Polímeros Biocompatibles

Nanocables ultralimpios

Los nanocables Ultra-limpios producidos en el Nano-Science Center, Universidad de Copenhague tendrán un papel central en el desarrollo de nuevas células solares de alta eficiencia y electrónica a escala nanométrica.

Los nanocables son estructuras unidimensionales con propiedades eléctricas y ópticas únicas – una especie de bloques de construcción, que los investigadores utilizan para crear dispositivos a nanoescala.

En los últimos años, ha habido una gran cantidad de investigaciones en cómo los nanocables puede utilizarse como bloques de construcción en el desarrollo de células solares. Uno de los retos es controlar la producción de nanocables, y los nuevos nanocables ultra-limpios forman parte de la solución. Ellos se cultivan sin el uso de un metal catálisis como el oro, que tiene una tendencia a destruir la estructura perfecta de electrones que poseen los nanocables, haciéndolos menos útiles.

“Los cables ultra-limpios crecen sobre un sustrato de silicio con una capa muy delgada de óxido natural. El elemento galio, que es una parte del material de los nanocables, reacciona con el óxido y hace pequeños agujeros en la capa de óxido, y aquí el galio se acumula en gotas pequeñas de unos pocos nanómetros de espesor. Estas gotas capturan el elemento arsénico – el otro material en el nanocable, y a través de un efecto auto-catalítico inicia el crecimiento de los nanocables sin interferencia de otras sustancias”, explica Peter Krogstrup, estudiante de doctorado, quien está detrás del avance. Dicho avance es el resultado de un año de trabajo en el marco de su doctorado.

Nanotecnología contra falsificaciones

¿Cómo podemos saber que un billete de 20 euros es auténtico, que un Picasso es realmente un Picasso, o que lo que nos venden como un bolso Louis Vuitton no es una burda copia? Investigadores del Centro de Tecnología Nanofotónica de la Universidad Politécnica de Valencia han salido en nuestro auxilio y acaban de patentar un nuevo sistema de nanoetiquetas de seguridad óptica utilizando metamateriales fotónicos.

Las etiquetas ópticas son las “marcas” que se insertan de forma casi imperceptible, por ejemplo, en los billetes de euro o en documentos como el DNI para garantizar su autenticidad. Sin embargo, los materiales con los que están fabricadas actualmente no garantizan que no haya falsificaciones, un inconveniente que podría evitarse con la incorporación de los nuevos metamateriales fotónicos. Colocados sobre un determinado objeto (un billete, un documento, etc.), permiten conferirle veracidad e impedir su falsificación, según explican los investigadores en la revista Applied Physics Letter.

Asimismo, la aplicación de estas nuevas nanoetiquetas de seguridad óptica resulta de especial interés en objetos de alto valor como piezas de arte o prendas y complementos de alta costura de los que se quiera garantizar su autenticidad y evitar copias.

Con este nuevo invento los falsificadores lo tienen realmente difícil. “Es muy complicado producir un metamaterial con magnetismo a esas frecuencias, ya que para ello se utilizan las herramientas de nanofabricación más avanzadas”, añade Alejandro Martínez, coautor de la investigación.

Músculos artificiales

Ingenieros de la Universidad de Texas han desarrollado un músculo artificial en forma de gel, mucho más resistente que el acero, que podría usarse para crear robots con una fuerza sobrehumana.

El material está formado por nanotubos de carbono, y es transparente, casi tan ligero como el aire, elástico como la goma y más fuerte que el acero. Además, al recibir un estímulo eléctrico se puede expandir hasta triplicar su tamaño original en apenas milisegundos. Y todo ello a temperaturas tan bajas como -190 ºC o tan extremas como 1700 ºC.

En opinión del ingeniero canadiense John Madden, que analiza hoy el invento en la revista Science, el nuevo material “combina a la perfección las propiedades del diamante y la goma elástica”. “Es un ejemplo apasionante de cómo las nanoestructuras pueden conducirnos a combinaciones de propiedades imposibles con los materiales tradicionales”, afirma. Por eso, además de músculos artificiales para robots, Madden sugiere que en el futuro el nuevo aerogel podría utilizarse para crear implantes. El sueño del hombre biónico está cada vez más cerca.

Más información:

Prachi Patel

Músculos de nanotubos a prueba de calor, ligeros como el aire

http://www.technologyreview.es/read_article.aspx?id=35410

Televisores con CNTs

Científicos esperan que los nanotubos de carbono puedan ser utilizados en la fabricación de pantallas de LCD a nivel comercial. Ya se han desarrollado pantallas prototipo de 15 pulgadas.

La tecnología de la pantalla nano-emisiva (NED) consiste en hacer crecer nanotubos de carbono sobre un vidrio. Esta tecnología presenta la ventaja de obtener pan- tallas con mayor brillo, excelente uniformidad y pureza de los colores. En esta tecnología, los nanotubos remplazan otras fuentes convencionales de luz como pueden ser los LED (light emitting diodes) o el cristal líquido. En el caso de los nanotubos la tecnología se denomina FED (field emitter display).

En este nuevo tipo de pantallas, miles de nanotubos emiten electrones sobre una pantalla fluorescente que ilumina la imagen. Las pantallas basadas en nanotubos son en concepto similares a las clásicas CRT (cathode ray tube) pero con mejor resolución y calidad de imagen.

Más información en:

Michael Berger
Copyright Nanowerk LLC, 2006
http://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=316.php

Mecánica de la kinesina

Seguramente algunos de ustedes recuerdan el rayo tractor famoso en la serie de ciencia ficción Star Trek. ¿Se han preguntado qué tan lejos o cerca está esta tecnología de los avances cienEficos en la vida real? Las llamadas pinzas ópIcas son un instrumento científico que bien podría ser una analogía de la tecnología mostrada en la serie; no en la manipulación de naves espaciales pero sí para el manejo de elementos miscroscópicos.

La kinesina es un motor molecular que transporta material celular a lo largo de un microtúbulo. Para estudiar su mecánica se fija a una microesfera de latex y ésta se captura mediante una pinza ópIca. La kinesina al moverse tira de la esfera atrapada ejerciendo una fuerza sobre ella. Al mismo Iempo se mueve a lo largo del microtúbulo hasta que no puede vencer la fuerza de la trampa en cuyo momento se para. La pinza permite medir la fuerza del motor. Esta fuerza es de ∼7 pN. El movimiento del motor se realiza consumiendo energía proporcionada por la reacción química que transforma ATP en ADP.

El tamaño del paso es de 8 nm, y corresponde a la separación de los dímeros de tubulina que forman los microtúbulos. Para cada paso de 8 nm, la kinesina uIliza una sola molécula de combusIble.

Más información en:

Gutierrez, B., et. al.

Kinesin: An ATPase that steps along microtubules.

Stanford University.

Disponible en http://www.stanford.edu/group/blocklab/kinesin/kinesin.html

Opto-fluidos

La tecnología de trampas ópticas pretende ser utilizada en el campo de los opto-fluidos. Las nano-pinzas se valen del campo evanescente derivado de la luz que viaja a través de guías de onda. Este campo es como un aura que envuelve a la guía y ejerce una fuerza sobre las partículas a su alrededor. Gracias a unos resonadores que amplifican el campo, la fuerza con las que se pueden atraer las partículas se incrementa. Las guías de onda están hechas de nitruro de silicio, tienen un espesor de un par de cientos de nm y su campo evanescente se extiende hasta 0.5 um. La fuente de radiación utilizada es luz infrarroja a 1.064 um y es posible atrapar partículas de un orden de 5 nm.

Más información en:

Coffey, V.

The tiniest traps

Optics and Photonics News, 24(4): 24-31, 2013

Graba tus pensamientos

Algunas personas tienen mentes tan creativas o sueños tan alocados, que podrían hacer una película completa con ellos y volverse millonarios con ella. Si te consideras uno de ellos, probablemente en unos años seas capas de hacerlo gracias a los polimeros conductores.

Los polímeros conductores, y su interacción con sistemas biológicos se han vuelto un campo de gran interés debido a las grandes ventajas que ofrecen, las cuales son producto de sus propiedades mecánicas y químicas.

Entre sus características únicas encontramos:

1. La conducción tanto de portadores de cargas iónicas y electrónicas.
2. La formación de interfaces ideales con soluciones electrolíticas que carecen de óxidos.
3. Las interacciones de van der Waals permiten un mejor acoplamiento con tejidos biológicos.

Así un equipo de investigadores Franceses propusieron usar como electrodos un material compuesto llamado Poly(3,4-etilendioxitiofeno):poly(estirensulfonato) ó (PEDOT:PSS). La conugación p le da al PEDOT sus propiedades semicionductores, mientras que el PSS actua como un dopante tipo P.

Usando técnicas de microfabricación el grupo preparó un arreglo para electrocorticografía, en el cual se usó un sustrato de parileno, contactos de oro y aislamientos de parileno. se deposito un filme de PEDOT:PSS en agujeros de la capa de aislamiento, para que así funcionara como electrodo  El grosor total del arreglo resulto ser de 4 µm, y aun así puede ser manipulado sin problemas por un cirujano.

Los arreglos se colocaron en la corteza somatosensorial de ratas anestesiadas y se realizaron grabaciones de su actividad cerebral posteriores a la adicion de bicuculina, el cual es un receptor antagonista del GABAa que genera ondas las cuales imitan los picos epilepticos (figura C).

Si bien los picos que arroja el cerebro de un ratón están lejos de una película, este tipo de arreglos representan un avance en el monitoreo de señales cerebrales, lo cual puede ayudarnos a comprender mejor distintos tipos de desordenes mentales.

Polímeros para la regeneración de cerebros de ratas

El término biomaterial no es ajeno a nuestra realidad ya que cada vez es más común encontrar este concepto en publicaciones médicas, químicas o nanotecnológicas e inclusive en medios más populares como noticieros o revistas de divulgación. De acuerdo a la Sociedad Europea de Biomateriales (1991) los biomateriales son aquellos “materiales utilizados para evaluar, tratar, corregir o reemplazar cualquier tejido, órgano o función del cuerpo humano” lo que implica que están expuestos de forma permanente o temporal a fluidos biológicos aún estando ubicados fuera del cuerpo humano. Para su estudio, es escencial comprender la naturaleza de su interacción con nuestro sistema biológico.

En los últimos años se ha estudiado la compatibilidad de biomateriales poliméricos en el cerebro y su efectividad para favorecer la neurregeneración en zonas con algún tipo de daño o lesión cerebral. Este trabajo fue realizado in vitro y mediante la implantación en el cerebro de ratas adultas.

Los resultados muestran que este tipo de implantes, fabricados con un material sintético biocompatible, el copolímero de acrilato, son colonizados en dos meses por células neuronales progenitoras e irrigados por nuevos vasos sanguíneos. Para los investigadores, esto permite la generación, dentro de estas estructuras, de nuevas neuronas y células gliales, capaces de reparar un tejido cerebral lesionado, entre otras causas, por un traumatismo, un ictus o una enfermedad neurodegenerativa.

Más información en:

Soria. J. 

Uso de biomaterials con fines angiogénicos en el sistema nervioso central tras daño cerebral. 

Fundación MAPFRE en la Convocatoria Ayuda a la Investigación 2008. 

http://www.fundacionmapfre.org/fundacion/es_es/images/uso-de-biomateriales-con-fines-angiogenicos-en-el-sistema-nervioso_tcm164-13128.pdf

¿La capa de invisibilidad?

Muchos han de recordar el regalo anónimo de Harry Potter recibió durante su primera Navidad en Hogwarts: una capa de invisibilidad. Esta curiosa prenda tenía la propiedad de volver invisible a su portador. Claro está que esta es sólo una fantasía de la literatura pero ¿qué tan lejos estamos de lograr un artefacto similar?

Para describir cómo se desvía la luz al atravesar un material existe una magnitud física llamada índice de refracción, que se define como el cociente entre la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad de la luz en ese material. Éste se deriva de la colisión entre las ondas electromagnéticas y las partículas que forman al material. ¿Qué ocurriría si el índice de refracción de un material fuese negativo? Si la luz viajase de un medio con índice de refracción positivo a otro que lo tuviese negativo (o viceversa), se desviaría hacia el mismo lado de la normal por el que llegó. Esta diferencia puede parecer insignificante, pero afectaría notablemente la forma en la que visualizamos los objetos. 

En 2006 se anunció que un equipo de investigadores estadounidenses e ingleses, encabezado por John Pendry, del Imperial College en Londres, había conseguido que un pequeño anillo de cobre se hiciera invisible a las microondas usando metamateriales. El objetivo de la invisibilidad se había conseguido. Las microondas son un tipo de ondas electromagnéticas que nuestros ojos no ven. La luz visible, que es la que captan nuestros ojos, se limita a la estrecha franja de longitudes de onda comprendida entre los 380 y los 780 nanómetros. El ojo percibe cada una de estas longitudes de onda como un color diferente, desde violeta hasta rojo.

Podríamos pensar que si se ha conseguido la invisibilidad para las microondas, debería ser igual de sencillo hacerlo para otra longitud de onda cualquiera. Pero no es así. Para que un metamaterial tenga refracción negativa, los detalles de su estructura deben ser de tamaños menores que la longitud de onda de la luz utilizada. En el caso de las microondas, la longitud de onda es de unos tres centímetros, por lo que el metamaterial debe tener estructuras que sean menores que esos tres centímetros. Sin embargo, para que un material fuera invisible al ojo humano, sus partículas debería ser menores a 380-780 nanómetros.

A principios de 2007 se dio a conocer el primer metamaterial que operaba en el rango visible de la luz. El metamaterial fue creado por el grupo de investigación de Costas Soukolis, del Laboratorio Ames del Departamento de Energía de Estados Unidos y sus colegas Stefan Linden y Martin Wegener de la Universidad de Karlsruhe, en Alemania. Las pruebas demostraron que este nuevo metamaterial, (capas alternas de plata y fluoruro de magnesio separadas apenas 100 nanómetros), tenía un índice de refracción de -0.6. Esto no significa que ya se haya logrado la invisibilidad para la luz visible, pero un requisito previo para hacerlo es que el material tenga un índice de refracción negativo.

Ustedes qué opinan... ¿Quién quisiera una capa de invisibilidad como regalo de Navidad?

Más información en:

Martín, D. Invisibilidad a la Vista, 

http://www.comoves.unam.mx/numeros/articulo/124/invisibilidad-a-la-vista

Un Chico y su átomo

Nuevamente IBM nos da la impresión de que sus científicos tienen demasiado tiempo libre, y es que a 23 años de haber escrito su logo con 35 atomos de Xenon presentan la primera nanopelicula hecha sobre una superficie de cobre con ayuda de un microscopio de efecto de tunelaje.

La película, realizada con 246 marcos, presenta a un niño jugando con su átomo y brincando sobr un trampolín. Si bien esta parece una de esas aplicaciones inutiles, IBM asegura haber hecho un gran avance en el almacenamiento y compresión de grandes cantidades de datos.

De cualquier forma, para su deleite aquí esta la primera "Nanopelícula" y su making of.

Un paso más cerca hacia las computadoras cuánticas

El profesor Weimin Chen y sus colegas en la Universidad de Linköping, en cooperación con investigadoras alemanes y estadounidenses, han tenido éxito en inicializar y leer spins nucleares, relevantes a los qubits para las computadoras cuánticas, a temperatura ambiente.

'Se podría decir que una computadora cuántica puede pensar muchas cosas simultáneamente, mientras que una computadora tradicional piensa piensa una cosa a la vez0, dijo Weimin Chen, profesor enla División de Materiales Electrónicos Funcionales en el departamento de Física, Química y Biología en LiU, y uno de los autores principales del artículo publicado en Nature Communications. 

Con la ayuda de un filtro de spin (que deja pasar a los electrones que tienen la dirección del spin deseado y descarta a los no deseados) ahora han tenido éxito en producir un flujo de electrones libres con un spin dado en un material (en este caso arseniuro de galio de nitrógeno). La polarización del spin es tan fuerte que crea una polarización fuerte del spin nuclear y átomos extra de Ga que son añadidos como defectos en el material, y esto toma lugar a temperatura ambiente. Esta es la primera vez que la polarización fuerte del spin nuclear de un átomo defectuoso en un sólido es demostrado a temperatura ambiente por la conducción de electrones con el spin polarizado.

'Hemos comprobado experimentalmente que el campo magnético que se puede medir de los núcleos, así como la polarización fuerte de los spin nucleares en el material a temperatura ambiente viene de la polarización dinámica del spin nuclear de los átomos de Ga extras añadidos', dice Chen.

Referencia
Y. Puttisong, X.J. Wang, I.A. Buyanova, L. Geelhaar, H. Riechert, A.J. Ptak, C.W. Tu, W.M. Chen. Efficient room-temperature nuclear spin hyperpolarization of a defect atom in a semiconductor. Nature Communications, 2013; 4: 1751 DOI: 10.1038/ncomms2776

Grafeno contra la fricción.

El desgaste y la fricción siguen siendo uno de los principales dolores de cabeza de los ingenieros cuando se trata de poner en contacto piezas de acero que estarán en constante movimiento. Esto se debe a que, a pesar de la gran cantidad de lubricantes que existen, muchos tienen severas repercusiones medioambientales, además de que deben ser renovados con frecuencia debido a la rapidez con la que se degradan.

Como una alternativa, un grupo de cientificos liderados por Ali Erdemir, demostraron que el grafeno es capas de disminuir dramáticamente el desgaste y el coeficiente de fricción en el acero. 

Esto es importante para maximizar la eficiencia energética, ya sea producción o consumo, al disminuir la fricción en las maquinas con este tipo de mecanismos en los cuales hay roce de estructuras de acero, tales como ventiladores, o turbinas de viento.

La ventaja del grafeno en contraste con los típicos materiales lubricantes, además de lo ya mencionado, es la durabilidad de las hojuelas de este material y por tanto la disminución de la frecuencia con la que este debe ser aplicado en la maquina, reduciendo así gastos de mantenimiento, además de la facilidad con la que este lubricante puede ser aplicado. Cabe mencionar que también es amigable con el medio ambiente a diferencia de los típicos lubricantes basados en aceites.

Manipulación óptica de nanocables de plata

Por Adriana Sierra Romero

Los nanocables de plata han sido estudiados a fondo debido a que presentan cualidades que les permiten ser usados en circuitos fotónicos. Sin embargo, para que sean funcionales deben manipularse con precisión nanométrica en las tres dimensiones. Existen diversas técnicas con resultados aceptables, pero lo que se busca es la manipulación individual de estas estructuras.

Las pinzas ópticas de rayo Gaussiano se han utilizado exitosamente para manipular nanopartículas, nanocables semisconductores entre otros. Sin embargo, el tamaño de los nanocables de plata impide que sean atrapados por este tipo de rayo. ¿Qué opciones se tienen, entonces? El equipo de investigación de la Universidad de Chicago demostró que nanocables de plata pueden ser atrapados, trasladados y orientados en tres dimensiones usando una trampa óptica formada de un rayo Fourier polarizado linealmente y su propia reflexión. También es importante controlar las propiedades de la superficie tanto de los nanocables como del sustrato de tal forma que la interacción entre ellos sea débil o repulsiva. De igual forma es necesario inmovilizar los nanocables una vez en la posición deseada (con el uso de materiales fotopolimerizables). 

Se espera que esta técnica pueda extenderse a nanocables de oro u otros metales y semiconductores al igual que a otro tipo de estructuras.

Más información en:

Three-Dimensional Optical Trapping and Manipulation of Single Silver Nanowires

Zijie Yan, Justin E. Jureller, Julian Sweet, Mason J. Guffey, Matthew Pelton, and Norbert F. Scherer

Nano Letters, 2012

DOI: 10.1021/nl302100n