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

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

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