"El hombre encuentra a Dios detrás de cada puerta que la ciencia logra abrir." EINSTEIN


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miércoles, 2 de mayo de 2012

La nanotecnología promete armas más destructivas que las nucleares

Los elementos para su fabricación estarán al alcance de cualquier país o grupo terrorista dentro de 20 años


La nanotecnología promete para los próximos 20 años armas del tamaño de una molécula que serán más destructivas que las nucleares, químicas y biológicas actuales: un bolígrafo podría destruir toda una ciudad. Cualquier país o grupo terrorista podrá disponer de ellas porque los materiales necesarios para su fabricación estarán por todas partes debido a los múltiples usos de las nanotecnologías. Aunque mejorarán las capacidades defensivas de los países pioneros, las nanoarmas cambiarán las reglas de la disuasión y los actuales esquemas de poder mundial. Los expertos advierten de la necesidad de adopar medidas legales y políticas preventivas.

La nanotecnología puede dar lugar a una nueva generación de armas con una capacidad de destrucción y de disuasión superiores a las del armamento nuclear, químico y biológico, que estarán al alcance de cualquier pequeño país o grupo terrorista, advierte la revista Signal, perteneciente a la Armed Forces Communications and Electronics Association.

La nanotecnología es el desarrollo y la aplicación práctica de estructuras y sistemas en una escala nanométrica: entre 1 y 100 nanómetros (un nanómetro es la mil millonésima parte de un metro). La nanotecnología se ocupa por tanto de la fabricación y el control de estructuras y máquinas del tamaño de las moléculas.

Las aplicaciones más prometedoras de esta ciencia, que aún no se ha desarrollado plenamente, son la energía, la agricultura, el tratamiento de las aguas, el tratamiento de enfermedades, la administración de fármacos, el procesamiento de alimentos, la contaminación, la construcción, la monitorización de la salud y la detección y el control de plagas.

Pero la nanotecnología también promete avances en otro campo no menos significativo, la industria armamentística, si bien los expertos no coinciden completamente respecto a lo que las evoluciones previsibles que la tecnología de lo más pequeño pueda aportar a los sistemas de defensa en las próximas décadas.

A corto plazo, la nanotecnología dará lugar a materiales más ligeros y fuertes con propiedades distintas a las de los materiales que conocemos hoy, lo que supondrá una importante transformación de los sistemas de armamentos.

Las propiedades de estos materiales podrán ser modificadas y controladas como se quiera: fibras inteligentes que pueden cambiar su color, características electrónicas o su forma; sistemas inteligentes o super materiales, realizados con componentes de precisión atómica, lo que puede llevar a estructuras moleculares con alta conductividad eléctrica o potencia.

Armas del futuro

A más largo plazo, la nanotecnología servirá para desarrollar armas biológicas inteligentes, capaces de buscar y dañar a humanos indefensos. En una sola maleta podrían caber millones de armas de este tipo, cargadas de capacidad destructora.

Las nanoarmas se podrán dirigir con mucha más precisión que las actuales y provocarán la incertidumbre respecto a las capacidades del adversario. Asimismo, darán menos tiempo de respuesta a un ataque y mejorarán la capacidad de dirigir la destrucción de los recursos del enemigo.

Materiales capaces de reconfigurarse también estarán a disposición de los militares. Gracias a la nanotecnología, estos materiales inteligentes cambiarán de forma tanto como los músculos humanos.

Por ejemplo, en el campo de batalla una mochila podría transformarse en un arma rápidamente, luego en una tienda de campaña, y luego en un arma de nuevo. Estas armas serán invisibles para los satélites y para el ojo humano, por lo que estarán fuera de control. De ahí viene su principal peligro.

Comunicaciones y sensores

Otro de los aspectos militares relacionados con la nanotecnología se refiere e las comunicaciones, destaca la revista Signal. En otro artículo, la revista cuenta los planes del New Jersey Nanotechnology Consortium, fundado hace tres años por Lucent Technologies y los laboratorios Bell, que incluyen importantes desarrollos nanotecnológicos relacionados con la defensa.

Lo que se pretende con las comunicaciones es aumentar la capacidad de acceso entre los satélites y las estaciones terrestres mediante el uso de nanotecnologías. Sensores basados en nanotecnologías es otro de los objetivos de estas investigaciones en curso. Permitirían observar la superficie terrestre y el fondo del mar mediante lentes que funcionan como el ojo humano.

También se trabaja en nanosensores con la misma capacidad olfativa que un perro, así como en nanomicrófonos que eliminan el ruido de fondo de un campo de batalla, limpiando las comunicaciones.

La creación de un interfaz biológico hombre máquina, capaz de conseguir que un arma reconozca a su dueño y sólo actúe bajo sus órdenes (al igual que un perro), es otro campo de investigación con fines militares, así como la creación de nanopartículas generadoras de luz para las telecomunicaciones sin necesidad de laser.

La detección de campos magnéticos débiles, como el de un rifle o el de un submarino, capaces de activar medidas defensivas anticipadas que neutralicen un ataque, es otro campo de las investigaciones militares en nanotecnologías.

Armas más capaces

Pero la nanotecnología no servirá sólo para crear nuevas generaciones de armas, sino que las armas ya existentes pueden aumentar su capacidad destructora hasta límites insospechados.

Por ejemplo, los fusiles serán más potentes, y sus balas podrán dirigirse hacia el objetivo deseado incluso con lecturas de ADN. Los materiales para la aviación serán más ligeros y de mayor rendimiento y, al estar fabricados con una mínima cantidad de metal, serán mucho más difíciles de detectar por radar.

Por lo general, se considera que las armas basadas en las nanotecnologías tendrán una capacidad de destrucción masiva superior a la de las armas nucleares, químicas y biológicas. La diseminación de estas armas nanotecnológicas será inevitable y la disuación nuclear (que impide un ataque porque supone la destrucción de los dos países beligerantes) dejará de tener sentido porque cualquier país podrá derrotar a su enemigo en un primer ataque sin represalias posibles.

Al respecto, puede pensarse en el lanzamiento de nanorobots desde un avión sobre el campo enemigo, con capacidad de dañar la electrónica adversaria, inflitrarse en el cuerpo de los soldados o dormir en su sangre hasta que son activados por una señal… Son algunos de los escenarios plausibles diseñados por estrategas militares.

La gran diferencia respecto a estas armas convencionales, es que las armas nanotecnológicas serán accesibles con mucha facilidad a pequeños países y grupos terroristas, ya que los materiales necesarios para su fabricación estarán por todas partes debido a los múltiples usos civiles de las nanotecnologías.
Ventajas defensivas

Desde otra perspectiva, las nanotecnologías pueden también aportar grandes ventajas, como mejorar la capacidad defensiva de un país detectando con mucho tiempo a un posible agresor o disponiendo de armas del tamaño de un bolígrafo con capacidad para destruir toda una ciudad.

Investigaciones en curso en Estados Unidos pretenden conseguir mallas capaces de proteger de radioactividad a los soldados y que podrían servir al mismo tiempo para actuar como compresas ante las heridas. Otras investigacioones nanotecnológicas pretenden disminuir el estrés de los soldados y aumentar su capacidad de movimiento en el campo de batalla.

Otra ventaja teórica es que las nanotecnologías pueden aportar armas más limpias y seguras que causen menos daños colaterales que las convencionales, sin olvidar las capacidades experimentales de nanorobots espías.

Sin embargo, la primera preocupación en lo que respecta al desarrollo de estas armas es la toxicidad. Productos que a niveles no moleculares no resultan tóxicos, permitidos incluso por los ministerios de sanidad en los alimentos, podrían ser enormemente tóxicos a nivel nanométrico.

Según Signal, la nanotecnología va a suponer una gran revolución industrial que no será exclusiva de Estados Unidos, que aún va a la cabeza en este sector, sino que también se dará en otros países al mismo tiempo.

Estados Unidos es uno de los países en los que más se está desarrollando la nanotecnología, pero China es especialmente ambiciosa en este campo. El número de ingenieros especializados en esta rama de la tecnología en China es mayor que en Estados Unidos, lo que supone un riesgo para los norteamericanos, que no podrán hacerle frente en 20 ó 30 años. La India también está investigando seriamente en este sector.

Medidas preventivas

Para evitar los posibles problemas derivados de este desarrollo, en cada nación deberían evaluarse las consecuencias del desarrollo de esta industria, y las necesidades legislativas. En Estados Unidos diversas empresas trabajan ya en nanotecnología, por lo que el desarrollo de este sector podría ser más rápido de lo esperado, y sus consecuencias aún no han sido medidas por las instituciones pertinentes.

En lo que se refiere al terreno militar, la legislación debería ponerse en marcha rápidamente. Los peligros que entraña la nanotecnología no tienen precedentes. Según especialistas norteamericanos, el trabajo en nanotecnología en Arabia Saudí, por ejemplo, podría caer fácilmente en manos de al-Qaida o de cualquier grupo terrorista sin escrúpulos.

Cualquier país podría hacer un uso inadecuado de esta tecnología puntera, con fines tan dañinos que no tendrían precedentes. ¿Cómo podrían legislarse una serie de armas invisibles? ¿De qué forma se podría controlar el daño que serían capaces de hacer?

Por eso son necesarias cada vez más las políticas que controlen la nanotecnología, especialmente a partir de los próximos 15 años, advierte el
Foresight Institute de Palo Alto, en California. La labor de este instituto es ayudar a preparar a la sociedad para hacer frente a las tecnologías más avanzadas, especialmente a la nanotecnología.

De esta forma, la nanotecnología armamentística podría desestabilizar las relaciones internacionales, puesto que provocaría la imposibilidad de vigilar a los países enemigos, aumentaría la posibilidad de ataque a personas en vez de a lugares y también haría crecer el número de países con capacidad de destrucción global. Asimismo, podría acabar con el control de los países más poderosos.

De confirmarse los escenarios nanotecnológicos previstos en el campo militar, donde la carrera por el liderazgo ya ha empezado, nos adentraríamos en una situación histórica inédita sobre cuyos peligros alertan cada vez con más claridad los expertos que investigan en este campo.




martes, 3 de abril de 2012

Crean diodos LED que consumen un 90% menos que las bombillas


Emiten luz blanca, y en su desarrollo se usaron nanomateriales y tierras raras


Especialistas del Centro de Investigación y de Estudios Avanzados (Cinvestav), de México, han desarrollado una tecnología de iluminación de muy bajo consumo eléctrico y de alta eficiencia, que podría suponer un ahorro energético de hasta un 90% con respecto a una bombilla incandescente convencional con la misma capacidad de iluminación.

E
specialistas del Centro de Investigación y de Estudios Avanzados (Cinvestav), de México, han desarrollado una tecnología de iluminación de muy bajo consumo eléctrico y de alta eficiencia, que podría suponer un ahorro energético de hasta un 90% con respecto a una bombilla incandescente convencional con la misma capacidad de iluminación.
Para lograr este avance, los expertos, del departamento de Física del Cinvestav Unidad Zacatenco (en la Ciudad de México) se propusieron obtener materiales que permitieran convertir la luz de los LED´s o diodos emisores de luz azulada en emisores de luz blanca, mediante un mejor balance cromático de iluminación visible.
Según el director del proyecto, Ciro Falcony Guajardo, los LED´s emiten luz de alta eficiencia, pero en regiones muy estrechas del espectro cromático (infrarrojos, rojos, azules, violetas y ultravioletas). Como estas emisiones no permiten una iluminación ambiental apropiada al ojo humano, el reto fue sintetizar materiales que ampliasen el espectro de luz de tales dispositivos.
El secreto: los nanomateriales
Con esta finalidad, los científicos desarrollaron nanomateriales (a base de óxidos metálicos como el de aluminio e itrio), integrando centros luminiscentes con elementos conocidos como tierras raras.De esta forma, obtuvieron propiedades que permiten la combinación de los tres colores básicos que conforman la luz blanca (azul, rojo y verde).
Al ejemplificar el desarrollo, Falcony Guajardo refirió que el resultado sería el equivalente al fósforo de aspecto blanco que se emplea en las lámparas fluorescentes, denominadas "ahorradoras o de luz fría", y que son colocadas en el interior del vidrio tubular usado en la lámpara.
El experto destacó que un solo LED tiene una eficiencia de 100 lumens (unidades de luz) por watt, en tanto que una bombilla incandescente eléctrica genera tan solo 11 lumens con la misma potencia. "Esto sucede porque la energía se transforma mayoritariamente en calor en el caso de la bombilla, provocando poca eficiencia en cuanto a la emisión de luz visible", afirma el especialista.
La tecnología del Cinvestav supone una alta eficiencia y ahorro de energía, así como una disminución de efectos ecológicamente nocivos (como los derivados del uso de mercurio en las lámparas fluorescentes que actualmente se comercializan).
Ciro Falcony añade que, actualmente, ya existen dos patentes de la técnica en trámite, así como más de diez publicaciones sobre la investigación en revistas especializadas. "Aunque una lámpara comercial que integre esta tecnología aún no está consolidada, sin duda esa sería la conclusión óptima de la investigación", concluye el científico

miércoles, 15 de febrero de 2012

Nuevos nanomateriales mejorarán los fotodetectores de infrarrojos

Ingenieros estadounidenses realizan un importante avance en un área clave para la seguridad y la medicina


Ingenieros de la Universidad Estatal de Arizona, en Estados Unidos, han desarrollado nuevos métodos de mejora de la tecnología utilizada en fotodetectores de infrarrojos, una herramienta clave en sistemas de seguridad, diagnóstico médico, aplicaciones comerciales y de consumo. El avance se ha logrado a partir de la combinación de nuevos nanomateriales, que optimizan el rendimiento de este tipo de detectores. 

L
a mejora de las tecnologías empleadas en fotodetectores de infrarrojos es un objetivo importante en áreas como la seguridad, la medicina o las aplicaciones comerciales, sectores en los cuales estos detectores son clave. Un nuevo desarrollo realizado por un grupo de ingenieros de la Universidad Estatal de Arizona, en Estados Unidos, avanza en esa dirección, usando para ello nuevos nanomateriales.
El trabajo de los especialistas ha permitido determinar que la fotodetección de infrarrojos se puede realizar con mayor eficacia mediante el uso de ciertos materiales dispuestos en patrones específicos en sus estructuras a escala atómica. Así se ha indicado en un artículo publicado en la revista especializada Applied Physics Letters, y en una nota de prensa de la Universidad de Arizona.
El significativo avance se ha logrado mediante el uso de múltiples capas ultrafinas de distintos materiales, que poseen solamente algunos nanómetros de espesor. Estas estructuras en capas se combinan para formar las denominadas "superredes", que constituyen el elemento principal del nuevo enfoque.
Los fotodetectores fabricados con estas diferentes capas absorben distintas longitudes de ondas lumínicas y las convierten en una señal eléctrica. La eficiencia de conversión lograda determina la sensibilidad de un fotodetector y la calidad de la detección que proporciona, según explica el ingeniero eléctrico Yong-Hang Zhang, director del grupo de investigación de Arizona.
Estructuras superpuestas de nanomateriales
La característica única de las superredes es que sus longitudes de onda de detección pueden ser optimizadas cambiando el diseño y la composición de las estructuras presentes en las distintas capas. De esta manera, las formas concretas de los materiales a nanoescala en las estructuras superpuestas ayudan a mejorar la sensibilidad de los detectores de infrarrojos.
El trabajo de Zhang y su equipo ha sido llevado a cabo en el Center for Photonics Innovation de la Universidad de Arizona, concretamente, en el Optoelectronics Group. La investigación adicional en esta área ha sido apoyada a través de una beca de la Air Force Office of Scientific Research, dentro de la Multidisciplinary University Research Initiative (MURI), en la cual la Universidad de Arizona es socia del programa dirigido por la University of Illinois at Urbana-Champaign.
Para obtener el avance en el rendimiento de los fotodetectores, el equipo está utilizando una combinación de arseniuro de indio y antimonio de arseniuro de indio para construir las estructuras superpuestas o superredes. La mencionada combinación permite a los dispositivos generar las condiciones para una mejor detección y una mayor sensibilidad.
Según los investigadores, el propósito es que todos los electrones generados por el dispositivo puedan aprovecharse en el detector de la manera más eficiente posible. En ocasiones, estos electrones se pierden en el interior del dispositivo y nunca son aprovechados en el proceso.
Ventajas de la nueva técnica
Zhang y su equipo explican que una de las principales ventajas de los nuevos materiales empleados es la reducción de la pérdida de electrones excitados ópticamente, lo que aumenta la vida de los mismos en más de 10 veces, con relación a lo que se ha logrado mediante la combinación de otros materiales utilizados tradicionalmente en esta tecnología.
Precisamente el escaso aprovechamiento de los electrones es un parámetro clave, que ha marcado la eficiencia limitada de los fotodetectores de infrarrojos hasta este momento. Otra ventaja es que los fotodetectores desarrollados con estos nanomateriales superpuestos no necesitan refrigeración, como muchos otros dispositivos similares.
Como consecuencia directa de esto, la necesidad de menos enfriamiento reduce la cantidad de energía necesaria para hacer funcionar los fotodetectores, permitiendo que los dispositivos sean más fiables y los sistemas más rentables desde el punto de vista económico, sin dudas un tema clave para su desarrollo industrial y comercial.
Sin embargo, los investigadores creen que aún es posible optimizar en mayor medida las mejoras en los diseños de las estructuras de capas superpuestas de nanomateriales, así como perfeccionar el diseño integral de los dispositivos, permitiendo hallar nuevas combinaciones de materiales capaces de trabajar con mayor eficacia.

jueves, 22 de septiembre de 2011

La nanotecnología promete armas más destructivas que las nucleares


Los elementos para su fabricación estarán al alcance de cualquier país o grupo terrorista dentro de 20 años


La nanotecnología promete para los próximos 20 años armas del tamaño de una molécula que serán más destructivas que las nucleares, químicas y biológicas actuales: un bolígrafo podría destruir toda una ciudad. Cualquier país o grupo terrorista podrá disponer de ellas porque los materiales necesarios para su fabricación estarán por todas partes debido a los múltiples usos de las nanotecnologías. Aunque mejorarán las capacidades defensivas de los países pioneros, las nanoarmas cambiarán las reglas de la disuasión y los actuales esquemas de poder mundial. Los expertos advierten de la necesidad de adopar medidas legales y políticas preventivas.
L
a nanotecnología puede dar lugar a una nueva generación de armas con una capacidad de destrucción y de disuasión superiores a las del armamento nuclear, químico y biológico, que estarán al alcance de cualquier pequeño país o grupo terrorista, advierte la revista Signal, perteneciente a la Armed Forces Communications and Electronics Association.

La nanotecnología es el desarrollo y la aplicación práctica de estructuras y sistemas en una escala nanométrica: entre 1 y 100 nanómetros (un nanómetro es la mil millonésima parte de un metro). La nanotecnología se ocupa por tanto de la fabricación y el control de estructuras y máquinas del tamaño de las moléculas.

Las aplicaciones más prometedoras de esta ciencia, que aún no se ha desarrollado plenamente, son la energía, la agricultura, el tratamiento de las aguas, el tratamiento de enfermedades, la administración de fármacos, el procesamiento de alimentos, la contaminación, la construcción, la monitorización de la salud y la detección y el control de plagas.

Pero la nanotecnología también promete avances en otro campo no menos significativo, la industria armamentística, si bien los expertos no coinciden completamente respecto a lo que las evoluciones previsibles que la tecnología de lo más pequeño pueda aportar a los sistemas de defensa en las próximas décadas.

A corto plazo, la nanotecnología dará lugar a materiales más ligeros y fuertes con propiedades distintas a las de los materiales que conocemos hoy, lo que supondrá una importante transformación de los sistemas de armamentos.

Las propiedades de estos materiales podrán ser modificadas y controladas como se quiera: fibras inteligentes que pueden cambiar su color, características electrónicas o su forma; sistemas inteligentes o super materiales, realizados con componentes de precisión atómica, lo que puede llevar a estructuras moleculares con alta conductividad eléctrica o potencia.

Armas del futuro

A más largo plazo, la nanotecnología servirá para desarrollar armas biológicas inteligentes, capaces de buscar y dañar a humanos indefensos. En una sola maleta podrían caber millones de armas de este tipo, cargadas de capacidad destructora.

Las nanoarmas se podrán dirigir con mucha más precisión que las actuales y provocarán la incertidumbre respecto a las capacidades del adversario. Asimismo, darán menos tiempo de respuesta a un ataque y mejorarán la capacidad de dirigir la destrucción de los recursos del enemigo.

Materiales capaces de reconfigurarse también estarán a disposición de los militares. Gracias a la nanotecnología, estos materiales inteligentes cambiarán de forma tanto como los músculos humanos.

Por ejemplo, en el campo de batalla una mochila podría transformarse en un arma rápidamente, luego en una tienda de campaña, y luego en un arma de nuevo. Estas armas serán invisibles para los satélites y para el ojo humano, por lo que estarán fuera de control. De ahí viene su principal peligro.

Comunicaciones y sensores

Otro de los aspectos militares relacionados con la nanotecnología se refiere e las comunicaciones, destaca la revista Signal. En otro artículo, la revista cuenta los planes del New Jersey Nanotechnology Consortium, fundado hace tres años por Lucent Technologies y los laboratorios Bell, que incluyen importantes desarrollos nanotecnológicos relacionados con la defensa.

Lo que se pretende con las comunicaciones es aumentar la capacidad de acceso entre los satélites y las estaciones terrestres mediante el uso de nanotecnologías. Sensores basados en nanotecnologías es otro de los objetivos de estas investigaciones en curso. Permitirían observar la superficie terrestre y el fondo del mar mediante lentes que funcionan como el ojo humano.

También se trabaja en nanosensores con la misma capacidad olfativa que un perro, así como en nanomicrófonos que eliminan el ruido de fondo de un campo de batalla, limpiando las comunicaciones.

La creación de un interfaz biológico hombre máquina, capaz de conseguir que un arma reconozca a su dueño y sólo actúe bajo sus órdenes (al igual que un perro), es otro campo de investigación con fines militares, así como la creación de nanopartículas generadoras de luz para las telecomunicaciones sin necesidad de laser.

La detección de campos magnéticos débiles, como el de un rifle o el de un submarino, capaces de activar medidas defensivas anticipadas que neutralicen un ataque, es otro campo de las investigaciones militares en nanotecnologías.

Armas más capaces

Pero la nanotecnología no servirá sólo para crear nuevas generaciones de armas, sino que las armas ya existentes pueden aumentar su capacidad destructora hasta límites insospechados.

Por ejemplo, los fusiles serán más potentes, y sus balas podrán dirigirse hacia el objetivo deseado incluso con lecturas de ADN. Los materiales para la aviación serán más ligeros y de mayor rendimiento y, al estar fabricados con una mínima cantidad de metal, serán mucho más difíciles de detectar por radar.

Por lo general, se considera que las armas basadas en las nanotecnologías tendrán una capacidad de destrucción masiva superior a la de las armas nucleares, químicas y biológicas. La diseminación de estas armas nanotecnológicas será inevitable y la disuación nuclear (que impide un ataque porque supone la destrucción de los dos países beligerantes) dejará de tener sentido porque cualquier país podrá derrotar a su enemigo en un primer ataque sin represalias posibles.

Al respecto, puede pensarse en el lanzamiento de nanorobots desde un avión sobre el campo enemigo, con capacidad de dañar la electrónica adversaria, inflitrarse en el cuerpo de los soldados o dormir en su sangre hasta que son activados por una señal… Son algunos de los escenarios plausibles diseñados por estrategas militares.

La gran diferencia respecto a estas armas convencionales, es que las armas nanotecnológicas serán accesibles con mucha facilidad a pequeños países y grupos terroristas, ya que los materiales necesarios para su fabricación estarán por todas partes debido a los múltiples usos civiles de las nanotecnologías.
Ventajas defensivas

Desde otra perspectiva, las nanotecnologías pueden también aportar grandes ventajas, como mejorar la capacidad defensiva de un país detectando con mucho tiempo a un posible agresor o disponiendo de armas del tamaño de un bolígrafo con capacidad para destruir toda una ciudad.

Investigaciones en curso en Estados Unidos pretenden conseguir mallas capaces de proteger de radioactividad a los soldados y que podrían servir al mismo tiempo para actuar como compresas ante las heridas. Otras investigacioones nanotecnológicas pretenden disminuir el estrés de los soldados y aumentar su capacidad de movimiento en el campo de batalla.

Otra ventaja teórica es que las nanotecnologías pueden aportar armas más limpias y seguras que causen menos daños colaterales que las convencionales, sin olvidar las capacidades experimentales de nanorobots espías.

Sin embargo, la primera preocupación en lo que respecta al desarrollo de estas armas es la toxicidad. Productos que a niveles no moleculares no resultan tóxicos, permitidos incluso por los ministerios de sanidad en los alimentos, podrían ser enormemente tóxicos a nivel nanométrico.

Según Signal, la nanotecnología va a suponer una gran revolución industrial que no será exclusiva de Estados Unidos, que aún va a la cabeza en este sector, sino que también se dará en otros países al mismo tiempo.

Estados Unidos es uno de los países en los que más se está desarrollando la nanotecnología, pero China es especialmente ambiciosa en este campo. El número de ingenieros especializados en esta rama de la tecnología en China es mayor que en Estados Unidos, lo que supone un riesgo para los norteamericanos, que no podrán hacerle frente en 20 ó 30 años. La India también está investigando seriamente en este sector.

Medidas preventivas

Para evitar los posibles problemas derivados de este desarrollo, en cada nación deberían evaluarse las consecuencias del desarrollo de esta industria, y las necesidades legislativas. En Estados Unidos diversas empresas trabajan ya en nanotecnología, por lo que el desarrollo de este sector podría ser más rápido de lo esperado, y sus consecuencias aún no han sido medidas por las instituciones pertinentes.

En lo que se refiere al terreno militar, la legislación debería ponerse en marcha rápidamente. Los peligros que entraña la nanotecnología no tienen precedentes. Según especialistas norteamericanos, el trabajo en nanotecnología en Arabia Saudí, por ejemplo, podría caer fácilmente en manos de al-Qaida o de cualquier grupo terrorista sin escrúpulos.

Cualquier país podría hacer un uso inadecuado de esta tecnología puntera, con fines tan dañinos que no tendrían precedentes. ¿Cómo podrían legislarse una serie de armas invisibles? ¿De qué forma se podría controlar el daño que serían capaces de hacer?

Por eso son necesarias cada vez más las políticas que controlen la nanotecnología, especialmente a partir de los próximos 15 años, advierte el
 Foresight Institute de Palo Alto, en California. La labor de este instituto es ayudar a preparar a la sociedad para hacer frente a las tecnologías más avanzadas, especialmente a la nanotecnología.

De esta forma, la nanotecnología armamentística podría desestabilizar las relaciones internacionales, puesto que provocaría la imposibilidad de vigilar a los países enemigos, aumentaría la posibilidad de ataque a personas en vez de a lugares y también haría crecer el número de países con capacidad de destrucción global. Asimismo, podría acabar con el control de los países más poderosos.

De confirmarse los escenarios nanotecnológicos previstos en el campo militar, donde la carrera por el liderazgo ya ha empezado, nos adentraríamos en una situación histórica inédita sobre cuyos peligros alertan cada vez con más claridad los expertos que investigan en este campo.







Crean nanopartículas que, introducidas en la sangre, reparan las neuronas


Científicos norteramericanos y japoneses abren una nueva era en el tratamiento de las enfermedades neurológicas


La nanotecnología ha dado un significativo paso en sus aplicaciones médicas después de que un equipo nipo-norteamericano desarrollara nanotubos de platino, 100 veces más delgados que el cabello humano, que pueden introducirse en las venas y permitir a los médicos intervenir en el cerebro de una persona. Estos nanocaptores permitirán asimismo un mayor conocimiento de las interacciones entre neuronas, así como abrirán el camino a nuevas terapias para el tratamiento de enfermedades neurológicas y tumores cerebrales. La nanotecnología promete mejorar asimismo la detección precoz del cáncer y el suministro de medicamentos desde dentro del organismo. A más largo plazo, nanomáquinas pueden recorrer nuestro cuerpo limpiando las arterias, regulando los niveles de azúcar, colesterol u hormonas o apoyando al sistema inmunológico. Incluso podría llegar a conseguir la inmortalidad si, como prevén algunos expertos, se descubren nanodispositivos que puedan modificar la estructura genética y celular del ser humano. 


U
n equipo de investigadores japoneses y norteamericanos ha desarrollado una técnica que consiste en introducir nanopartículas en los vasos sanguíneos con la finalidad de permitir a los médicos intervenir directamente en diferentes células del cerebro y realizar tratamientos inéditos para enfermedades neurológicas como el Parkinson, informa al respecto la National Science Foundation en un comunicado. El trabajo donde se relata esta investigación está publicado en The Journal of Nanoparticle Research.
La técnica desarrollada por este equipo consiste en introducir en la sangre nanotubos (redes de átomos de carbono dispuestos de forma tubular) de platino que son 100 veces más delgados que un cabello humano. Estos nanotubos pueden viajar por los vasos sanguíneos más pequeños del cuerpo hasta llegar a cualquier parte del cerebro sin por ello afectar al flujo normal de la sangre o a los intercambios gaseosos.
Aunque desde hace tiempo se emplean las arterias para introducir catéteres (sondas), en la actualidad se pretende utilizar un paquete de nanotubos para intervenir en el cerebro. Cada uno de estos nanotubos se utilizaría para medir la actividad eléctrica de una célula nerviosa, lo que permitirá un conocimiento mucho más exhaustivo del funcionamiento del cerebro que el proporcionado por otras tecnologías, como la tomografía por emisión de positroneso la resonancia magnética nuclear.
La primera aplicación de los nanocaptores desarrollados por este equipo nipo-norteamericano será la de comprender mejor las interacciones entre neuronas, así como abrir el camino a nuevas formas de conocimiento del cerebro que permitan en el futuro terapias mucho más eficaces para el tratamiento de enfermedades neurológicas y tumores cerebrales.
La tecnología es totalmente indolora y no invasiva, pero necesita perfeccionarse todavía para convertirse en una herramienta terapéutica, ya que será necesario aumentar la precisión en el manejo de estos nanotubos en la sangre cuando llegan al sistema vascular del cerebro.
Los artífices de esta proeza consideran que los nanotubos de platino podrían ser sustituidos por nanopolímeros conductores, susceptibles de ser guiados por campos eléctricos a través del sistema circulatorio cerebral. Estos nanopolimeros son todavía 20 o 30 veces más pequeños que los de platino y, además, son biodegradables.
Nanotecnologia y cáncer
No es la primera vez que la nanotecnología encuentra aplicaciones médicas, ni que los nano polímeros resuelven problemas de salud. Un equipo de investigadores de la Universidad de Tokyo anunció a finales de agosto haber creado una nanoestructura autoensamblable que se dirige a células humanas cancerígenas y emite moléculas de medicamentos en respuesta a los cambios biológicos que provocan muchos tipos de cáncer. El trabajo ha sido difundido en la revista especializada Molecular BioSystems.
El polímero desarrollado por este equipo se autoensambla en nanopartículas sensibles que, una vez recogidas por las células cancerígenas, desprenden el medicamento cuando detectan el momento más oportuno, por lo que estas nanopartículas consiguen niveles de medicación intercelular más altos que los obtenidos por tratamientos convencionales.
Por otro lado, el pasado junio, la revista Cancer Research informaba a su vez del uso de nanopartículas para combatir las células cancerígenas. Asimismo, el pasado enero Technology Review explicaba que la nanotecnología permitirá dentro de muy poco detectar el cáncer mucho antes de lo que lo consiguen los actuales sistemas de observación médica.
Señalaba al respecto que nanocables de silicona, cada uno fabricado para detectar una proteína específica relacionada con el cáncer, podría detectar los cambios más sutiles en la química corporal del ser humano cuando aparece un cáncer, permitiendo así la detección de la enfermedad mucho tiempo antes de lo que lo consiguen las actuales técnicas de observación. Estos nanosensores podrían buscar cientos, o incluso miles, de biomoléculas diferentes en una única gota de sangre.
Expectativas a mças largo plazo
Por último, NanoMarkets publicó en febrero pasado dos estudios sobre el papel de la nanotecnología en el sector farmacéutico, concretamente en la creación de nuevos tratamientos y en los sistemas de administración de medicamentos.
El primer estudio analiza el impacto que varias nuevas nanotecnologías tendrán sobre el proceso de descubrimientos de nuevas medicinas. Las tecnologías tratadas en este estudio incluyen microscopios de fuerza atómica, microscopios ópticos de campo cercano (Near-field Scanning), resonancia de plasmones superficiales, epectrometria con nanotecnología, nano litografía "Dip-pen", nano arrays, puntos quantum.
El segundo trabajo estudia seis tipos de sistemas de administración de medicinas sobre los que se prevé que la nanotecnología tenga un gran impacto. Los seis sistemas analizados por este segundo estudio son los siguientes: sistemas inyectables, sistemas de implantación, sistemas por vía oral, sistemas topicales, sistemas transdermales y eliminación de toxinas.
En ambos estudios se pone de manifiesto que la nanotecnología aportará grandes mejoras a todos los sistemas de administración de medicamentos, incluyendo sistemas con menos efectos tóxicos para los pacientes, desarrollo de sistemas menos costosos que los actuales, mayor disponibilidad y mayor durabilidad de medicamentos a nivel mundial.
En este sentido se prevé que los sistemas de administración de medicinas desarrollados con la nanotecnología aporten grandes mejoras en el tratamiento de enfermedades, principalmente en lo que se refiere al cáncer, la diabetes y neurológicas.
Más ampliamente, las aplicaciones de la nanotecnología se considera que cambiarán la medicina, las intervenciones quirúrgicas y los sistemas de prevención de las enfermedades. Incluso podría llegar a conseguir la inmortalidad si, como prevén algunos expertos, se descubren nanodispositivos que puedan modificar la estructura genética y celular del ser humano.
Más plausible se considera el desarrollo de diversas nanomáquinas que recorran nuestro cuerpo limpiando las arterias, regulando los niveles de azúcar, colesterol u hormonas o apoyando al sistema inmune.







domingo, 4 de septiembre de 2011

Científicos desarrollan un nuevo método de fabricación de nanoagujas

El trabajo del grupo de Ciencia e Ingeniería de los Materiales de la Universidad de Cádiz permite seleccionar nanoestructuras individuales para estudiarlas con el objetivo de mejorar sus aplicaciones nanotecnológicas.

Investigadores de la Universidad de Cádiz (UCA), pertenecientes al grupo TEP-120 Ciencia e Ingeniería de los Materiales, han desarrollado un método de fabricación de nanoagujas mediante haces de iones focalizados para analizar nanoestructuras individuales de distintos materiales.
La idea es aislar estructuras dentro de las nanoagujas para estudiar su estructura y composición a nanoescala e incluso a nivel atómico, lo que podría ayudar a mejorar los nanomateriales. Estas nanoagujas también tienen interés para mejorar la funcionalidad de técnicas microscópicas avanzadas electrónicas, ópticas y de fuerza atómica.
Este grupo de expertos, reconocido a nivel internacional, es especialista en microscopía electrónica de transmisión en alta resolución, técnica que permite el análisis de los materiales al nivel de columnas atómicas individuales. Así, "para estudiar un material o nanomaterial mediante microscopía electrónica de transmisión, tenemos que preparar las muestras de forma que en ellas se nos permita aislar de algún modo el objeto que queremos analizar hasta espesores nanométricos que hagan que los materiales preparados sean electrón-transparentes", como explica el científico que ha dirigido este trabajo, el catedrático Sergio I. Molina Rubio.
De esta forma, "hemos desarrollado un método de fabricación para el que hemos partido de una técnica llamada FIB (siglas de Focused Ion Beam) a través de la cual se puede esculpir el material a nanoescala", explica Molina. De hecho, "esto nos ha permitido ir arrancando material como lo hace un mecanizado macro: con haces de iones de galio se va arrancando material y se va dejando sólo la parte que interesa. Haciendo uso de esta técnica nosotros hemos fabricamos unas formas de material a nanoescala que hemos denominado nanoagujas", añade.
No obstante, la novedad de este trabajo reside, según el científico, en que "estas nanoagujas contienen en su interior un nano-objeto que ha sido aislado y seleccionado para estudiar su estructura y composición", aunque también podría ser analizada desde un punto de vista óptico, electrónico o fotónico.
Sabiendo cuál es la relación entre la estructura y las propiedades se conoce mejor cómo es y cómo funciona un material, "lo que nos facilita que en posteriores crecimientos podamos cambiar las condiciones y fabricar el material de otra forma para que éste obtenga mejores propiedades", en palabras de Molina.
Desde la UCA se insiste en que "tenemos la capacidad de ofrecer un servicio de fabricación de nanoagujas para grupos de investigación que trabajen en nanotecnología o para aquellos que, dentro de un contexto de mejora de la producción, quieran entender mejor el material con el que trabajan, el sistema de un dispositivo o el por qué un producto funciona de una u otra forma con el fin de mejorarlo".














sábado, 21 de mayo de 2011

Estructuras pentagonales impulsan la nanoelectrónica orgánica

Una investigación desarrollada por ingenieros y científicos de la University of Cambridge y de la Rutgers University ha concretado un trascendente avance en el campo de la nanoelectrónica orgánica. Los investigadores han conseguido crear unas delgadas películas orgánicas que permitirán desarrollar dispositivos electrónicos ultra pequeños de gran capacidad. El sistema podría tener aplicaciones en informática, energía solar y en la industria audiovisual.

La nanoelectrónica orgánica es uno de los campos principales de investigación de nuevos dispositivos electrónicos ultra pequeños de máxima capacidad. Ingenieros e investigadores de la University of Cambridge y de la Rutgers University han concretado un importante avance en este sentido, al diseñar una nueva clase de películas orgánicas delgadas que podrían aplicarse en informática, energías renovables y en dispositivos audiovisuales.
Las moléculas empleadas en estas películas delgadas de forma pentagonal se unen con inusual fuerza y simetría a las superficies de cobre, mostrando además gran eficacia en la interacción con moléculas vecinas. Esta combinación sin precedentes es ideal para la creación de dispositivos de nanoelectrónica orgánica, con posibles aplicaciones en distintos campos de la industria.
En la actualidad, la electrónica de uso comercial ya es conciente de sus limitaciones. La potencia de cálculo de un determinado tamaño de chip de computadora se duplica cada dieciocho meses, en un fenómeno conocido como la ley de Moore. Sin embargo, se espera en breve un fin para este crecimiento.
Al mismo tiempo, la eficiencia de los componentes electrónicos utilizados para la generación de electricidad a partir de la luz solar o en artefactos de iluminación se encuentra también limitada en cuanto al desarrollo de técnicas de fabricación a escala nanométrica. La salida a este cuello de botella sería la denominada nanoelectrónica orgánica, que integra componentes orgánicos (como por ejemplo polímeros) capaces de autoensamblarse para crear dispositivos ultra diminutos.
Prometedores resultados experimentales
El trabajo de los ingenieros e investigadores de Cambridge y Rutgers fue publicado en un reciente artículo de la revista especializada Physical Review Letters, además de haber sido difundido mediante una nota de prensa de la University of Cambridge. Una de las claves de este adelanto es el uso de la simetría pentagonal, que permite una mayor eficacia en la unión de las moléculas que conforman las delgadas películas orgánicas.
Los especialistas han profundizado en el conocimiento de estas estructuras, un paso necesario para lograr adaptar a escala molecular estas películas a los dispositivos electrónicos orgánicos, lo que facilitaría la creación de componentes ultra pequeños, imposibles de realizar con las técnicas convencionales de fabricación.
Según el Dr. Holly Hedgeland, uno de los responsables de la investigación y especialista del Departamento de Física de la University of Cambridge, la industria de los semiconductores tiene una clara motivación hacia el desarrollo a escala molecular de tecnologías innovadoras capaces de reemplazar a las que se usan en la actualidad.
El equipo interdisciplinario que llevó adelante este estudio ha desarrollado una nueva clase de película fina con moléculas orgánicas incorporadas en ciclopentadienilo (C5H5), que interactúan a través de una importante carga electrónica con una superficie de cobre. Los resultados experimentales obtenidos son sorprendentes.
Simetría pentagonal
Después de desarrollar avanzados cálculos, los investigadores han sido capaces de estudiar el comportamiento dinámico de una capa de ciclopentadienilo en una superficie de cobre, y deducir que la transferencia de carga entre el metal y la molécula orgánica se estaba produciendo en un sentido contrario a lo tradicionalmente esperado.
La clave para el comportamiento particular del ciclopentadienilo radica en su simetría pentagonal, una característica que facilita su integración con la simetría triangular de la superficie del cobre. Asimismo, la estructura electrónica interna garantiza máxima estabilidad, fomentando un alto grado de transferencia de carga y creando un fuerte lazo iónico.
Por otro lado, el carácter inusual de la transferencia de carga obtenida evita la repulsión entre las moléculas adyacentes, permitiendo la formación de películas de una alta densidad. Al mismo tiempo, las moléculas permanecen con gran movilidad y, sin embargo, fuertemente ligadas a la superficie de cobre, con un alto grado de estabilidad térmica.
En resumen, se trata de una combinación de propiedades físicas que ofrecen un enorme potencial para el desarrollo de nuevas clases de películas orgánicas capaces de autoensamblarse, ideales además para su uso en distintas aplicaciones tecnológicas ligadas a la informática, al campo de la energía solar y a distintos dispositivos de visualización.
















jueves, 5 de mayo de 2011

Nanoperlas de hierro detectan sustancias tóxicas al instante

Investigadores de la Universidad de Oregón, en Estados Unidos, han diseñado un novedoso sistema que podría revolucionar el tamaño, la velocidad y la precisión de los sistemas de detección química actualmente existentes. Se trata de un sensor portátil formado por nanopartículas de hierro que, gracias a su magnetismo, permite detectar al instante la presencia de agentes químicos y biológicos perjudiciales para la salud.

Los sistemas utilizados actualmente para detectar agentes patógenos y contaminantes presentes en el agua o en el aire, nocivos para la salud humana, presentan algunas limitaciones, como que sólo pueden hallar un producto químico específico o que sus resultados no son inmediatos y se conocen al cabo de unas horas.
Para agilizar el proceso, y conseguir que estos sistemas puedan detectar en paralelo diversos contaminantes, investigadores de la universidad norteamericana de Oregón (OSU) han desarrollado unas "nanoperlas" magnéticas.
Según explican los responsables del estudio, el profesor de química de la OSU Vicent Remcho, y Pallavi Dhagat, profesor asistente en la Escuela de OSU de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación, en un comunicado emitido por dicha universidad: "Esta investigación podría revolucionar el tamaño, la velocidad y la precisión de los sistemas de detección química de todo el mundo".
La clave de la tecnología, de la que se hace eco la revista Sensors and Actuators B: Chemical, está en aprovechar la capacidad de las nanopartículas ferromagnéticas de óxido de hierro.
Por un lado, estas pequeñas partículas sirven para detectar de forma selectiva la existencia de productos químicos; por otro, permiten ofrecer resultados al instante, tras ser incorporadas a un sistema de circuitos integrados.
Tal y como muestra el diagrama anterior, este novedoso método de sensores funcionaría a partir de una esfera magnética, encargada de atraer a los agentes biológicos y químicos con la ayuda de anticuerpos.
Identificación al instante
Otra de las características innovadoras de este nuevo dispositivo es su tamaño, bastante inferior a los actuales, y su usabilidad tanto dentro como fuera de los laboratorios: "Las partículas que estamos utilizando son 1.000 veces más pequeñas que las utilizadas hasta el momento en las pruebas de diagnóstico, lo que permite poder llevar el dispositivo a cualquier sitio y su utilización sobre el terreno", señala Remcho.
El material del que están hechas las nanopartículas es otro valor añadido del método diseñado por los investigadores de la Universidad de Oregón.
Según Remcho: "Igual de importante es que (las nanopartículas) están hechas de hierro. Por ello, podemos utilizar el magnetismo y la electrónica para hacerlas funcionar, también, como dispositivo de señalización, que nos dé acceso inmediato a la información disponible".
Con esta combinación de tecnología, los científicos del proyecto saben que han dado el primer paso hacia una nueva forma de detección más rápida, precisa y económica, lejos de complicados y lentos ensayos realizados con sondas bioquímicas: "Esto podría cambiar completamente el mundo de los ensayos químicos", augura por su parte Dhagat.
En concreto, las nanopartículas se unirían a estas pruebas bioquímicas con el objetivo de localizar agentes químicos. Cuando se detecta uno de estos agentes, una "resonancia ferromagnética" es la encargada de transmitir la información de forma electrónica a un pequeño equipo, y así mostrar la información al usuario de forma inmediata.
Aplicaciones
Según sus autores, el sistema podría ser utilizado para detectar casi cualquier elemento de interés en el aire o el agua.
Así, entre las múltiples aplicaciones de este sistema, los investigadores apuestan su utilización por campos tan dispares como el bioterrorismo, el diagnóstico médico o la prueba de medicamentos, la vigilancia del medio ambiente o incluso el tratamiento del agua o la seguridad alimentaria.
En relación a su uso en la lucha contra el bioterrorismo, el sistema serviría para llevar a cabo una rápida detección de las toxinas químicas utilizadas en este tipo de actos, en particular de ántrax, ricina o viruela. Para profundizar el estudio en esta línea, el trabajo de investigación ha recibido financiación del Laboratorio de Investigación del Ejército, en colaboración con el Instituto de Microtecnologías y Nanociencias de Oregón.
Los científicos norteamericanos continúan probando las utilidades de su nuevo sistema mientras prosiguen los trabajos de investigación de microfluidos con el propósito de aplicar esta tecnología en el campo.
Test para tóxicos en alimentos
En el marco de otra investigación situada dentro del proyecto europeo CONffIDENCE coordinado por el RIKILT (Instituto de Seguridad Alimentaria de los Países Bajos), el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) está desarrollando unos test rápidos que permitirán detectar la presencia de contaminantes químicos en alimentos y en piensos, según un artículo publicado por el periódico ADN.
El objetivo del proyecto, que comenzó en 2008 y tiene una duración de cuatro años, es proporcionar soluciones para el seguimiento de una amplia variedad de compuestos químicos, como plaguicidas, contaminantes orgánicos persistentes, productos farmacéuticos veterinarios, antibióticos, metales pesados, toxinas del marisco o micotoxinas.
Tal y como señalan los investigadores del proyecto, los kits combinarán varias tecnologías, desde los test de tira más sencillos (que se emplean como las pruebas de embarazo) hasta tecnologías de bajo coste basadas en métodos de laboratorio.












lunes, 10 de enero de 2011

La física del rasgado


A veces investigar cosas triviales puede deparar resultados verdaderamente útiles. Un equipo internacional de investigadores desentrañó recientemente el misterio de por qué la cinta adhesiva se rasga de determinada forma. Se cree que sus hallazgos tendrán una utilidad considerable en el campo de las micro y nanotecnologías.

Seguro que esta situación le resulta familiar: está envolviendo un regalo para un amigo, con una mano sobre el papel de regalo para que no se escape y con la otra tratando de cortar una tira de cinta de adhesiva. Y entonces, cuando casi ha terminado, la última tira se rasga y se queda en una tira delgada y puntiaguda, y usted trata desesperadamente de sacar con la uña la punta de la cinta intentando, al mismo tiempo, que no se deshaga el envoltorio.
Aunque cueste creerlo, esta situación tan frustrante es objeto de una investigación seria emprendida por científicos del CNRS (Centro Nacional de Investigación Científica de Francia), la Universidad de Santiago de Chile y el Instituto Tecnológico de Massachusetts (Estados Unidos). Su trabajo, que explica los mecanismos de la física que motivan lo que han dado en llamar «el problema del papel pintado», se ha publicado en Nature Materials.
«Usted quiere redecorar su dormitorio y arranca el papel pintado de las paredes. Consigue despegar un pico y estira de él deseando llegar hasta el suelo, pero se rasga formando un triángulo y hay que empezar de nuevo», explicó Pedro Reis, uno de los autores del artículo y docente de matemáticas aplicadas en el MIT.
Para entender mejor por qué ocurre esto, los investigadores diseñaron un sistema con el que hacer experimentos controlados. El sistema consiste en pegar en una superficie cinta adhesiva, en la que se hacen dos hendiduras para dar lugar a lengüetas, y después estirar de éstas con firmeza. Los investigadores tomaron nota de las formas de las tiras rasgadas resultantes y de las fuerzas mecánicas que dan lugar a cintas adhesivas con propiedades adhesivas y mecánicas distintas. Los físicos constataron que las tiras rasgadas suelen tener forma triangular y descubrieron cómo se forman desde un principio. Cuando se estira de un celofán adhesivo se acumula energía en el pliegue que se forma en el punto donde la cinta se despega de la superficie. La cinta puede liberar esa energía de dos maneras: despegándose de la superficie o estrechándose.
Los científicos distinguieron tres propiedades inherentes de los materiales adhesivos: su elasticidad, su energía adhesiva (con qué fuerza se pega a la superficie el adhesivo) y la energía de fractura (la dificultad para rasgarla). Los científicos han elaborado una fórmula que permite caracterizar una de estas propiedades partiendo de las otras dos y de una simple medición del ángulo del triángulo.
Se cree que sus resultados tendrán implicaciones importantes para la tecnología de materiales. Por ejemplo, podrían ayudar a los ingenieros a calcular una de las tres propiedades cuando ya se conocen las otras dos. Esto puede tener especial utilidad para fabricar películas ultrafinas, elementos fundamentales en muchos micro y nanosistemas. Estas películas, cuyas propiedades son difíciles de manipular, ya se encuentran en nuestra vida cotidiana, en forma de detectores de impactos en los air bags y de microespejos en proyectores de vídeo de segunda generación.












miércoles, 1 de diciembre de 2010

Nanocables y Nanotubos

La nanorobótica es la fabricación de máquinas, o robots, de dimensiones nanométricas, es decir, del orden de la millonésima del milímetro. Esta tecnología es posible gracias a los nanocables y a los nanotubos de carbono.

 Los nanocables son estructuras moleculares con un diámetro del orden del nanómetro con propiedades eléctricas u ópticas, que se emplean como semiconductores o diodos emisores de luz (LEDs). Estas fibras son capaces de generar cargas eléctricas a partir del movimiento. De ahí que ofrezcan múltiples aplicaciones, como ropa inteligente luminiscente o paneles fotovoltaicos, ya que estos diminutos pelos supondrían una mayor superficie captadora de radiación solar.

El nanotubo de carbono es una nanoestructura artificial, similar a la del fullureno, que consiste en una hoja de grafito compuesta de átomos de carbono dispuestos en red hexagonal y envueltos sobre sí mismo como un cilindro. Poseen una gran resistencia, 100 veces mayor que el acero, siendo 6 veces más ligero. Los nanotubos de carbono también puede ser "dopados", o modificados con pequeñas cantidades de otros elementos, que les confieren propiedades eléctricas, haciendo que sean semiconductores.

Los dispositivos nanométricos son entre cien y diez mil veces más pequeños que las células humanas. Son similares en tamaño a grandes biomoléculas, encimas y receptores. La hemoglobina, la molécula que transporta el oxígeno en los glóbulos rojos, es de aproximadamente 5 nanómetros de diámetro. Así, dispositivos de menos de 50 nanómetros pueden entrar fácilmente en la mayoría de las células, mientras que más pequeños, de 20 nanómetros, pueden moverse fuera de los vasos sanguíneos a medida que circulan por el cuerpo.

Los nanocables de silicio son utilizados para detectar los marcadores moleculares que indican la presencia de cáncer en el cuerpo, a pesar del minúsculo tamaño de estos marcadores, cien mil millonésima parte de la proteína presente en una gota de sangre. También se ha conseguido la conexión directa con nanocables de células del riñón de embriones humanos y células madre de embriones de ratón haciendo que los cables penetren en las células de una forma natural mientras las células crecen en los cultivos.
Las nanopartículas son utilizadas para crear imágenes moleculares de lesiones malignas, lo que permite la detección temprana y la liberación de fármacos.

Las nanoshells son un tipo de nanopartículas esféricas formadas por un núcleo dieléctrico que está cubierto por una delgada cáscara metálica. Se emplean para enlazar con las células cancerosas, proporcionando tratamientos terapéuticos directos, que destruyen las células tumorales y no dañar las células vecinas sanas.
Los nanotubos de carbono pueden ser utilizados como agujas de jeringillas a escala nanométrica para la inyección de moléculas en las células y como sondas nanométricas para la toma de medidas precisas. A su vez, los nanotubos de carbono puede llenarse y taparse, formando tubos de ensayo y dispositivos de administración de fármacos.

NANOBOTS
El NanoWalker es un nanobot construido con fragmentos de ADN, de 10 nanómetros de alto, que aunque no es capaz de mutar ni de reproducirse, puede dar pequeños pasos, juntando y separando sus piernas, sobre una camino elaborado también con ADN. Está constituido por una serie de moléculas que, a partir de las reacciones químicas que tienen lugar entre las "piernas" y el "suelo", reproducen los movimientos sincronicos del andar bípedo.

La mayoría de los nanobots están basadas en moléculas, aunque también lo están en bacterias. Sylvain Martel ha desarrollado un pequeño robot propulsado y dirigido por un enjambre de 3000 bacterias. Es capaz de mover objetos a nanoescala gracias a un sensor que identifica el pH del medio sobre el que se encuentra, transmitiéndolo de forma inalámbrica a un ordenador. Allí, un programa genera los campos magnéticos necesarios para obligar al motor del robot a desplazarse en una u otra dirección…

Reparación muscular gracias a microhilos


Un grupo de investigadores ha reparado heridas de gran tamaño en músculos de ratones mediante el cultivo y la implantación de "microhilos" revestidos con células musculares humanas. Los microhilos-fabricados con el mismo material que provoca la formación de coágulos de sangre-parecen ayudar a las células a crecer en la orientación correcta, algo que resulta vital para la reconstrucción del tejido muscular funcional.

Nuestra hipótesis es que las células migran a lo largo de estos andamios, que actúan como un conducto", señala George Pins, profesor adjunto de bioingeniería en el Instituto Politécnico de Worcester. Pins desarrolló la tecnología de microhilos. Las células implantadas se integran rápidamente en el músculo existente y reducen la formación de tejido cicatricial. "Las células crecen en el espacio donde el músculo solía estar, pero crecen de una manera guiada".
En la actualidad, los médicos no pueden hacer demasiado cuando alguien sufre una lesión masiva en un músculo, como por ejemplo tras un accidente automovilístico o una explosión. Unas gruesas bandas de tejido cicatricial pueden acabar formándose en la herida, dejando al músculo grave y permanentemente impedido.
Los científicos están desarrollando numerosos enfoques para la creación de músculos de reemplazo, incluyendo el cultivo de parches de células en una placa, la inyección de células madre en el músculo dañado, y la implantación de andamios poblados de células diseñados para imitar el tejido de origen. Aunque todos estos métodos resultan prometedores para ciertos usos, uno de los retos más importantes ha sido el cultivo de un número suficiente de células en la estructura correcta como para sanar las heridas de músculos grandes.
"La alineación del músculo es muy importante", afirma Kevin "Kit" Parker, bioingeniero de la Universidad de Harvard que no participó en la investigación. "Lo que necesitamos es que los sarcómeros [la unidad básica funcional de los músculos] pueda ser alineada, y así es como se consiguen las contracciones musculares".
Pins y sus colaboradores, incluyendo a Ray Page, profesor asistente en el Instituto de Bioingeniería de WPI, tienen como objetivo resolver este problema mediante el cultivo de células que crezcan a lo largo de los microhilos. Estos filamentos del grosor de un pelo son de fibrina, un polímero de proteína que el cuerpo utiliza para iniciar la curación de heridas, y un ingrediente común en la ingeniería de tejidos. Para crear los microhilos, los investigadores al mismo tiempo extraen el fibrinógeno, el componente básico de la fibrina, y la trombina, una enzima que cataliza las proteínas las proteínas de fibrinógeno solubles en un polímero, a partir de dos pequeños tubos. (Los microhilos también están siendo estudiados para otras aplicaciones, como el cultivo de parches de músculo cardiaco con los que reparar los daños después de sufrir ataques al corazón.)
En los hilos fueron sembradas células musculares humanas procedentes de tejidos descartados durante cirugías. Antes de la siembra, el equipo de Page cultivó las células en unas condiciones que las obligaron a de-diferenciarse-o volverse células más jóvenes, menos especializadas-lo que a su vez las hizo más capaces de regenerarse.
Para probar la tecnología en ratones, los investigadores cortaron cerca del 30 por ciento del músculo tibial anterior de los animales, que se encuentra en la parte delantera de la pata más baja. A continuación, implantaron en la herida células sembradas en microhilos. (El diámetro del hilo, entre 50 y 100 micrones, es entre cinco y 10 veces el tamaño de las células.)
Los investigadores creen que el andamio de fibrina envía señales que imitan el proceso de cicatrización de heridas nativo, uniéndose a factores de crecimiento y otras moléculas encontradas en los coágulos de sangre. También atrae a una enzima que descompone la fibrina, liberando proteínas de fibrinógeno que señalizan a las células colindantes que deben migrar y crear un nuevo tejido, asegura Pins.
Las células parecieron integrarse en el tejido del huésped en sólo un par de días. Después de una semana, el microhilo comenzó a degradarse, y los investigadores observaron que un grupo de fibras musculares habían crecido en el área dejada por ellos. A las 10 semanas, el lecho de la herida estaba lleno de células humanas, y guardaban parecido con fibras musculares maduras. Page presentó la investigación en un simposio de bioingeniería en WPI a principios de este mes.
En la actualidad, los investigadores están tratando de determinar si el nuevo tejido se comporta como tejido muscular normal. La evidencia preliminar sugiere que los implantes también estimularon el crecimiento de las células musculares nativas, aunque Page señala que todavía tienen que confirmar ese hecho.
Además, los ratones implantados con microhilos poseían mucho menos tejido cicatrizal que los animales a los que se les dejó curarse por sí solos. Los microhilos "redujeron drásticamente la cantidad de colágeno [el principal componente del tejido cicatricial] depositado en el área de la herida", afirma Page. "En vez de colágeno, observamos una gran cantidad de tejido muscular bien organizado".
Page asegura que, si bien otros científicos han sido capaces de reparar músculos hasta cierto punto, la tecnología de WPI sanó un área de lesiones mucho mayor que las investigaciones anteriores. Esto podría ser debido a que los microhilos ayudan a resolver uno de los retos principales en el crecimiento de grandes franjas de nuevos tejidos-la obtención de un suministro adecuado de sangre, algo vital para la supervivencia celular. "Una de las razones por las que queríamos investigar los microhilos fue porque creíamos que dejar espacio entre los hilos daría lugar a la formación de vasculatura y al crecimiento de células musculares", asegura Page.
Parker, desde Harvard, dedicado al cultivo de músculo del corazón usando fibras aún más pequeñas, está de acuerdo, y agrega que pocas personas dentro de la ingeniería de tejidos están siguiendo este enfoque. "Si pusiera un trozo de carne sólida ahí, el centro se volverá hipóxico [o falto de oxígeno]", afirma Parker. "Si dejo espacio entre las células, es más fácil reclutar vasos sanguíneos locales".







lunes, 16 de agosto de 2010

Almacenar Electricidad en el Papel

Foto: L.A. CiceroEl ingeniero Yi Cui de la Universidad de Stanford ha encontrado una manera barata y eficiente de fabricar supercondensadores y baterías de papel ligeros; simplemente zambullendo papel ordinario en una tinta especial con nanopartículas.


Aunque la tecnología todavía es nueva, el equipo de Cui vislumbra ya numerosos usos funcionales para sus inventos. Las casas del futuro podrían algún día ser empapeladas con papel capaz de almacenar energía.

Los ingredientes principales para desarrollar estos productos de alta tecnología no son visibles para el ojo humano. Se trata de nanoestructuras, que pueden ensamblarse de maneras que les permiten transportar electricidad y por tanto son capaces de aportar soluciones a varios problemas con los que se enfrentan los dispositivos de almacenamiento de carga eléctrica disponibles actualmente en el mercado.

Cui, profesor de ingeniería y ciencia de los materiales en la Universidad de Stanford, dirige un grupo científico que investiga nuevas aplicaciones de materiales trabajados a nanoescala. Su objetivo no sólo es proporcionar respuestas a las preguntas teóricas, sino también buscar aplicaciones prácticas. Recientemente, este equipo también ideó una forma más fácil de convertir al algodón o al poliéster convencionales en tejidos textiles conductores de electricidad, capaces de servir también como pilas recargables.

Aunque los dispositivos para el almacenamiento de la energía eléctrica han recorrido un largo camino de progreso desde que Alessandro Volta presentó la primera pila eléctrica del mundo en 1800, la tecnología está afrontando ahora una nueva revolución.

Los métodos actuales para fabricar dispositivos de almacenamiento de electricidad pueden ser caros y presentar riesgos para el medio ambiente. Los propios productos tienen limitaciones evidentes de eficiencia. Por ejemplo las pilas de ión-litio convencionales tienen una capacidad limitada de almacenamiento, y los condensadores tradicionales proporcionan una gran potencia pero a expensas de su capacidad de almacenamiento.

Con un poco de ayuda de los nuevos avances científicos, las baterías del futuro podrían presentar un aspecto totalmente diferente al de las voluminosas unidades de metal tan típicas hoy en día. La nanotecnología puede mejorar los dispositivos de almacenamiento de electricidad tanto desde el punto de vista económico como desde el técnico.