factor de crecimiento, proteína morfogenética ósea.

                                                                                                            
Lectura complementaria:
Sulfated glycopeptide nanostructures for multipotent protein activation.
Patente WO2005056039.