jueves, 31 de octubre de 2013

Nanomateriales en el metro

Nanomateriales soportan el metro de la Cd. de México.

Integrantes del Instituto de Investigaciones en Materiales de la UNAM crearon el nuevo material, capaz de reemplazar los soportes de madera que sostienen a los rieles por donde circulan los trenes; tienen la ventaja de que puede durar hasta 100 años.

Uno de los proyectos actuales es el desarrollo de un material que reemplace a los llamados durmientes del metro, que son aquellos soportes de madera sobre los cuales están los rieles por donde se transportan los vagones. Sánchez Solís explicó que en México, ya no hay madera suficiente para sustituir alguno de los durmientes en caso de que fallen o se rompan, por lo tanto, se compran en Asia, Corea o Vietnam, lo cual representa un alto costo.

Nanotecnología contra la tuberculosis

Buscan investigadores aplicar nanotecnología contra tuberculosis.

A través de nanopartículas se busca encontrar un tratamiento altamente efectivo contra la tuberculosis. 
Lo motivador es que esto ocurre en nuestro país, pues varias universidades se han unido para encontrar una cura, las cuales son la UANL, el laboratorio de Toxicología del IPN y la Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo.
Este sería un gran avance para la nanotecnología en nuestro país aunque habrá que esperar avances pues esto apenas se encuentra en la fase preclínica.

Nota completa

Nanoestructuras magnéticas

¿Para qué sirven las nanoestructuras magnéticas?

Los materiales magnéticos tienen gran  importancia para las tecnologías de ciencias de la vida y  la biotecnología, lógicamente se espera que en la próxima década sean aún más importnantes.Fue hace 25 años cuando Albert Fert y Peter Grunberg descrubrieron el magneto-ressitencia gigante. Cuando recibieron el premio Nobel por este descubrimiento se le estaba dando uno de sus primeros reconocimientos a la nanotecnología, que como se ha visto ha ido cobrando auge en todas las ramas de la vida.Nota completa

Proyecto sanitario "Innventa"

Inicia el proyecto sanitario "Innventa" por Galicia y Portugal.

La consejera de Sanidade de la Xunta de Galicia, visitó las instalaciones del International Iberian Nanotechnology (INL) en Portugal donde dará inicio el proyecto "Innventa" con una inversión de 3 millones de euros.
Este proyecto surgió gracias al Programa de Cooperación Transfronteriza entre España y Portugal. En este proyecto se tratarán de encontrar las soluciones a problemas en neurología y cáncer principalmente, todo esto con ayuda de la nanotecnología.

Para ver la nota completa siga este enlace: Nota completa

¿se puede unir la mecanica cuantica con la gravedad?

What do we want from quantum gravity?

To begin with, a theory of quantum gravity should tell us how quantum matter gravitates, especially if gravity is strong. As long as gravity is weak, we could get away with quantizing it in the same way that we quantize other interactions. But this weak-field quantization stops making sense when gravity is strong, such as when highly energetic particles collide at energies so high that the particles themselves have a strong gravitational interaction.
Quantum gravity should also tell us what happened in the very early universe. According to general relativity, our universe started in a singularity. This unphysical result indicates that we need a more fundamental description of space and time back then. Since gravity was strong in the early universe, quantum effects of gravity cannot be neglected when describing this phase.
General relativity also predicts singularities when matter collapses into black holes, which leads to what is known as the black hole information loss paradox. It concerns the fact that black holes emit thermal radiation because of quantum effects, not including quantum gravitational effects. But when the black hole has completely evaporated, all that is left is thermal radiation, regardless of what formed the black hole. Information is destroyed in this irreversible process, but since irreversible processes cannot happen in quantum mechanics as we know it, this represents an inconsistency. Quantum gravity should explain what happens to the information in black holes.
Along with solving these thorny problems, the successful theory of quantum gravity must also be able to reproduce all achievements of general relativity and the Standard Model of particle physics. And it must make testable predictions that give us confidence that we have the right description of nature.

What have we learned so far?

Physicists are working on several approaches to quantum gravity: string theory and loop quantum gravity; causal dynamical triangulation and asymptotically safe gravity; causal sets; group field theory; emergent and induced gravity; and a few other comparably small research agendas. String theory currently has the highest score in addressing the above requirements, followed by loop quantum gravity and asymptotically safe gravity.

Graphical artwork of blue and yellow spiralling lines on a black background
From the outside, research on any of these approaches to quantum gravity must be like watching the construction of a tunnel. For a long time, nothing much happens, except that occasionally a tool goes in and rubble comes out. But step inside and you will see a hive of activity. Recently, a lot of progress has been made in each of the approaches – progress that has considerably advanced our understanding of the problem. In the end though, a tunnel is only useful once a breakthrough is made.
While no breakthrough has yet been made, we are learning. We have learned that specific properties of quantum gravity appear in several of the approaches, if in different manifestations. The best known example may be holography – the encoding of information contained in a volume on the boundary of that volume. The existence of a minimal length scale is another such property that appears in different approaches. It seems that, ultimately, quantum gravitational fluctuations prevent us from resolving structures arbitrarily well. A more recent discovery is that the dimension of space–time seems to become smaller on short distances, a surprising behaviour that has also been found in different approaches.
I have little doubt that we will be able to unify quantum mechanics and gravity; some of my colleagues might even argue that we have already done so. But we are not looking for a theory of quantum gravity. We are looking for the theory of quantum gravity – the theory that describes the world around us. Making connections with observation is thus not only important, but also necessary for quantum gravity to be scientific.

What is next?

So far, we do not have any experimental evidence for quantum gravity. But during the last decade it has become clear that it is technologically possible, even in the absence of a fully fledged theory, to search for evidence of general properties expected of quantum gravity – like the ones named above, and more still, such as violations of certain symmetries. This can be done, and has been successfully done in some cases already, through the use of phenomenological models. Such models parameterize effects and make connections with observations. Observations can then be used to learn what properties the yet-to-be-found theory can have and which it cannot have. I think that this experimental guidance is essential to constructing the theory of quantum gravity, and is the route to making progress.
Since gravity is really a consequence of space–time being curved, we are looking for a theory of the quantum nature of space and time itself. It is the most fundamental of the currently open questions in the sense that it concerns the most basic ingredients of our theories. Next to revolutionizing our understanding of space, time and matter, quantum gravity will likely also significantly advance other areas. The nature of time and its uni-directional arrow are puzzles deeply interlinked with quantum gravity, and so is the physics of the early universe. Moreover, I believe we will learn a lesson about quantization that has the potential to improve our ability to manipulate quantum matter.
The tunnel's construction site might not look like much, but rest assured: once a breakthrough is made, you will see heavy traffic on the new route.

About the author

Sabine Hossenfelder is an assistant professor of high-energy physics at the Nordic Institute for Theoretical Physics (Nordita), Sweden, and writes the popular blog Backreaction

lunes, 28 de octubre de 2013

Development Of Therapy For Parkinson’s Disease

The University of Melbourne has entered an agreement with US start-up company Procypra Therapeutics LLC to develop a class of drugs for treating neurological diseases such as Parkinson’s disease. Parkinson’s disease is a progressively degenerative neurological disorder that affects approximately 6.3 million worldwide. It causes changes to key proteins in the brain making them toxic.

Cross-disciplinary research at the University of Melbourne and the Florey Institute of Neuroscience and Mental Health has found that a class of synthetic compounds called copper bis (thiosemicarbazones) can potentially treat Parkinson's disease and other neurodegenerative diseases. Copper bis have the potential to treat the disease by preventing modifications to the proteins occur.

The research was led by Dr Paul Donnelly, Professor Kevin Barnham, and Professor Anthony White, all of them from different departments of the University. The idea of developing a new therapy for the treatment of the devastating disease was from Procypra, but the members of the University of Melbourne adopted the project. Professor Frances Separovic  gave her point of view about this agreement, which according to her: “Reflects the desire for innovative research at The University of Melbourne to be translated into impact and recognizes the importance of working with academic collaborators, like the Florey Institute of Neuroscience and Mental Health and industry partners to achieve this goal”. Under the arrangement, the University will receive royalty payments from the sale of products by Procypra. The Company anticipates that first-in-human clinical trials will commence within 3 years.

University of Melbourne enters agreement to develop therapy for Parkinson's disease

miércoles, 23 de octubre de 2013

Nanotecnología para textiles funcionales

En este artículo se presentan los objetivos, alcances y resultados preliminares de los trabajos de investigación del proyecto FONARSEC “Nanotecnología para textiles funcionales”. El objetivo principal consiste en el desarrollo de productos textiles con nuevas propiedades funcionales mediante el empleo de herramientas nanotecnológicas.

La nanotecnologia en los alimentos.

En este video podemos ver la conferencia de La nanotecnología en la industria de los alimentos impartida por  Oscar J. Perales-Perez de University of Puerto Rico at Mayaguez, Estados Unidos en la cual se trata el trabajo del mismo respecto a la investigación y desarrollo de la nanotecnología aplicada en la industria de los alimentos. Después de una breve explicación de lo que esta nueva disciplina de la nanociencia se discuten sus aplicaciones presentes y futuras en la agricultura y los alimentos. Se debate acerca de las consideraciones que han surgido acerca de la seguridad alimentaria y se analiza la opinión pública acerca de la nanotecnología en general y su empleo en la producción de alimentos.

Pavimentos De Larga Duración, Más Durables Y Ecológicos

El grupo GITECO de la Universidad de Cantabria (UC) liderará durante los próximos tres años y medio un proyecto del 7º Programa Marco destinado a la investigación de pavimentos asfálticos de larga duración para hacerlos más económicos y ecológicos. En el proyecto también participan otras ocho empresas de nivel internacional, tales como: Acciona (España), Fraunhofer (Alemania), KTI (Hungría), European Road Federation (ERF), Tecnalia (España), Norwegian Graphite (Noruega), Bsria (Reino Unido), Inzenierbuve Ltd (Letonia).

El proyecto, cuyo título es 'Cost-effective durable roads by green optimized construction and maintenance (DURABROADS)', dará comienzo durante el mes de noviembre y tiene un presupuesto de dos millones y medio de euros. Su objetivo principal será el diseño eficiente, desarrollo y validación de pavimentos de larga duración más económicos y ecológicos a partir de materiales mejorados con nanotecnología.

A lo largo de este proyecto se analizarán, caracterizarán y seleccionarán los nanomateriales de carbono más adecuados para el desarrollo de diferentes betúnes modificados. A partir de las propiedades mejoradas de estos betunes, se diseñarán mezclas templadas que incluyan asfalto reciclado y subproductos industriales para sustituir a los áridos naturales.Una vez diseñadas las mezclas, se llevará a cabo el dimensionamiento de los pavimentos de larga duración y con los resultados obtenidos se ejecutarán dos tramos de carretera, llevándose a cabo un análisis del ciclo de vida (ACV) de los materiales constituyentes. Finalmente, se desarrollará un plan estratégico de explotación de los productos y se definirá un caso de negocio en función de su mercado potencial, análisis de coste-beneficio y aceptación del usuario.

Tejidos inteligentes

Se esta buscando la creación de tejidos interactivos utilizando la nanotecnología. Esto se basa en implantar nanochips en la tela de las ropas y mediante el incremento o descenso de la temperatura las telas son capaces de cambiar de color. También pueden ser telas interactivas, es decir que si las tocas en algún punto específico estas cambiaran de color en esa parte o pueden soltar un sonido. Finalmente se esta investigando la manera de como poder implantar en nuestras ropas tecnología similar a la de un teléfono para poder hablar a través de las mangas o simplemente hablarle al aire y que el receptor nos escuche así como nosotros lo escuchamos.http://www.euroresidentes.com/Blogs/avances_tecnologicos/2004/06/los-tejidos-inteligentes-la-ropa-del.htm

martes, 22 de octubre de 2013

Potencial de la nanotecnología para el tratamiento de aguas residuales

Existe una necesidad imperiosa del tratamiento de aguas residuales para obtener agua potable, ya que menos de 1% del agua a nivel mundial es adecuada para beber. La nanotecnología puede contribuir con la solución de este problema. El paladio a nanoescala altamente activo y re-extraíble magnéticamente sobre un catalizador de magnetita (Pd/Fe3O4), los nanocatalizadores de dióxido de titanio y las membranas de nanofiltración son algunas de las tecnologías que han sido desarrolladas para la aplicación en procesos de tratamiento de aguas residuales que se han mostrado prometedoras en la purificación del líquido. Este documento apunta a mostrar algunos enfoques en las técnicas de tratamiento dominantes para la purificación de aguas residuales industriales mediante nanotecnología.

Sabiendo que solo en 1% del agua en el mundo es potable, hay que estar concientes de que algun dia llegara a su fin y no contaremos con ese recurso de manera accesible como la tenemos ahora. El desarrollo de nanotecnología para tratamientos del agua es una buena aportacion a nuestro futuro ya que pretende apliar y mejorar la calidad de vida y ayudar a no perjudicar tanto al medio ambiente.
Este artículo fue preparado por J. Pandey, R. Khare, M. Kamboj, S. Khare y R. Singh (Amity University-Lucknow Campus, Lucknow, India) para el Asian Journal of Biochemical and Pharmaceutical Research AJBPR (Vol. 1, No 2, 2011, 272-282), revista multidisciplinaria que difunde trabajos en los campos de la biotecnología, la química y la farmacéutica.

Tres Ingredientes Para Los Biosensores Del Futuro

La nanotecnología es un punto de encuentro de diversas disciplinas como la física, la química, la biología, las ciencias de la computación, la ingeniería, etc. Este carácter multidisciplinar ha favorecido investigaciones en la frontera entre dichas disciplinas, propiciando descubrimientos que ya son de aplicación en múltiples sectores y nos ayudarán a enfrentarnos a los grandes retos que los seres humanos tenemos ante nosotros: medioambiente, salud, energía, transporte, comunicaciones, alimentación, etc.

Simulacion de  del proceso de adsorción
de un anticuerpo sobre grafeno
Uno de los campos en los que la nanotecnología está aportando más novedades es el de los sensores, especialmente en los biosensores, los cuales tienen un impacto directo sobre el futuro de la medicina, el medioambiente y la alimentación. Un grupo de investigadores de la Universidad Autónoma de Madrid  y algunos miembros del Consejo Superior de Investigaciones Científicas trabajan en el desarrollo de biosensores haciendo uso de grafeno, biomoléculas y supercomputadoras. Un biosensor es un dispositivo capaz de detectar y cuantificar la presencia de una sustancia biológica en un medio a partir del procesado de las señales ópticas, eléctricas o mecánicas que se producen durante la interacción de dicha sustancia con el biosensor.

En el caso de los biosensores de uso médico, su miniaturización extrema permitirá su implantación en nuestro cuerpo para realizar medidas in situ y en tiempo real, proporcionando un avance sin precedentes en el diagnóstico de enfermedades. Los materiales con los que se construyen dichos biosensores deben de cumplir dos características principales: primero el no alterar la función de las moléculas de nuestro organismo, y segundo, ejercer correctamente su función en nuestro organismo. Entre los materiales más aptos para su desarrollo están los nanotubos de carbono, ya que poseen una impresionante capacidad para conducir la electricidad además de su su relativamente fácil funcionalización y su posible biocompatibilidad al ser materiales basados en el carbono.

En los laboratorios, la interacción de complejas biomoléculas con diferentes superficies se estudia con sofisticados aparatos como los Microscopios de Fuerzas Atómicas (AFM). Sin embargo, estos instrumentos no pueden explicar completamente el mecanismo de adsorción de dichas biomoléculas. Sin duda alguna, una mejor comprensión de estas interacciones optimizaría el desarrollo de estos biosensores.

Para conocer cómo funcionan las biomoléculas sobre superficies de grafeno es necesario realizar simulaciones diversas que impliquen su estabilización y su posterior separación. Por lo general estos ciclos de simulaciones deben repetirse varias veces para tener en cuenta otros factores como diferentes valores de pH, diferentes orientaciones de las biomoléculas con relación al sustrato, la presencia de cargas o defectos sobre el sustrato, etc. De estas simulaciones, además, se puede extraer información cuantitativa relevante como la energía que debemos aplicar a una molécula con una configuración dada para desligarla del sustrato.

Los sistemas que se estudian están formados por cientos de miles de átomos que evolucionan durante tiempos relativamente grandes (de más de 150 ns). Para abordar estas simulaciones necesariamente se necesitan herramientas de trabajo excepcionales: las supercomputadoras.

Los resultados de dichas simulaciones demuestran dos cosas:

1. El grafeno no induce cambios estructurales ni funcionales en dos de las más abundantes proteínas del plasma

2. El anticuerpo IgG , el marcador/biosensor por excelencia de nuestro organismo, se mantiene anclado y activo sobre la superficie de grafeno.

El investigador Pedro Serena lo resume de la siguiente manera: "la combinación de poderosos códigos informáticos e imponentes sistemas de computación nos permite abordar fascinantes problemas en la frontera entre la física, la química y la biología". Estos resultados permitirán una mejor interpretación de resultados experimentales y serán el punto de partida para que ingenieros y biotecnólogos pongan a punto los prototipos de los biosensores del futuro.
Biomoléculas, grafeno y supercomputadores: tres ingredientes para los biosensores del futuro

lunes, 21 de octubre de 2013

Nuevo método para medir y controlar la temperatura en el entorno de nanopartículas magnéticas

Publicado este método en la revista Nano Letters, podría emplearse para liberar fármacos de manera controlada dentro del organismo.
“Las partículas magnéticas tienen la propiedad de que al ser sometidas a un campo magnético alterno se calientan y disipan calor en su entorno. Sin embargo, un aspecto no resuelto hasta ahora era determinar la distribución de la temperatura en el entorno de la partícula cuando esta se calienta. Para superar ese problema hemos desarrollado un nuevo método que consiste en emplear una molécula termosensible que se degrada en función de la temperatura”, explica el investigador el CSIC Miguel Ángel García, del Instituto de Cerámica y Vidrio.
La molécula termosensible se coloca a una distancia fija de la nanopartícula, con un polímero como espaciador, y se enlaza a una molécula fluorescente. Midiendo ópticamente la cantidad de moléculas fluorescentes que se separan de las nanopartículas al aplicar el campo magnético, se puede determinar la temperatura que ha alcanzado la molécula termosensible y su distribución. Según el estudio, este método alcanza una resolución inferior al nanómetro, la mayor obtenida hasta la fecha en este tipo de medidas.
“Los resultados han permitido comprobar que a escalas tan pequeñas las propiedades térmicas de los materiales se ven afectadas, y el trasporte de calor sigue unas leyes distintas a la que son válidas para materiales de tamaño macroscópico”, añade el investigador del CSIC.
Este trabajo se engloba dentro del proyecto europeo MAGNIFYCO, que estudia el uso de nanopartículas magnéticas para la diagnosis y la terapia de tumores, mediante la liberación de fármacos de forma controlada dentro del organismo. “Si sustituimos la molécula fluorescente por un medicamento, este se puede liberar de forma controlada para que sea lo más efectivo posible y así reducir los efectos secundarios”, concluye García.
Este método alcanza una resolución inferior al nanómetro, la mayor obtenida hasta la fecha en este tipo de medidas.
células con nanoparticulas magnéticas en su interior

Andreas Riedinger, Pablo Guardia, Alberto Curcio, Miguel A. Garcia, Roberto Cingolani, Liberato Manna, Teresa Pellegrino. "Subnanometer Local Temperature Probing and Remotely Controlled Drug‐Functionalized Iron Oxide Nanoparticles". Nano LettersDOI: 10.1021/nl400188q.

Ventana hacia el cerebro, literal.

Todo depende de un material, el mismo material que se utiliza para fabricar algunas prótesis de cadera y coronas dentales (zirconia estabilizada con itria, YSZ por sus siglas en inglés) ha sido sometido a un proceso para hacerlo transparente y poder fabricar un implante que permita a los médicos ver el cerebro sin necesidad de realizar continuamente una craneotomía, una intervención quirúrgica para la que es necesaria perforar el cráneo para tener acceso al cerebro.
Los investigadores de la Universidad de California Riverside que lo han desarrollado lo comparan con una ventana transparente en el cerebro. Los detalles de este implante, que se encuentra en fase experimental y todavía no se ha probado en humanos, se describen esta semana en la revista 'Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine'.
El objetivo final de este tipo de implantes es poder ofrecer nuevas posibilidades de tratamientos a pacientes que padezcan enfermedades neurológicas permanentes, tumores cerebrales o que hayan sufrido traumatismos craneoencefálicos. Por ejemplo, podrían aplicar con más frecuencia tratamientos con láser que ahora encuentran el obstáculo de que no pueden penetrar el cráneo y requieren hacer una craneotomía.
Los investigadores afirman que la zirconia estabilizada con itria (YSZ) es mucho más resistente que otros materiales transparentes utilizados para desarrollar implantes. Además, su uso para prótesis internas ha mostrado que es bien tolerado por el cuerpo y sostienen que el paciente podría llevar el implante de forma permanente.

para mayor informacion entrar a: 

Frecuencia en combos da a espectroscopia de Raman un impulso.

Frequency combs have been used by physicists in Germany and France to improve the performance of Raman spectroscopy – allowing the technique to identify several different molecules at the same time. The researchers say that it could be used to speed up the microscopic mapping of chemical species in a sample or be used to follow chemical reactions in real time. However, the new analytical method must be improved before it can be used routinely in the lab.
In coherent anti-stokes Raman spectroscopy, a sample is irradiated repeatedly by pairs of ultrashort laser pulses. The first pulse sets chemical bonds in the molecules vibrating, which causes the refractive index of the sample to vary periodically. This change in refractive index modulates the frequency of the second pulse. The gap between the two pulses is increased slightly with each subsequent pair, so the second pulse sees a slightly later point in the bonds' vibration periods and its frequency is shifted by a slightly different amount. By looking at the sinusoidal variation in frequency shift with time lag, scientists can work out the vibration frequencies of the chemical bonds. As each type of molecule has a distinct signature of vibration frequencies, Raman spectroscopy can identify the presence of specific molecules in a sample.

Time consuming

The pair of pulses is usually generated from a single laser pulse that is split into two. One pulse is sent on a longer path, causing it to hit the sample slightly later. Changing the path length of that pulse varies the time lag. This works well if the aim of the measurement is to detect the presence of a known molecule. However, if there are several different target molecules – or if the goal is to identify unknown molecules – the entire measurement process must be repeated at multiple frequencies and this can be time consuming. The technique becomes more unwieldy if it is used to create a 2D image by scanning the light across a sample and acquiring Raman spectra at each pixel.
Now, researchers at the Max Planck Institute for Quantum Optics and Ludwig Maximilians University (LMU) and colleagues at University Paris-Sud have used frequency combs to get around this problem. Frequency combs produce an extremely rapid and stable series of femtosecond laser pulses, each containing a broad and highly regular spectrum of frequencies. Theodor Hänsch – the leader of the LMU and Max Planck groups – shared the 2005 Nobel Prize for Physics for inventing the frequency comb.

A thousand times faster

The team used two frequency combs, the second pulsing at a slightly slower rate than the first. As a result the combs moved in and out of phase, generating a series of pairs of pulses with a time gap that changes slowly. Because the technique does not involve the mechanical adjustment of a path length, it can acquire a single Raman spectrum about 1000 times faster than the traditional method. Furthermore, as each pulse contained a broad spectrum of frequencies, they could excite multiple bond vibrations simultaneously. Mathematical analysis of the complex relationship between the refractive index and the time lag between the pulses told the researchers what sinusoidal frequencies the pattern contained, and thus what chemical bonds – and therefore chemical species – had given rise to it.
There is a catch, however. The bond vibrations die out in picoseconds, so once the gap between the pulses has grown longer than this, the second pulse does not see any variation in refractive index at all until the time gap returns again to smaller values. "One of the limitations of our technique at the moment," says team memberNathalie Picqué, "is that we can measure one full spectrum covering the entire fingerprint region [the electromagnetic region in which the bond vibrations occur] very quickly, but the time from one spectrum to the next is rather long." The researchers plan to reduce this by using frequency combs that pulse more rapidly. Indeed, combs producing up to a billion pulses per second are available now and even faster combs are being developed.

Elegant combination

"Most of the elements here were done before," says Yaron Silberbergof the Ultrafast Optics Group at the Weizmann Institute of Science in Israel. "People have used short pulses for Raman microscopy, and also people have used frequency combs for doing all kinds of tricks, but the combination is very elegant. They've combined two things and made you think, 'Hey, how come nobody did this before?'"
Picqué hopes that the research will have applications beyond microscopy. "You could, for example, imagine that you would like to monitor a chemical reaction as a function of time. So you would want to measure the spectrum every ten microseconds in order to see how some product develops."
The research is published in Nature.

About the author

Tim Wogan is a science writer based in the UK

Physicists tie light into knots

Fantastical knot-like structures of light could soon be created in the lab thanks to calculations made by physicists in the US, Poland and Spain. They have discovered a new family of solutions to Maxwell's equations that are knots of light that do not disperse or lose their specific topological properties as they propagate. The researchers say such knots, if made for real, could be used to trap atoms or create similar knots in plasmas or quantum fluids.
Identified by Hridesh Kedia at the University of Chicago, along with colleagues at the Polish Academy of Sciences in Warsaw and the Spanish National Research Council in Madrid, the new family of solutions to Maxwell's equations have field lines describing all "torus knots" and "links". Torus knots are those knots that can lie on the surface of a torus, whereas a link is a collection of such knots.
One solution involves magnetic-field lines that trace out a familiar "trefoil" knot around a torus that is aligned in the plane perpendicular to the direction of propagation of the light (see figure). As the light propagates, the knot is distorted but retains the topological property of being a trefoil knot. The electric-field lines have the same structure as the magnetic-field lines but are rotated about the propagation axis by an angle that depends upon the knot. Other solutions include cinquefoil knots and linked rings.

Knotty problem

Kedia and colleagues believe that these knots could be made in the lab using tightly focused Laguerre–Gaussian beams. These beams have been created and studied extensively because – unlike most other beams of light – they carry orbital angular momentum.
If these optical knots can be made in the lab, they could have a number of scientific applications. Physicists are already exploring how focussed Laguerre–Gaussian beams can be used to trap ultracold atoms and this latest theoretical development could lead to new ways of trapping them. Firing such knots into a plasma or quantum fluid could also result in knot-like entities propagating through those materials, thereby offering new ways of studying these states of matter.
Once the preserve of mathematicians, knot theory is playing an increasingly important role in how physicists describe the behaviour of physical systems, ranging from liquid crystals to superconductors. Most of these descriptions arise from numerical simulations of complex systems, rather than the exact solution of the equations describing the system of interest.
The research is described in Physical Review Letters.

About the author

Hamish Johnston is editor of physicsworld.com

Físicos del Instituto Max Planck generan la primera red cuántica universal a larga distancia

El primer vínculo cuántico verdadero utilizando dos átomos separados entre sí ha sido creado por Stephan Ritter y su equipo, del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica en Garching, Alemania. Estos investigadores han conseguido con éxito el llamado entrelazamiento cuántico de dos átomos, cada uno en diferentes laboratorios situados en lados opuestos de la calle y separados por 21 metros, según se ha publicado en Nature el pasado12 abril.
Mediante la aplicación de un láser externo al átomo A, el equipo de Ritter hizo que un fotón emitido por ese átomo escapase de una cavidad óptica (donde permanecía confinado con espejos) y viajase a través de una fibra óptica de 60 metros de largo (serpenteante en una ruta indirecta) a la cavidad situada al otro lado de la calle. Cuando el fotón fue absorbido por el átomo B, la información cuántica original del primer átomo se transfirió al segundo.
Según la mecánica cuántica, un átomo puede tener sólo ciertas cantidades discretas de energía. Y curiosamente, puede estar en dos estados de energía diferentes, denominados 0 y 1, a la vez. Pero en cuanto se interviene midiendo la energía del átomo, la incertidumbre de permanecer en 0 y 1 colapsa en un estado u otro. Dos átomos pueden entrelazarse para que ambos se encuentren en una incertidumbre de dos estados a la vez, pero sus incertidumbres se correlacionan perfectamente. Por ejemplo, si Alicia y Borja comparten un par de átomos entrelazados y al medir el de ella es encontrado en el estado 1, entonces Alicia sabrá con seguridad que Borja encontrará el suyo en el estado 1 también, incluso antes de ser medido en él.
Durante más de una década, los físicos han estado desarrollando métodos de la mecánica cuántica para transmitir mensajes secretos sin miedo a que puedan ser interceptados (criptografía cuántica). La importancia del experimento es que si bien anteriormente ya se han construido redes cuánticas mediante las que se puede comunicar información, éstas sufren una limitación importante: la convierten a la forma clásica en sus nodos. Es decir, que aunque la clave se pasa desde un nodo a otro de una manera cuántica, debe ser leída y regenerada en cada nodo de la red, dejándola vulnerable a la piratería. El reto ha consistido en la formación de estos nodos fuera de los átomos individuales. Además, según la investigación, el entrelazamiento podría extenderse en un futuro a un tercer átomo para así formar una red.


Astronomos descubren lente gravitacional.

The most distant gravitational lens yet has been found at a colossal distance of 9.4 billion light-years. The chance discovery by an international team of astronomers not only allowed the team to directly measure the mass of the distant galaxy that caused the lensing but has also led to questions about the more distant object whose light was lensed. The magnified object is a type of dwarf galaxy that is thought to be rare and the chances that such a peculiar galaxy would be gravitationally lensed are small. Therefore its observation suggests that current theories have underestimated the number of such galaxies in the early universe.
A gravitational lens is a large galaxy or group of galaxies that bends or "lenses" light from a distant source as it travels towards an observer. The effect was predicted by Einstein's general theory of relativity. In rare cases the lens, the distant light source and the observer line up precisely and the result is an "Einstein ring" – a perfect circle of light around the lensing mass. However, if there is any misalignment along the way, astronomers observe partial arcs, spots and other such distorted images, depending on the relative positions of the bodies.

Useful rings

Such a lensing effect has proved to be useful – researchers can determine the mass of the lensing galaxy including its dark matter content – thanks to the amount of distortion or lensing observed. The lensing effect also acts as a "natural telescope" of sorts, magnifying details of distant galaxies that would be difficult to observe otherwise. Indeed, ever since the first evidence of such lensing was seen in 1979, astronomers and cosmologists have used the phenomenon to find distant objects and supernovae and to even map the dark-matter content of our universe.
Now, a team led by Arjen van der Wel from the Max Planck Institute for Astronomy in Heidelberg, Germany, along with colleagues in Italy and the US, has, rather accidently, detected the furthest such lens. Van der Wel was reviewing observations made with the Large Binocular Telescope in Arizona that were part of another study that looked at the spectra of massive, old galaxies."[I] noticed a galaxy that was decidedly odd. It looked like an extremely young galaxy, and at an even larger distance than I was aiming for," says Van der Wel. Intrigued by the anomalous object, he looked at other images of the object taken with the Hubble Space Telescope as part of theCANDELS and COSMOS surveys and once more the object looked like an old galaxy but with some irregular features. As a result, Van der Wel suspected that he might be looking at a gravitational lens. He combined all the available images of the object and corrected for the haze of the lensing galaxy's stars to see a "quadruple lens" that formed an almost perfect Einstein ring.
The researchers found that after being deflected, light from the lens travelled nearly 9.4 billion years to reach us, corresponding to a redshift of z = 1.53. This puts the lens much further away than other lenses discovered to date. From the amount of distortion observed, the researchers calculated that the lens galaxy has a total mass of 8 × 1010 solar mass. From that, nearly 75% of this is made up of stars, meaning that the rest of the mass could consist of dark matter. But Van der Wel explains that uncertainties are such that all mass in the lens can be accounted for by stars only.

Hitting the bullseye

Seeing an Einstein ring also means that both the lens and the background light source are aligned to better than 0.01 arcseconds – that is equivalent to a 1 mm separation at a distance of 20 km. Van der Wel tells physicsworld.com that this was indeed a rare alignment – "If the light rays are darts thrown in New York City, then they managed to hit the bullseye of a dartboard in Boston. Now, the universe throws many darts around (there are many background galaxies) and has many dartboards (many potential foreground lenses), but not that many. The chances of hitting a dartboard are not so small, but the chances of hitting the bullseye..." exclaims Van der Wel.
But the distance and fortuitous alignment were not the only surprises from this study. The background light-source galaxy (even more distant at z = 3.41) itself proved to be a "star-bursting dwarf galaxy". This is a comparatively low-mass galaxy (only about 100 million solar mass worth of stars) that is extremely young (only about 10–40 million years old) and produces new stars at an enormous rate. Such dwarf starburst galaxies are thought to be rare and the chance of these peculiar galaxies being lensed is small. Yet this is the second starbursting dwarf galaxy found to be lensed. This might force astronomers to re-think their models of galaxy evolution as starbursting dwarf galaxies might be much more common than previously thought. "Perhaps only one in a hundred faint galaxies is a starbursting dwarf galaxy. That combined with the chance alignment makes this a very unlikely object," says Van der Wel.
The research is to be published in Astrophysical Journal Letters. A preprint is available on arXiv.

About the author

Tushna Commissariat is a reporter for physicsworld.com

Surface plasmons reveal grain boundaries in graphene

Researchers in the US, Germany, Singapore and Spain have developed a new technique to obtain images of grain-boundary defects in graphene by analysing the behaviour of surface plasmons. Their study reveals that the defects act as electronic barriers and are responsible for the low electron mobility seen in some samples of graphene. The team also says that these barriers could find use as tuneable "plasmon reflectors" and "phase retarders" in plasmonic circuits of the future.
Graphene is a single atomic layer of carbon atoms that are arranged in a honeycomb lattice. It shows great promise for making electronic devices of the future thanks to its unique electronic and mechanical properties – which include extremely high electrical conductivity and exceptional strength.

Rippling across the surface

Surface plasmons are coherent wave-like oscillations of electrons that ripple across the surface of graphene and some other materials. In Basov's experiment the plasmons are created by a nanoscale antenna – the metallic probe of an atomic force microscope – that is placed near the graphene surface and excited by infrared light (see figure). The plasmon waves are reflected and scattered by the graphene grain boundaries, creating interference patterns.
"By recording and analysing these interference patterns, we can map grain boundaries for large-area CVD films and probe the electronic and optical properties of individual grain boundaries at the same time," explains team member Zhe Fei.

Charged line defects

The analyses show that grain boundaries in CVD-grown graphene are "charged line defects" that act as obstacles to both charge transport and plasmon propagation, he says. This discovery goes some way towards explaining why electrons travel slower in such graphene than in defect-free samples. On the other hand, grain boundaries might be exploited as plasmon reflectors and phase retarders – which are essential components for future graphene-based plasmonic circuits. Indeed, the team says that it is already looking at making such circuits by creating charge barriers in graphene that are similar in structure to grain boundaries.
Plasmon reflectors are used to change the path of plasmon waves in a material, in analogy to a mirror (or a beam splitter) in optics, explains Fei. Plasmon phase retarders are used to add phase delay to the plasmon waves, in analogy to an optical waveplate. "Our experiments indicate that the graphene electronic barriers themselves are plasmon reflectors and phase retarders and so can be used to reflect plasmon waves and also to add phase delay to the reflected waves."

Shrinking optics

Controlling plasmons in this way could be particularly useful for shrinking the size of optical devices. This is because light can interact with surface plasmons to create waves called surface plasmon polaritons (SPPs), which have much shorter wavelengths than the original light. As a result, devices controlling SPPs can be much smaller than their optical counterparts.
The nano-imaging technique might also be used to analyse a variety of other materials in which plasmon waves exist, he adds. Such materials include metals, superconductors and topological insulators. It might even be extended to structures that support surface phonons waves (vibrations of the crystal lattice), such as dielectric materials, for example.
"The electronic properties of a grain boundary are largely related to its atomic structure so we will now be correlating our technique with an atomic-scale method such as scanning tunnelling microscopy, to study grain boundaries," says Fei. "Such studies will help us better understand the exact relationship between structure and properties of these defects."

Detección de nanopartículas peligrosas en alimentos

En los últimos años ha aumentado el uso de nanomateriales en el tratamiento de aguas, el envasado de alimentos, los pesticidas, los cosméticos y otras industrias. Por ejemplo, los agricultores han utilizado nanopartículas de plata como pesticida, debido a su capacidad para eliminar el desarrollo de organismos nocivos. Sin embargo, existe la preocupación creciente de que estas partículas puedan llegar a suponer un riesgo potencial para la salud humana y el medioambiente. En un nuevo estudio, unos investigadores de la Universidad de Missouri han desarrollado un método fiable para detectar las nanopartículas de plata en productos frescos y otros productos alimenticios.

Lin y sus colegas, entre los que se encuentran los científicos de la Universidad de Missouri Azlin Mustapha y Bongkosh Vardhanabhuti, estudiaron el residuo y la penetración de las nanopartículas de plata en la piel de las peras. En primer lugar, los científicos sumergieron las peras en una disolución de nanopartículas de plata similar a la aplicación de pesticidas. A continuación, las peras se lavaron y aclararon varias veces. Los resultados mostraron que, cuatro días después del tratamiento y lavado, las nanopartículas de plata todavía se encontraban en la piel, y que las partículas más pequeñas eran capaces de penetrar en la piel y alcanzar la pulpa de las peras.

martes, 15 de octubre de 2013

Disco duro biológico

Publicado el mayo 24, 2012 en CienciaFísica.

Creado un disco duro ‘biológico’ a partir de bacterias magnéticas

Las Magnetospirillum magneticum  se comportan como imanes microscópicos

Un equipo de la Universidad de Leeds, Reino Unido, ha utilizado un ‘truco’ de la naturaleza para construir un nuevo tipo de disco duro. Según explica Sarah Staniland, quien dirigió la investigación, ciertas cepas de bacterias absorben el hierro para hacer nanopartículas magnéticas que les permiten moverse utilizando el campo magnético de la Tierra. El equipo ha extraído la proteína de este proceso y la ha utilizado para crear patrones magnéticos que puedan almacenar datos. 
En el experimento se dispone de una superficie de oro recubierta de productos químicos con un patrón de tablero de ajedrez, de manera que un conjunto de cuadrados ordenados enlaza proteínas y otro las rechaza. A continuación, se aplica la proteína productora del imán y se recubre la superficie con una solución de hierro, de forma que los cuadrados cubiertos de esta proteína se convierten en material magnético.
Cada cuadrado magnético puede almacenar un bit, y hasta el momento cada uno es de alrededor de 20 micrómetros de ancho (una milésima de milímetro), demasiado voluminoso para almacenar datos con una densidad similar a los discos duros de hoy en día. No obstante, Staniland asegura que ahora va a probar con nano-cuadrados, 1.000 veces más pequeños y mucho más cercanos a la densidad del disco existente.
La expectativa de los investigadores es crear una unidad de disco duro con una sola partícula de hierro por cada cuadrado, lo que almacenaría hasta 1 terabyte de datos por pulgada cuadrada; mucho más allá de la capacidad de la mayoría de los discos duros.

lunes, 14 de octubre de 2013

¿Celdas solares óptimas?

Martes, 7 mayo 2013

Puntos cuánticos en un bosque de nanocables, ¿la receta para una célula solar óptima?

Usar partículas exóticas llamadas puntos cuánticos como la base de una célula fotovoltaica no es una idea nueva, pero los dispositivos de este tipo creados hasta ahora aún no convierten la luz solar en energía eléctrica con una eficiencia lo bastante alta. Un nuevo enfoque propuesto por un equipo de investigadores, insertar los puntos cuánticos en un bosque de nanocables, promete brindar una mejora significativa.

Los sistemas fotovoltaicos basados en diminutos puntos cuánticos coloidales tienen varias ventajas potenciales respecto a otros enfoques para crear células solares: Los puntos cuánticos se pueden fabricar mediante un proceso que funciona a temperatura ambiente, ahorrando energía y evitando complicaciones asociadas al procesamiento a alta temperatura del silicio y otros materiales tradicionalmente usados en sistemas fotovoltaicos. Los puntos cuánticos se pueden crear a partir de materiales baratos y abundantes que no requieren una purificación notable, como sí la necesita el silicio. Y es factible aplicar puntos cuánticos a una amplia gama de materiales baratos e incluso flexibles para substratos, como por ejemplo plásticos ligeros.

Sin embargo, al diseñar estos dispositivos, surge un conflicto grave. Existen dos necesidades contradictorias para obtener un sistema fotovoltaico eficaz: Se necesita que la capa absorbente de una célula solar sea delgada para que permita que las cargas pasen con facilidad de los sitios donde se absorbe la energía solar hasta los cables que trasmiten la corriente. Pero también se necesita que sea lo bastante gruesa como para absorber la luz de manera eficiente. Mejorar el rendimiento en una de estas áreas tiende a empeorar el de la otra.

Ahí es donde puede ser útil añadir nanocables de óxido de zinc. Estos nanocables tienen la conductividad suficiente para extraer cargas con facilidad, y son lo bastante largos como para brindar la profundidad necesaria para la absorción de la luz. Así lo ha demostrado el equipo de Joel Jean, Moungi Bawendi, Silvija Gradecak y Vladimir Bulovic, del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Cambridge, Estados Unidos.

El resultado es un aumento del 50 por ciento en la corriente generada por la célula solar, y un aumento del 35 por ciento en la eficiencia general. Una ventaja de los sistemas fotovoltaicos basados en puntos cuánticos es que se les puede ajustar para que absorban luz con un rango mucho más amplio de longitudes de onda que el de los dispositivos convencionales.

Ésta es una demostración preliminar de un principio que, mediante un mejor conocimiento de los detalles de funcionamiento del mismo, así como posteriores optimizaciones, puede llevarnos a nuevos tipos prácticos y baratos de dispositivos fotovoltaicos, tal como valora el equipo de Jean.

En el trabajo de investigación y desarrollo también han intervenido Sehoon Chang, Patrick Brown, Jayce Cheng y Paul Rekemeyer.

Información adicional.
Información extraída de "Noticias de la ciencia".

Aplicarán Nanotecnología Para Tratar La Tuberculosis

Una red de universidades e instituciones científicas a lo largo del país trabajan en el desarrollo de una nueva medicina para tratar la tuberculosis. La red está integrada por el Cuerpo Académico de Química y Biología de la Universidad Autónoma de Nuevo León (UANL), el Laboratorio de Toxicología del Departamento de Farmacia de la Escuela Nacional de Ciencias Biológicas del Instituto Politécnico Nacional (IPN) y el Instituto de Ciencias de la Salud de la Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo (UAEH).

El investigador Alejandro Chehue Romero adelantó que este fármaco permitiría, de una manera más efectiva y en menor tiempo, disminuir las repercusiones de la enfermedad en el organismo. De la misma manera indico que mediante el desarrollo del proyecto se hará uso de la nanotecnología optimizando el tratamiento del medicamento a través de formulaciones de nanopartículas.

El integrante de la Línea de Generación y Aplicación Innovadora del Conocimiento de Uso Racional de Medicamentos del Cuerpo Académico de Farmacia Clínica en la red de investigación de tuberculosis señaló que "Esta es una enfermedad contagio-infecciosa que compromete la respiración del paciente y no ha sido eliminada". Es por eso que los tratamientos tienen que estar a la vanguardia y es necesario el diseño de nuevas formas de liberación de fármacos ya que existen ciertas características particulares, como la falta de apego del paciente al tratamiento, lo que trae como consecuencia aumentar la dosis de antibióticos.

Las instituciones participantes trabajan en conjunto para complementar los estudios y posteriormente realizar el proyecto, el cual actualmente se encuentra en la fase preclínica. La UANL elabora las nanopartículas de rifampicina, el cual es el medicamento utilizado actualmente para el tratamiento de la tuberculosis, encapsula dichas nanopartículas y elabora el producto a nivel farmacéutico. Por otra parte la UAEH realiza pruebas en un modelo animal para comprobar la distribución del medicamento en el organismo determinando parámetros fármaco-cinéticos. De igual manera, es necesario probar que el medicamento sea seguro para futuro consumo humano, es por eso que la Escuela Nacional de Ciencias Biológicas realiza pruebas de toxicidad administrando a ratones determinadas cantidades de las formulaciones para evaluar la reacción del principio activo encapsulado.
Nanotecnología contra la tuberculosis