NANOTUBOS DE ORO PARA COMBATIR EL CÁNCER

La ciencia ha demostrado que los nanotubos de oro tienen numerosas aplicaciones en la lucha contra el cáncer: entre otras cosas, se podrían utilizar en nanosondas internas para la obtención de imágenes de alta resolución, que servirán como vehículos para la administración de fármacos y como agentes para la destrucción de células cancerosas. 

Ahora, un estudio publicado en la revista científica Advanced Functional Materials describe, por primera vez, el éxito de un tratamiento con nanotubos de oro en un modelo ratón con un cáncer humano.

Según la Directora del estudio, la Dra. Sunjie Ye, de la Facultad de Física y Astronomía y del Instituto Leeds de ciencias bioquímicas y ciencias clínicas de la Universidad de Leeds: “Las elevadas tasas de recurrencia de los tumores tras su extirpación quirúrgica siguen siendo un enorme desafío en las terapias contra el cáncer. Para prevenir esto, a menudo se administran quimioterapia o radioterapia después de la cirugía, pero estos tratamientos tienen graves efectos secundarios”.

El éxito de la nueva investigación dirigida por la Dra. Sunjie Ye, consiste en el desarrollo de una nueva técnica de síntesis de nanotubos que permite controlar la longitud de los nanototubos fabricados.

Los investigadores observaron que la longitud de los nanotubos influía en su capacidad para absorber la luz. Utilizando esta nueva técnica de fabricación, los investigadores fueron capaces de producir nanotubos de oro con las dimensiones adecuadas para absorber un tipo de luz llamado "infrarrojo cercano". 

Si se aplica una luz con la frecuencia adecuada a los nanotubos mientras circulan por el cuerpo, éstos absorben la luz y se calientan. Utilizando un haz de luz láser pulsado, los investigadores lograron incrementar rápidamente la temperatura de los nanotubos hasta conseguir una temperatura lo suficientemente elevada como para destruir las células cancerosas.

Además, en estudios realizados con células, los investigadores afirmaron ser capaces de modular la función de los nanotubos ajustando el brillo del láser, para hacer que actúen como agentes para la destrucción de células cancerosas o bien como agentes para la obtención de imágenes de contraste. 

Para ver los nanotubos de oro inyectados en el cuerpo de los ratones por vía intravenosa, los investigadores utilizaron una nueva técnica de imagen llamada "tomografía opto acústica multiespectral" (MSOT).

Con esta técnica, demostraron también que los nanotubos de oro abandonan el cuerpo mediante excreción y, por lo tanto, es improbable que puedan causar problemas en términos de toxicidad, algo fundamental para su uso clínico. 

En el futuro, se podrían desarrollar nanotubos con un núcleo central hueco que se podría llenar con una carga útil terapéutica y dirigirlos hacia los tumores. Esta combinación de direccionamiento y liberación localizada de un agente terapéutico podría utilizarse, en esta era de la medicina personalizada, para identificar y tratar el cáncer con una toxicidad mínima para los pacientes.

Fuente: Euroresidentes (Nanotecnología & Nanociencia)

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NUEVO TIPO DE NANOPARTÍCULAS DETECTA LAS CÉLULAS DE CÁNCER EN LA SANGRE

Imagen: Células cancerosas con genes específicos adquieren un resplandor rojo una vez que son infiltradas por las nanopartículas (izquierda), Las nanopartículas no brillan en las células sin gen (derecha).

Crédito: International for Nanotechnology at Northwestern University

Alrededor de 8 millones de personas mueren en todo el planeta, de cáncer cada año.

Los pacientes y los médicos, a menudo no saben si la cirugía para extirpar el tejido canceroso tuvo éxito hasta las exploraciones que se efectúan un mes más tarde.

Un nuevo tipo de nanopartículas podrían mostrar mucho antes a los médicos y pacientes la evolución de la cirugía.

Las nanopartículas llamadas nanoflares (nano-llamaradas), se adhieren a  las células cancerosas en forma individual en una muestra de sangre y luego se iluminan, permitiendo que las células cancerosas sean detectadas permitiendo clasificarlas con la ayuda de un láser.

Hay diferentes tipos de células cancerosas, algunas de las cuales son más letales y pueden ser detectadas, otras, son recogidas mediante una técnica que logra poder cultivarlas en un plato. Las nanopartículas  hacen más fácil  probar potenciales tratamientos antes de administrárselos a los pacientes.

También los investigadores han demostrado que estas nanopartículas son capaces de: Detectar diferentes tipos de células de cáncer de mamas en ratones; Identificar las células de cáncer de mama añadidas a la sangre humana en un laboratorio. Este trabajo apareció en la Revista Proceedings of the National Academy of Sciences

El siguiente paso, es ver si las nanopartículas pueden encontrar células de cáncer en las muestras de de sangre de los pacientes.

Cada Nanoflare contiene fragmentos de ADN específicos, cuidadosamente seleccionados para que correspondan con el ARN presente en determinadas células cancerosas. Cuando se introducen en una muestra de sangre, las  nanopartículas entran en la célula cancerosa y el ADN se enlaza al ARN que es el objetivo, liberando unas moléculas fluorescentes, haciendo que la célula brille. De este modo, es posible detectar diferentes tipos de células cancerosas, incorporando diferentes fragmentos de ADN y moléculas fluorescentes de diferentes colores.

Otros investigadores están desarrollando enfoques similares para la detección de células tumorales circulantes, a menudo, utilizando nanopartículas que se unen a la superficie de las células cancerosas. Sin embargo, según Shad Thaxton, profesor de urología de la Universidad de Northwestern y uno de los investigadores que participa en el trabajo,  el nuevo enfoque ofrece dos potenciales ventajas con respecto a otros enfoques: Permite diferenciar mejor entre varias células cancerosas y Mantiene las células vivas para su posterior cultivo.

Hasta que se aprueben las pruebas con nanoflares para el tratamiento del cáncer de mama o de otras formas de enfermedad, podrían pasar años, pero dado que la técnica permite cultivar y probar en laboratorio tipos específicos de cáncer, mientras tanto se podrían utilizar estas nanopartículas para entender mejor el cáncer y ayudar a descubrir nuevos fármacos, señala el autor del estudio Chad Mirkin, Director del Instituto Internacional de Nanotecnología de la Universidad de Northwestern.

Fuente: Euroresidentes Noticias de Nanotecnología y Nanociencia /  MIT Technology Review 

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Nanoparticle Detects the Deadliest Cancer Cells inBlood

Noticias de Nanotecnología

Glosario: Nano = milmillonésima parte de una unidad, aproximadamente 70 mil veces menos que el espesor de un cabello.

MOTOR DE GRAFENO DE TAMAÑO NANOMÉTRICO

Imagen de un motor de combustión a tamaño nano; se muestra la fabricación de un simple pero potente motor de grafeno, de  1 nm de grosor; el motor cuenta con una gran membrana que hace de pistón de grafeno elástico. Crédito: Jong Hak Lee et al.,motor de grafeno.

  

Un equipo de investigación, liderado por el Dr. Barbaros Özyilmaz de la Universidad Nacional de Singapur, ha desarrollado un motor de grafeno de tamaño nanométrico, mediante una  sola capa de grafeno  la cual fue irradiada con una luz  láser, se infla en forma explosiva.

El motor consta de una capa gruesa de un átomo de carbono, el grafeno, que los investigadores colocaron sobre una superficie de silicio. Luego prepararon moléculas individuales de trifluoruro de cloro (CLF ₃ ), una sustancia altamente reactiva que forma un enlace químico con los átomos de carbono.

La irradiación de este cuerpo con un láser, hace que se rompan al igual que globos, la CLF ₃ se expande a una velocidad vertiginosa y la presión por debajo de la capa de grafeno crece hasta alrededor de diez megapascales - lo suficiente para hacer sobresalir los grafenos rígidos. Si se apaga la luz, el sistema vuelve a su estado inicial. En el experimento, un ciclo duró 0,001 segundos y en las pruebas iniciales, los investigadores no pudieron detectar alguna degradación en el rendimiento, incluso después de 10.000 pasadas.

Hasta el momento en que la burbuja se expande, se puede ajustar con el láser a una potencia de 0,32 milivatios inflando el grafeno en una burbuja de 550 nanómetros de diámetro - un poco más que la longitud de onda de la luz utilizada. El grafeno es un material muy resistente ; solamente a unos ocho milivatios el grafeno debido a las secuelas se rompe.

Özyilmaz y su equipo quieren profundizar ahora en su motor y en las posibles áreas en que se pueda aplicar; consideran que por ser un componente de pequeña dimensión,  podría ser utilizado en forma fácil en sistemas MEMS y NEMS  e integrarlo al igual que un chip. 

Sólo la CLF ₃ podría hacer algo a través de ellos ya que no es sólo fácil de usar y puede conducir a problemas graves de salud.

El trabajo investigativo se encuentra en NANO Letters DOI 10.1021/ NI500568d

© Spektrum.de

Traducción libre del alemán por SOCA

DETECCIÓN DE NANOPARTÍCULAS PELIGROSAS EN LOS ALIMENTOS

Peras

 Crédito: Wikipedia Commons

Los últimos años se han caracterizado por el incremento de tecnologías en desarrollo, utilizadas en todo ámbito, y en especial, el uso de NANOPARTÍCULAS en los tratamientos de agua,  en el envasado de alimentos, en los pesticidas, en los cosméticos, etc.

Investigadores de la Universidad de Missouri  han planteado, por ejemplo,  como los agricultores han utilizados las nanopartículas de plata, como pesticidas debido a su capacidad en la eliminación del desarrollo de organismos nocivos. Sin embargo,  existe la creciente preocupación de que estas partículas puedan llegar a suponer un riesgo para la salud de los seres humanos y el medio ambiente.

Los Investigadores desarrollaron un método fiable para detectar las nanopartículas  plata en productos frescos y otros productos alimenticios. Mengshi Lin, profesor asociado de ciencias de la Alimentación de la Facultad de Agricultura Alimentación y Recursos Naturales de la Universidad de Missouri ha señalado que: “Más de 1.000 productos presentes en el mercado, están basados en la nanotecnología; esto es preocupante porque no conocemos la toxicidad de las nanopartículas. Nuestro objetivo es detectar, identificar y cuantificar estas nanopartículas en los alimentos y los productos alimenticios, y estudiar su toxicidad tan pronto como sea posible”.

Lin y sus colegas, entre los que se encuentran los científicos Azlin Mustapha y Bongkosh Vardhanabhuti también de la Universidad de Missouri, han estudiados los residuos 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; luego, 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 entrar en la piel y alcanzar la pulpa de las peras.

“La penetración de las nanopartículas de plata es peligrosa para los consumidores, porque tienen la capacidad de reubicarse en el cuerpo humano después de la digestión” señala Lin, “Por lo tanto, las nanopartículas más pequeñas pueden ser perjudiciales para los consumidores que sus similares de mayor tamaño”.

Cuando estas nanopartículas se ingieren, pasan a la sangre y al sistema linfático, circulando a través del cuerpo humano alcanzando lugares potencialmente sensibles, como el bazo, el cerebro, el hígado y el corazón.

En la actualidad existe la creciente tendencia a utilizar otros tipos de nanopartículas, situación que ha revolucionado la industria de los alimentos, mejorando sabores y la administración de suplementos, manteniendo en esta forma durante más tiempo, los alimentos frescos y dando más brillo a los colores de los alimentos; sin embargo, a los investigadores les preocupa que el uso de las nanopartículas de plata pueda dañar el cuerpo humano.

Lin señala: “Este estudio ofrece un enfoque prometedor para la detección de la contaminación por nanopartículas de plata en los cultivos de alimentos y otros productos agrícolas”.

Este interesante tema, hace pensar que controles existen en nuestro país, de los alimentos externos, especialmente en los meses que su producción local decae y los stocks se mantienen importando frutas, vegetales y otros alimentos. ¿Es considerada la nanotecnología en sus controles?

Se hace necesario estar alerta ante eventuales y posibles consecuencias negativas en la población, derivado del consumo de alimentos tanto locales como externos, que por dar un mejor aspecto de ellos, mantención por más largo tiempo o un mejor sabor,  pueda existir un factor perjudicial, que pasa desapercibido en sus orígenes y más adelante nos encontremos con nuevos tipos de enfermedades.

Fuente: Medical News ToDay / Nanotecnología Euroresidentes

Leer más sobre el tema:

“Silver  nanoparticles may adversely affect  environment”

“Nanotech Projects for Food sector outlined at Conference”

EL AGUA POTABLE Y EL "GRAFENO"

De vez en cuando, desde la física fundamental, emerge una nueva tecnología que tiene un efecto realmente transformador en la sociedad. Radiografías e Internet son dos ejemplos evidentes de la historia. Pero es difícil predecir  cuál de las nuevas tecnologías de hoy en día tiene el potencial de impactar en forma importante en el mundo. 

La Revista Physics World en su 25 aniversario, ofreció una gama de tecnologías emergentes de empresas que investigan desde la física, cuyos resultados podrían  influir en la vida cotidiana de los seres humanos dentro de los próximos 25 años.

El vídeo que inicia esta entrada, muestra una de esas tecnologías emergentes; de cómo utilizar el Grafeno para producir agua potable. Fue filmada por los científicos en la Universidad de Manchester y muestra su gran potencial nanoporoso. "El grafeno es muy impermeable, incluso gases muy ligeros no pasan a través", explica el científico de materiales Sarah Haigh. "Si fuéramos capaces de adaptar el tamaño de los poros dentro de la red de grafeno, podría ser posible producir un filtro muy selectivo".También aparece en la película Vincent Casey, gerente de soporte técnico de la organización benéfica WaterAid, que cree que las membranas de grafeno podrían ayudar a satisfacer la demanda de agua en el mundo en desarrollo. "Durante los últimos 40 años ha habido una tendencia creciente hacia el uso de la ósmosis inversa y la tecnología de membranas en el suministro de agua desalinizada, por el que se mueve el agua a través de una membrana semi-permeable", explica.

  

Imagen: Micrografía electrónica de barrido de una lámina de grafeno fuertemente arrugado, en una oblea de silicio – Crédito: Fundación Fundamental de la Materia de los Países Bajos / APS Physics

El Grafeno es una sustancia formada por carbono puro, con átomos dispuestos en un patrón regular hexagonal similar al grafito, pero en una hoja de un átomo de espesor, es muy ligero, una lámina de 1 metro cuadrado, peso sólo 0,77 miligramos. Es un alótropo, un teselado hexagonal plano, al igual que un panal de abejas, formado por átomos de carbono y enlaces covalentes que se generan a partir de la superposición de los híbridos sp2 de los carbonos enlazados.

Este extraño material, como originalmente se le llamaba, fue aislado por primera vez por Andre Geim y Konstantin Novoselov de la Universidad de Manchester, Inglaterra, el 22 de octubre de 2004. Por este hallazgo Obtuvieron el Premio Nobel de Física en el 2010.

La publicidad que rodea  al grafeno, se ha centrado en sus extraordinarias propiedades electrónicas, incluso se piensa  producir un smartphone flexible y ultrafino con este material.

Representación artística del grafeno - Wikipedia

 Pero  hay algo más importante, por cuanto, a pesar de ser sólo un átomo de espesor,  el grafeno parece ser  impermeable a casi todos los líquidos y gases. Si  se le perfora con agujeros de un apropiado tamaño, o se crean membranas de copos de grafeno pegadas entre sí, dejando  huecos de tamaño adecuado entre los copos, el material puede ser utilizado para filtrar las impurezas del agua.

Aún cuando existe un gran potencial en las membranas de grafeno, quedan  muchos retos que superar en la búsqueda de una fuerte tecnología que la haga viable en lograr agua potable.

El reportaje se encuentra en Physics Wolrd,  APS y Nanotechweb

Fuente: Nanotechweb / APS / Wikipedia

DETECCIÓN DEL NIVEL DE HIERRO EN LA SANGRE MEDIANTE NANODIAMANTES

Imagen de microscopio de nanodiamantes, cada uno mide aproximadamente 100 micras de diámetro [una micra o micrómetro es la millonésima parte del metro [µm], Los defectos específicos de la red no sólo imparten un color de los diamantes, también proporcionan la base del campo magnético del sensor. Las porciones de estos nanodiamantes fueron obtenidos por el equipo de la Universidad de Ulm en pelotas de 20 nm [nanómetros]. Crédito: Cortesía de Fedor Jelezko 

 Un grupo internacional de investigadores ha desarrollado un biosensor  de nanodiamantes que puede determinar el contenido de hierro en la sangre. El sensor utiliza defectos en los pequeños diamantes para detectar una proteína particular que almacena hierro en la sangre y que también se encuentra en muchos tipos de organismos vivos. Los investigadores esperan ampliar la tecnología del sensor para permitir la detección de otras proteínas.

El hierro abunda en la mayoría de los organismos vivos - y las proteínas que contienen el metal se encuentran en todo, desde los micro-organismos unicelulares a los seres humanos. En los seres humanos, las deficiencias de hierro son causadas principalmente por la mala nutrición pudiendo conducir a la anemia, mientras que un aumento del nivel de hierro puede indicar la presencia de una respuesta inflamatoria aguda. Por lo tanto, la medición precisa de los niveles de hierro en la sangre es una esencial herramienta de diagnóstico médico.

Detección

Sin embargo, la detección de proteínas individuales específicas en  las muestras biológicas no es poca cosa; los métodos actuales implican el uso de marcadores orgánicos - tintes fluorescentes y proteínas - o puntos cuánticos. En cambio, los marcadores tienden a la lejía después de haber sido usados durante un tiempo y los puntos cuánticos pueden degradar la muestra. Los análisis de sangre estándar implican la detección de una proteína, conocida como ferritina, responsable del almacenamiento y el transporte de hierro pudiendo contener hasta 4.500 iones de hierro magnéticos. Gracias a la utilización de los colorantes orgánicos o los puntos cuánticos, los resultados pueden ser poco concluyentes, ya que indirectamente infieren las cantidades de hierro.

Un equipo dirigido por el físico Fedor Jelezko en la Universidad de Ulm en Alemania, junto con colegas de China, ha desarrollado un método para detectar la ferritina con diamantes de tamaño nanométrico que contienen imperfecciones de la red conocidos como defectos de nitrógeno vacantes (NV). Estos defectos se producen cuando dos átomos de carbono vecinos en el diamante se sustituyen por un átomo de nitrógeno y dejando un sitio de celosía vacío. Tales sitios NV son capaces de detectar campos magnéticos débiles. Esto fue precisamente lo que los investigadores estaban buscando, ya que cada átomo de hierro ferritina con destino genera un pequeño campo magnético que normalmente es difícil de medir.

Sitios especiales

Jelezko dijo a  physicsworld.com que los sitios NV fueron cruciales para el desarrollo del nuevo sensor. Por ello, los investigadores de la Universidad de  Ulm emparejados con Huan-Cheng Chang y sus colegas de la Academia Sinica en Taiwán, irradiaron los nanodiamantes que estaban disponibles comercialmente, con iones pesados ​​creando así las NVs.

Espectro estelar

Como una evidencia de la prueba de principio de los investigadores, utilizaron los nanodiamantes para detectar una muestra purificada de la proteína ferritina en lugar de una muestra obtenida directamente de la sangre. Para ello, Jelezko y sus colegas tuvieron que encontrar una manera de absorber la ferritina en la superficie del diamante. Esto se hizo utilizando las interacciones electrostáticas entre las nano-diamantes y las proteínas ferritina, dando como resultado un enlace no covalente formado entre la superficie del diamante y un grupo amino en la proteína. Los investigadores detectaron entonces la ferritina a través del "ruido magnético" generado por los átomos de hierro en la proteína al  someterlos a un constante tirón  durante sus momentos magnéticos inestables.

"Esencialmente Medimos la amplitud del ruido magnético en los sitios NV", dice Jelezko. También señala que, si bien en la mayoría de experimentos de ruido de cualquier tipo es un obstáculo, en este caso es crucial. "De hecho, no sólo detectar la amplitud, sino también la frecuencia y por lo tanto el espectro del ruido," dice Jelezko. Explica, además, que los investigadores pueden utilizar sus resultados para calcular el número de átomos que son responsables para generar el ruido – a mayor cantidad de átomos, mayor es la frecuencia de la voltea. Jelezko compara esta técnica a la astronomía, donde el espectro de una estrella revela su composición y procesos internos."No tocamos el hierro dentro de la proteína, que mide el ruido que sale en lugar y por eso tenemos una técnica sin contacto", dice. 

Imagen: Diamantes de tamaño nanométrico que contienen centros vacantes de defectos de nitrógeno [NV] determinados por nanosensores  que prometen un entorno biológico debido a su biocompatibilidad, fluorescencia brillante y alta sensibilidad magnética en condiciones ambientales optimas. Aquí… (*) Crédito: Nano Letters

Detección Directa

El equipo observó una reducción significativa tanto en la coherencia y el tiempo de relajación del espín de un NV causado por la presencia de la ferritina - de hecho, el efecto observado era lo suficientemente grande para una sola molécula de ferritina cerca del sensor para ser detectada. Los investigadores también utilizaron un modelo teórico para validar el método, para asegurar que las señales que se midieron fueron consistentes con la presencia de la ferritina.

El nuevo trabajo muestra que los biosensores NV son un desarrollo prometedor gracias a su bio-compatibilidad y alta sensibilidad magnética en condiciones ambientales optimas. Jelezko dice que el método pronto podría ser utilizado para detectar hierro en muestras de sangre en forma directa, colocando simplemente el nanodiamante en una muestra de sangre y luego lavar todo la ferritina;  o mediante la creación de un canal de microfluidos en el diamante para enviarlo a través de la muestra. También piensa que los ensayos clínicos con muestras de sangre real podrían llevarse a cabo con facilidad, sobre todo gracias al hecho de que se requiere sólo una pequeña muestra. Por el momento, el equipo estudia otras proteínas y sustancias de la sangre, que ouedan detectarse mediante el sensor.

La investigación  liderada por A. Ermakova, G. Pramanik, F. Jelezko et al., fue publicada en la revista Nano Letters . bajo el título “Detection of a Few Metallo-Protein Molecules Using Color Centers in Nanodiamonds”  DOI:10.1021/nl4015223

Fuente: Compilado de Physics World [Reportero Tushna Comisario]

Traducción libre de SOCA

CON DIELÉCTRICO ARRUGADO TRANSISTORES TRANSPARENTES DE GRAFENO Y NANOTUBOS DE CARBONO

Imagen: Esquema de la fabricación del dispositivo estirable… [leer más aquí] – Crédito: Nature Materials

En la revista Nature Materials aparece el trabajo de un equipo de investigadores del Centro de Física de Nanoestructuras Integradas [CINAP], Instituto de Ciencias Básicas [IBS], Departamento de Ciencias de Energía del Departamento de Física de la Universidad Sungkyunkwan, Suwon de la República de Corea; el Departamento de Química y Bioquímica Instituto de Nanosistemas de la Universidad de California, Los Ángeles y otros, han logrado una nueva  posibilidad  de obtener una película de transistores delgada y flexible utilizando grafeno y nanotubos de carbono, desarrollados  en dispositivos extensibles y transparentes. El efecto combinado de campo del grafeno de pared simple de electrodos de nanotubos de carbono y un canal SWCNT en una red con una capa dieléctrica inorgánica geométricamente arrugada de Al2O3 que atrapa aire y es capaz de resistir un estiramiento de hasta un 20% sin una apreciable degradación de sus propiedades.

El trabajo técnico de Saang Hoon Chae et al., titulado "Transferred Wrinkled Al2O3 for Highly Stretchable and Transparent Graphene-Carbon Nanotube Transistors" se encuentra en  Nature Materials 12-403-409 2013

Fuente: Nature Materials 

IMPLANTES DE RETINA, GRAFENO Y LA BIOELECTRÓNICA

Imagen compuesta mostrando [10 micrómetros] una célula neuronal en la ONU SGFET hecha de grafeno y su vinculación  – Crédito José A. Garrido

El grafeno es un material de dos dimensiones con excepcionales propiedades electrónicas y un enorme potencial para aplicaciones prácticas.

Un equipo de la Universidad Técnica de Múnich, compuesto por Lucas H. Hess, Max Seifert y José A. Garrido ha desarrollado un trabajo que ofrece una eventual solución de transistores grafeno-bloqueadores y sus aplicaciones en bioelectrónica. Este trabajo que aparece en arXiv de la Universidad de  Cornell [Library] el 06 de febrero de 2013.

El grafeno basado en transistores que respondan a los cambios en soluciones químicas, podría ser utilizado para conectar dispositivos electrónicos directamente en sistema nervioso humano; es la afirmación de los investigadores de la Universidad Técnica  Alemana que han construido conjuntos de dispositivos que responden a los cambios en en los electrolitos que rodean las células vivas. El equipo espera que su investigación podría resultar en implantes de retina que podrían ayudar a las personas con discapacidad visual.

La investigación se centra sobre el pequeño voltaje que crea una neurona a través de su membrana celular cuando se activa, con la potencial diferencia resultante de los iones de sodio que se desplazan dentro de la célula y los iones de potasio en movimiento hacia fuera en la solución circundante.

Desde la década de 1970, los biofísicos han estado tratando de detectar este cambio repentino en las propiedades electrolíticas del líquido que rodea la célula, usando un tipo de transistor efecto de campo [FET]. Estos dispositivos se denominan soluciones cerradas FETs [SGFETs] y gran parte de la investigación inicial se realizó utilizando silicio. Pero cuando en 2004 se aisló el grafeno, algunos investigadores se dieron cuenta que este material – una capa de carbono de sólo un átomo de espesor – podría utilizarse para crear mejores SGFETs.

De acuerdo a José A. Garrido, de la Universidad Técnica de Múnich, que ha dirigido el trabajo, el grafeno ofrece importantes ventajas sobre el silicio. Primeramente, la superficie del grafeno permanece limpia a diferencia del silicio en la cual se forma rápidamente una capa de óxido, degradando su rendimiento cuando se expone al electrolito. En segundo lugar, los electrones del grafeno tienen una alta movilidad, haciendo a los dispositivos más sensibles que los de silicio SGFETs. Por último, el grafeno es extremadamente flexible, lo que es bueno debido que cualquier dispositivo implantado en el cerebro o tejido similar, debe ser flexible.

En su nuevo trabajo,  José A. Garrido  et al. , han creado 8x8 matrices de SGFETs con cada  individual medición de un transistor de unos 10 micrómetros de ancho. Estas matrices se utilizan para detectar señales de disparo a partir de células neuronales que se cultivaron en un medio artificial. Los investigadores también han demostrado que las células neuronales son capaces de  sobrevivir por largos períodos de tiempo en las proximidades de las capas de grafeno. Ahora quieren demostrar que el trabajo SGFETs en tejidos vivos – en lugar de células – y que el tejido neuronal nos es afectado por la presencia de los dispositivos.

Según Garrido, una aplicación importante de los SGFETs de grafeno sería la creación de implantes de retina que podrían mejorar la visión de las personas con discapacidad visual; de hecho, cree que una matriz que contenga cerca de 1.000 elementos, podría proporcionar  al cerebro la información suficiente para que la persona sea capaz de percibir una imagen.

Otra aplicación, serían  implantes corticales para ayudar a las personas a controlar las extremidades artificiales.

Aun cuando la creación de una matriz de 1.000 elementos de SGFETs de grafeno es un sencillo proceso, José A. Garrido dice que la integración de la tecnología dentro de una persona requerirá un trabajo mucho más especial. 

Fuente: PhysicsWorld [Hamish Johnston editos Physics World] / Cornell University [Library]

TEJIDO VIVO CON SENSORES NANOELECTRÓNICOS MACROPOROSOS

Sensores y neuronas en un mismo tejido

La ciencia ficción nos ha mostrado la posibilidad de incorporar circuitos electrónicos en el interior de los tejidos humanos. En la actualidad, es la nanotecnología con sus avances permite que sea realidad.

En los Estados Unidos, científicos han ideado una manera de hacer crecer un cultivo de tejido vivo sobre una matriz que contiene diminutos sensores electrónicos. Los cultivos se han direccionado hacia las pruebas de drogas, pero también pueden contribuir al desarrollo sintético de  órganos de reemplazo.

El crecimiento de tejido vivo con sensores electrónicos integrados podrá tener una gama de aplicaciones biológicas y médicas.

El equipo  de la Universidad de Harvard  liderados por  Charles Lieber, se ha asociado con los ingenieros de tejidos del Instituto de Tecnología de Massachusetts y el Hospital de Niños de Boston para desarrollar una mejor manera de integrar a los tejidos con la electrónica.

En lugar de basarse en los tradicionales electrodos detectores (que entregan señalas más débiles a medida que se hacen más pequeños), Lieber y sus colegas optaron por  transistores de silicio  que permiten mejor efecto de campo como detectores 

(FET= Transistor de Efecto de Campo / Field-Effect Transistor en inglés). 

Estos pueden ser extremadamente pequeños, partiendo  desde los 30 nm (nanómetros) de diámetro – nanocables – que dan lecturas más precisas.

El FETs, junto con la circuitería de interconexión, fue insertada dentro de una matriz porosa especial, biocompatible 3D; luego los investigadores cultivaron el tejido en la parte superior de la matriz, la cual creó una fina  red de sensores FET dentro del tejido.

Jia Liu estudiante del Laboratorio de Lieber y uno de los autores principales de un documento sobre el trabajo,  dice que “…el proceso permite no ser invasivo, por cuanto evita utilizar electrodos que puncionen a través del tejido al  grabar o estimularlo”.

Los investigadores probaron durante varias semanas la viabilidad celular y encontraron que el defecto fue mínimo.

Para su utilización en la creación de implantes médicos sintéticos para varias partes del cuerpo, deben efectuarse aún estudios de largo plazo.

Fuente:Physics World (Tim Wogan) / Wikipedia

Más información: http://www.nature.com/nmat/journal/vaop/ncurrent/full/nmat3404.html

http://physicsworld.com/cws/article/news/2012/aug/29/living-tissue-is-laced-with-electronic-sensors

CONTROL DE LA GLUCOSA MEDIANTE UN SENSOR DE SALIVA

Se trabaja en un nuevo sensor que pueda determinar niveles de azúcar en la sangre mediante la medición de las concentraciones de glucosa en la saliva – crédito de la imagen: Dr. Domenico Pacifici

La diabetes es una enfermedad crónica que incapacita al organismo de los seres humanos a utilizar adecuadamente los alimentos. El control  de la glucosa es de tal importancia,  que cualquier opción para obtener su medición en forma sencilla y segura, es bien recibida por quienes la padecen.

Un equipo de investigadores de la Universidad de Brown en los Estados Unidos, trabajan en un sensor que permita determinar los niveles  de azúcar en la sangre mediante la medición de las concentraciones de glucosa en la saliva. 

Esta técnica,  aprovecha los avances nanotecnológicos en la plasmónica de superficie, que permite mediante el grabado de miles de interferómetros plasmónicos en un bíochip del tamaño de una uña, medir la concentración de moléculas de glucosa presentes en una muestra de agua. Los resultados indican que este bíochip puede detectar niveles de glucosa similares a los presentes en la saliva humana.

La concentración de la glucosa en la saliva de los seres humanos, suele ser alrededor de 100 veces inferior a la de la sangre; por eso, hasta ahora, resultaba demasiado problemático intentar medirla en la saliva mediante dispositivos que fuesen prácticos y baratos.

Esta nueva investigación, está demostrando la factibilidad de usar interferómetros plasmónicos en la detección de moléculas en bajas concentraciones. Esta técnica podrá también ser utilizada para detectar otras sustancias químicas o agentes biológicos, incluyendo por ejemplo, las esporas de ántrax (carbunclo) y hacer al mismo tiempo, todas las mediciones ante posibles detecciones, usando en paralelo, un mismo chip.

El siguiente paso que el profesor Doménico Pacifici de la Universidad de Brown junto a su equipo están considerando, es construir sensores diseñados específicamente para la glucosa  y otras sustancias, a fin de realizar más pruebas sobre la capacidad de detección de estos dispositivos. 

Esta investigación, abre la posibilidad de tener una mejor calidad de vida de las personas diabéticas en el procedimiento del control de su glucosa, evitándoles  el tradicional “pinchazo” para obtener la muestra de sangre.

Fuente: Solo Ciencia (Medicina)

ILUMINACIÓN MEDIANTE EL PAPEL DE LAS PAREDES

Estructura del papel con LEDs - Crédito: Universidad de Linköping

En la Universidad de Linköping  en Suecia, el equipo formado por Gul Armin, Magnus Willander y Naved ul Hassan Alvi, consideran factible formar mediante óxido de zinc y un polímero conductor, la formación de nanoestructuras  de LEDs de luz blanca directamente sobre papel, incluyendo un tipo de papel apto para empapelar las paredes de las habitaciones.

Solicitaron una patente, que de prosperar, permitiría a esta nueva nanotecnología iniciar su fase comercial, permitiendo  la iluminación de salas por luz emergente de sus propias paredes.

Las pruebas de laboratorio han tenido éxito, el resultado fue la formación de LEDs blancos directamente sobre papel. Los componentes activos son nanohilos de óxido de zinc sobre una delgada capa de un polímetro conductor.

El papel, de todas maneras, debe ser previamente cubierto con una delgada capa de una resina especial repelente al agua, que lo proteja y nivele.

Hasta el momento, se considera que es la primera vez que se ha conseguido construir componentes semiconductores inorgánicos fotónicos y electrónicos, directamente sobre papel utilizando métodos químicos.

Fuente: Solo Ciencia 

PIEL ARTIFICIAL SENSIBLE

Sensor nanohairs y chinitas

Reproducir las cualidades de la piel humana en un sensor sintético adecuado, es un desafío  por las graves limitaciones de diseño en este tipo de sensores, haciéndolos extraordinariamente complejos de fabricar.

Tiene el dispositivo que  ser delgado y lo suficientemente flexible como que permita envolver zonas de alta curvatura, como por ejemplo, los dedos de manos y pies sin que estos sufran daños. Es problemático porque los materiales utilizados en electrónica como el  silicio y el germanio, en su estado a granel, son duros y quebradizos.

Usando una variedad de métodos, varios grupos de investigación han realizado progresos en electrónica ”epidérmica” . En la Universidad de Illinois en Urbana-Champaing, el grupo de John Rogers, creó monitores inalámbricos de frecuencia cardíaca que se pegan a la piel como tatuajes temporales utilizando sólo fuerzas de Van der Waals mediante un método de transferencia de impresión para cortar trocitos individuales de silicio del tamaño de micras y adjuntarlas a un sustrato flexible.  Otros grupos de investigación, han creado circuitos eléctricos flexibles con nanotubos de carbono o grafeno.

Nanohairs PDMS - diagrama

En Corea del Sur, un equipo de investigadores de la Universidad de Seúl (SNU), junto a un científico del grupo de Rogers, ha producido un simple sensor, flexible y altamente sensible, basado en las fuerzas intermoleculares entre “nanohairs” (“nanopelos”). Este dispositivo equivalente a piel humana sintética es capaz de distinguir y medir la presión, así como el esfuerzo cortante y las fuerzas de torsión.

Este  simple sensor fue creado basado en “piezoresistance” donde los cambios en la conductividad eléctrica de un semiconductor son causados por la tensión mecánica aplicada. Su diseño utiliza dos capas finas ligeramente separadas de un polímetro flexible, el polimetilsiloxano (PDMS), cada uno cubierto con una fina capa de platino para hacerlos conducir electricidad; luego se cubre la superficie interior de ambas capas de polímero con una densa alfombra de platino cubierto de “nanohairs”. Entre lo pelos entrelazados, las fuerza de Van der Waals al actuar en las dos capas de polímero dibujan juntos una especie de velcro molecular; sin embargo, la resistencia de los pelos a la flexión actúa simultáneamente para empujarlos aparte, permitiendo el equilibrio de las dos fuerzas.

Los investigadores han demostrado la sensibilidad de su dispositivo midiendo una pequeña gota de agua rebotando en un superficie súper hidrófoba y también midiendo el cambio de velocidad e intensidad del latido del corazón, después de un ejercicio vigoroso al conectar un sensor a la arteria en la muñeca; así mismo, se ha demostrado la capacidad del sensor para medir la distribución espacial de la presión, mediante el uso de una red de sensores interconectados de 64 pixeles y la colocación de dos insectos pequeños – chinitas (mariquitas) – en lugares separados en su superficie, mapeando su desplazamiento mediante la presión que hacían los insectos caminando sobre el sensor.

El principal investigador Kahp-Yang Suh ha explicado que las técnicas utilizadas en la fabricación del sensor son económicas y fácil de reproducir.

La investigación ha sido publicada en Nature Materials.


Glosario:Fuerzas de Van der Waals es la fuerza atractiva o repulsiva entre moléculas (o entre partes de la misma molécula) distintas a aquellas debido al enlace covalente o a la interacción electrostática de iones con otros o con moléculas neutras.
En ocasiones el termino se utiliza como un sinónimo para la totalidad de las fuerzas intermoleculares.  

Fuente: Physics World / Wikipedia / Crédito imágenes: Physics World

Leer Investigación:

http://www.nature.com/nmat/journal/vaop/ncurrent/full/nmat3380.html

Enlace: http://physicsworld.com/cws/article/news/2012/jul/30/hairy-solution-to-making-sensitive-artificial-skin

HIDROGEL SU DEBUT EN LA ELECTRÓNICA

Hidrogel PANI - Crédito Physics World

Investigadores de la Universidad de Stanford en los Estados Unidos, que utilizaron el polímero conductor de polianilina (PANI) para desarrollar un material poroso nanoestructurado, lograron un nuevo tipo de hidrogel que puede lograr un alto rendimiento en el almacenamiento de energía en electrodos y  sensores biológicos.

Este material combina las ventajas de los hidrogeles y de los conductores orgánicos por su alta conductividad electrónica y sus buenas propiedades electroquímicas.

Las posibilidades  de utilizarse como los superconductores y biosensores ultrasensibles usados para detectar la glucosa, permitirían emplearlos en dispositivos de alto rendimiento electroquímico.

Los hidrogeles son redes poliméricas que pueden contener una gran cantidad de agua y tienen un estructura similar a la del tejido biológico; los investigadores utilizaron el ácido fítico, que es buen conductor iónico en un esfuerzo para superar esta deficiencia.

El equipo mezcló dos soluciones, la primera inició la reacción de polimerización, mientras que la segunda contiene la anilina y el monómero del ácido fítico de dopaje. El hidrogel se formó a los tres minutos gracias a que cada molécula de  ácido fítico contiene tres grupos de fósforo que pueden interactuar con las cadenas del polímero a la vez.

El hidrogel PANI se encontró que tenía una alta capacidad específica de alrededor de 480 F/9, y una capacidad de velocidad alta, significando que podría ser ideal en aplicaciones en vehículos eléctricos y de energía a escala de malla de almacenamiento.

Ante estos buenos resultados, el grupo investigador  decidieron fabricar un sensor  de glucosa mediante la inmovilización de la enzima de glucosa oxidada (GOx) en el hidrogel.

El hidrogel también reaccionó rápidamente en alrededor de 0,3 segundos en comparación con el tiempo de respuesta de alrededor de 20 segundos para los sensores  de glucosa comerciales.

Ahora se están desarrollando nuevos hidrogeles basados en polímetros conductores, tecnología que puede llevarlo a áreas como la electrónica, en los electrodos neuronales y las baterias de litio de alto rendimiento.

El equipo está formado por Lijia Pan y Yu Guihua

La investigación fue publicada en PNAS 10.1073/pnas 1202636109

Fuente: Physics World 26.junio.2012 / Belle Dumé Nanotechweb

Leer más:http://physicsworld.com/cws/article/news/2012/jun/26/hydrogel-electronics-makes-its-debut

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