viernes, 15 de diciembre de 2017

Impresión 3D con bacterias vivas.

Un equipo de investigación de la ETH Zürich (Escuela Politécnica Federal de Zúrich) dirigido por el Profesor André Studart, Jefe del Laboratorio de Materiales Complejos, ha presentado una nueva plataforma de impresión 3D que funciona utilizando materia viva. Los investigadores desarrollaron una tinta con bacterias para imprimir minifábricas bioquímicas con ciertas propiedades, según la especie de bacteria que los científicos selecciones. Utilizaron las bacterias Pseudomonas putida y Acetobacter xylinum en su trabajo. La primera puede descomponer el fenol químico tóxico, que se produce a gran
escala en la industria química, mientras que la segunda secreta nanocelulosa de alta pureza. Esta nanocelulosa bacteriana alivia el dolor, retiene la humedad y es estable, lo que abre posibles aplicaciones en el tratamiento de quemaduras. La nueva plataforma de impresión ofrece numerosas combinaciones potenciales. 
En una sola pasada, los científicos pueden usar hasta cuatro tintas diferentes con especies
de bacterias distintas y/o en variadas concentraciones para producir objetos con múltiples propiedades. La estructura de la tinta está formada por un hidrogel biocompatible. El hidrogel en sí está compuesto de ácido hialurónico, moléculas de azúcar de cadena larga y sílice pirogénica. El medio de cultivo para la bacteria se mezcla en la tinta de modo que la bacteria tenga todos los requisitos previos necesarios para la vida. Usando este hidrogel como base, se pueden agregar bacterias con el "rango de propiedades" deseado para  imprimir la estructura tridimensional requerida. 
A corto plazo tal vez sea muy poco lo que no se pueda producir con la impresión 3D. 

Lectura complementaria:
3D printing of bacteria into functional complex materials

sábado, 9 de diciembre de 2017

Hacer viable lo inviable II

Desde los residuos orgánicos hasta los materiales nanocompuestos para la producción 3D. 
En el primer artículo “Hacer viable lo inviable” hemos mostrado un cuadro de situación en el cual se ha resumido una serie de soluciones posibles para aquellas zonas consideradas inviables por los economistas y abandonadas a su suerte. En tal contexto la gente joven emigra en busca de un porvenir mejor y los pueblos existentes languidecen.     
Las soluciones propuestas abarcaban desde el aprovechamiento de los residuos y la generación abundante de energía, hasta la producción de nanomateriales de avanzada. En el presente artículo vamos a profundizar sobre las impactantes posibilidades que brinda la nanotecnología de obtener, a partir de los residuos orgánicos, productos de alto valor agregado y de incorporar la zona a una producción sustentable con tecnología de de punta.
La producción de biogás genera metano y dióxido de carbono. Ambos gases se pueden utilizar para obtener nano-objetos. Del metano se puede, mediante el proceso CVD (Chemical vapour deposition) obtener grafeno y nanotubos de carbono. Del dióxido de carbono también puede obtenerse grafeno por reducción con magnesio del hielo seco generado.
En forma paralela, con los residuos se puede producir poliláctico (PLA), un polímero biodegradable y reciclable. Generalmente los residuos fermentables son autoclavados a 121ºC durante 20 minutos y luego regulando las condiciones fisicoquímicas se realiza un proceso de sacarificación con la enzima glucosamilasa y posteriormente se agrega Lactobacillus rhamnousus para pasar la glucosa producida a ácido láctico. 
Finalmente el ácido láctico se utiliza para sintetizar PLA. Dentro de los materiales nanoestructurados, los nanopcompuestos de polímeros con nano-objetos presentan en la actualidad un alto grado de aplicaciones actuales y futuras. En algunos nanocomposites, un 1% de grafeno en la estructura polimérica permite aumentar su resistencia en un 100%. La posibilidad de poder utilizar en las impresoras 3D polímeros de PLA-grafeno y PLA-nanotubos de carbono, obtenidos a partir de residuos, permite producir en forma continua o rotativa una importante cantidad de productos utilizables en la industria textil, alimenticia y automotriz, entre otras. Un buen ejemplo de la importancia de la nanobioeconomía en la sociedad multidireccional.

sábado, 2 de diciembre de 2017

Nanofotónica, la tecnología para el "radar del futuro"

iProfesional 01/12/17


Actualmente, los sistemas tradicionales de radiolocalización se encuentran al límite de sus capacidades. Una mayor reducción en el peso e incremento de los requerimientos técnicos se hace casi imposible con el uso de las tecnologías convencionales. Por caso, los científicos rusos están a un paso del nuevo orden tecnológico a partir del desarrollo de un “radar del futuro” que será entre 5 y 7 veces más pequeño con la posibilidad de ofrecer una imagen casi televisiva, lo que permitirá ser utilizado tanto para aviones y naves de combate de quinta generación, como para submarinos y naves de investigación. Dicho radar es uno de los proyectos más prometedores  vinculado con el uso de las tecnologías de la nanofotónica.
La nanofotónica es la rama de la nanotecnología que se ocupa del estudio de las interacciones entre la luz y la materia de dimensiones muy pequeñas (menos de 100 nanómetros). Los fotones de la luz se mueven con una velocidad 100 veces mayor que los electrones en un circuito, la nueva tecnología permitiría usar luz en lugar de flujos de electrones con la ventaja de que los datos puedan ser enviados a mayor distancia desde distintas partes del servidor sin riesgo de perder información y de poder transferir más cantidad de datos y a mayor velocidad. Cambiando el tamaño y forma de los nanomateriales se puede lograr el control nanométrico de los flujos de luz con la finalidad de realizar  aplicaciones en diferentes campos  como  en biología, medicina, fotolocalización, procesadores, sensores, celdas solares, aeronáutica, etc.
En estos casos los nanochips se suelen reemplazar por nanofotochips basados en las propiedades dieléctricas, semiconductoras y metálicas de los nanomateriales. Tienen procesos de conversión que integran los componentes ópticos con los circuitos eléctricos de una misma pieza de silicio pudiendo ser fabricados a un costo relativamente bajo. Citemos dos aplicaciones relacionadas: 
Una de las promesas de la nanofotónica es la computadora óptica destinada a reemplazar los ordenadores convencionales por otros que puedan transmitir y procesar información más rápidamente. En esta, varios pulsos de luz de distinto color pueden circular por una misma fibra simultáneamente, cada uno de ellos equivalente a una señal eléctrica que precisaría un hilo conductor diferente en los circuitos electrónicos convencionales optimizando de este modo cualquier sistema de comunicación. 
Los arrays (matrices) electromagnéticos que trabajan en las frecuencias de radio han permitido aplicaciones como el radar, la radiodifusión y la astronomía; no obstante resulta extremadamente costoso e incómodo desplegar arrays en base a radiofrecuencia a gran escala. En cambio los arrays en fase óptica tienen una ventaja única ya que la longitud de onda es mucho más corta y prometedora para la integración de detecciones a gran escala. Sin embargo, la longitud de onda óptica corta impone requisitos estrictos debido a que se deben fabricar  matrices con nanoantenas ópticas densamente integradas en  nanochips.                                                                                    
Nanomateriales como los puntos cuánticos (quantum dots) que permitieron desarrollar los primeros televisores QLED con imagen 100% natural o los plasmones de resonancia superficial localizada capaces de regular el color de radiación reflejada según el diámetro de sus nanopartículas metálicas, constituyen algunos de los nanomateriales de avanzada para lograr el control del increíble mundo de la nanofotónica. Tal tecnología es un elemento estratégico no solo para el desarrollo científico, sino para el desarrollo de la independencia tecnológica del país. Es un nicho en el mercado mundial de crecimiento muy rápido y a lo que apuestan grandes conglomerados mundiales.
En el caso de los radares figuran entre otros Thales, Lockheed Martin, Raytheon y Kret,  este último uno de los mayores productores  perteneciente al conglomerado industrial ruso Rostec, la mayor corporación estatal de ese país que promueve el diseño, fabricación y exportación de productos industriales de alta tecnología. Sus diseñadores han creado un radar que  permitirá tomar “imágenes de rayos X” de aviones a la distancia de 500 kilómetros como si estuviera a sólo 50 metros. Su señal permite pasar cualquier obstáculo y no se excluye que en un futuro sea utilizado  para investigación hidroacústica en aguas profundas.

sábado, 25 de noviembre de 2017

Desalinización solar del agua de mar con nanopartículas.

La nanopartículas metálicas presentan el denominado efecto plasmódico. Este se origina cuando la frecuencia de la onda electromagnética producida por el movimiento oscilatorio  de sus electrones superficiales coincide con alguna frecuencia de los fotones de la radiación solar.  En tal situación ambas entran en resonancia con la absorción de la energía de la radiación incidente de esa longitud de onda, reflejando el resto. Cuando se colocan en agua de mar, alrededor de las nanopartículas con su energía incrementada por la resonancia se comienzan a formar burbujas y, debido a que la evaporación del agua se produce en la interfase líquido-vapor, migran a la superficie donde se libera el vapor quedando las nanopartículas disponibles para hacer un proceso continuo. En tal circunstancia la vaporización no requiere llegar el punto de ebullición y puede lograrse a partir de la temperatura generada por la luz solar focalizada.
En la figura puede observarse un equipo de destilación calentado por luz solar en el cual se coloca el agua de mar y distintos nanomateriales. Agua de mar (a); agua de mar + nanopartículas de plata (b); agua de mar + nanopartículas de oro (c); agua de mar + grafeno (d); agua de mar + grafeno + nanopartículas de oro (e).
Disminución de la temperatura de vaporización
utilizando distintas nanopartículas.
Las pruebas biológicas indican que el agua obtenida de esta forma no contiene protozoos, bacterias, virus, algas ni  hongos. Eso podría ser debido al efecto fototérmico de los nanocomponentes que elevan la temperatura causando la muerte de bacterias. En el caso de las nanopartículas de plata también por sus propiedades antisépticas y antibacterianas. Estudios toxicológicos realizados “in vivo” permiten, para las condiciones de uso, descartar efectos adversos para la salud. 
Al agua destilada obtenida se le agrega una mínima cantidad de sal necesaria para el consumo humano.
Equipos para la producción continua a gran escala pueden utilizar concentradores de luz solar para aumentar la radiación incidente y llegar a la temperatura necesaria para el proceso. 
Algo tan pequeño como una nanopartícula y algo tan grande como el sol se complementan para abastecernos del vital fluido.  

Lectura complementaria:  

sábado, 18 de noviembre de 2017

Hacer viable lo inviable

En el planeta existen zonas aparentemente poco beneficiadas, no poseen minerales, combustibles fósiles, ni su suelo presenta las características adecuadas para ser cultivado. La falta de energía no posibilita la radicación de industrias y la generación de puestos de trabajo. Suelen ser consideradas como zonas inviables por los economistas y abandonadas a su suerte. La  gente joven emigra en busca de un porvenir mejor y los pueblos existentes languidecen. El cuadro descripto se repite en toda la superficie del planeta. La visión proveniente de la economía de las nuevas tecnologías, NBIC (Nano, Bio, Info y Cognotecnología), inicialmente denominada Bioeconomía y en la actualidad Nanobioeconomía, es que lo inviable lo puede hacer viable. En la siguiente figura se trata de resumir una serie de soluciones posibles, sustentables, que abarcan desde el aprovechamiento de los residuos y la generación abundante de energía, hasta la producción de nanomateriales de avanzada. 
La producción abundante de energía se basa en la instalación de paneles solares, en la generación de biogás a partir de residuos, centrales termoeléctricas alimentadas por biomasa obtenida a partir de cultivos, microorganismos y microalgas modificadas genéticamente, de los cuales también se puede obtener bioetanol,  biopetróleo y biodiesel. El dióxido de carbono proveniente de las centrales termoeléctricas y de la generación de biogás se lo puede utilizar para obtener grafeno y para alimentar cultivos de microalgas capaces de producir desde medicamentos  hasta ácidos grasos omega 3. Luego de la extracción de los principios activos, el resto de la microalga puede utilizarse para, por pirólisis, obtener nanotubos de carbono, nanomaterial de alto valor agregado. 
La autosuficiencia energética permite instalar biorreactores para producir carne  “in vitro” y abre las puertas para múltiples emprendimientos, la instalación de pymes y comercios relacionados, no sólo con la producción, también vinculados con el crecimiento económico general del lugar. La economía de las  nuevas tecnologías tiende a horizontalizar la producción de energía (y de alimentos) de modo de evitar la concentración de los recursos económicos en unos pocos. La economía de las  nuevas tecnologías puede hacer viable lo inviable.

Lectura complementaria:
Bioeconomía para todos

viernes, 10 de noviembre de 2017

Nanosensores impresos sobre plantas anticipan la sequía.

Investigadores del MIT (Massachusetts Institute of Technology) han creado nanosensores que pueden imprimirse en las hojas de las plantas y revelar si están experimentando escasez de agua. La tecnología podría dar a los agricultores una advertencia temprana cuando sus cultivos están en peligro.  Es difícil obtener esta información de otra manera. Se pueden poner sensores en el suelo o hacer mapeos satelitales, pero nunca nos dirán lo que está ocurriendo en una planta en particular. El nuevo sensor aprovecha los estomas de las plantas: pequeños poros en la superficie de una hoja para permitir la evaporación del agua. A medida que ocurre la evaporación en la hoja, la presión del agua en la planta cae, activándose la extracción de agua del suelo a través del proceso denominado transpiración. Los especialistas en  plantas saben que los estomas se abren cuando se exponen a la luz y se cierran en la oscuridad. También que responden a la concentración de dióxido de carbono y a la sequía, pero la dinámica de esta apertura y cierre ha sido poco estudiada y recién ahora surge la posibilidad de monitorearla en forma continua. 
Estomas / Volodymyr Koman / MIT 
Para crear el sensor utilizaron una tinta hecha de nanotubos de carbono disueltos en un compuesto orgánico llamado dodecilsulfato de sodio (no daña los estomas). Esta tinta permite crear un circuito electrónico intercalando un poro. Cuando el poro está cerrado, el circuito está intacto y la corriente puede medirse conectando el circuito a un amperímetro. Cuando el poro se abre, el circuito se rompe y la corriente deja de fluir,  permitiendo saber, con mucha precisión, si un solo poro está abierto o cerrado. Al medir la apertura y el cierre durante unos días, en condiciones normales y de sequía, los investigadores descubrieron la posibilidad de detectar, en el plazo de dos días, cuando una planta experimenta estrés hídrico. Los estomas tardan aproximadamente siete minutos en abrirse después de la exposición a la luz y 53 minutos en cerrarse cuando cae la noche, pero estas respuestas cambian durante las condiciones de sequía. Si las plantas carecen de agua, los estomas tardan en promedio 25 minutos en abrirse y 45 minutos para cerrarse. Los nanosensores se probaron en una planta denominada lirio de la paz, elegida porque tiene grandes estomas. Para aplicar la tinta en las hojas los investigadores crearon un molde de impresión con un canal de microfluidos. Cuando el molde se coloca sobre una hoja, la tinta fluye a través del canal y se deposita sobre su superficie. El nanosensor podría tener gran importancia en la agricultura, especialmente por el avance del cambio climático conducente a una mayor escasez de agua. 

Lectura complementaria:
Persistent drought monitoring using a microfluidic-printed electro-mechanical sensor of stomata in planta.

sábado, 4 de noviembre de 2017

Día Internacional de la Nanotecnología.

Por lo general cuando se fija una fecha para conmemorar el día de alguna profesión se la  elige por su relación con algún descubrimiento científico,  un  hecho destacado como la presentación de un trabajo de investigación pionero, el nacimiento-muerte de algún profesional precursor en la temática, etcétera. El ingenio subyacente a la nanotecnología queda demostrado con una forma de elegir su día en función de la esencia misma de la disciplina. Si un nanómetro es  10-9 metros, el día internacional de la nanotecnología no podría ser otro que el 9/10, es decir el 9 de octubre (en inglés 10-9 o 10/9). 
El Día Internacional de la Nanotecnología no se festeja con actos, asuetos, fiestas, etcétera.  Los estudiantes y nanotecnólogos de muchas universidades, organizaciones y empresas presentan una serie de eventos y actividades dirigidas a crear conciencia sobre la nanotecnología, señalar sus innovaciones, explicar los beneficios de los productos desarrollados y los desafíos-oportunidades que ofrece y ofrecerá  a la sociedad. 
Jornadas con presentación de posters, paneles, conferencias, olimpíadas, vídeos, artículos en la red, demostraciones experimentales, talleres, presentación de proyectos y concursos de ideas.  
A partir del año 2017, con el inicio de la primera Licenciatura en Nanotecnología del país, nuestros estudiantes están en condiciones de participar activamente de la iniciativa. Algo muy bueno, ya que el Día Internacional de la Nanotecnología no es un día cualquiera, es el día en el cual una oleada de ingenio e innovación nos contagia su optimismo.

sábado, 28 de octubre de 2017

¿Mortales o inmortales? ¿Hombres y/o robots?

El libro “La Convergencia de las Tecnologías Exponenciales & la Singularidad Tecnológica” constituye un intento para ubicar en tiempo y espacio las respuestas que brindan las tecnologías convergentes, NBIC (Nano-Bio-Info y Cognotecnología), a las problemáticas socioeconómicas actuales. Tecnologías con crecimiento exponencial para cubrir las demandas de un planeta que aumentó su población en 5000 millones de habitantes en los últimos 67 años. 
La comprensión del mundo que vivimos, desde la óptica de las NBIC, nos conduce inexorablemente a extrapolar el camino hacia el futuro a partir de las tecnologías que lo están conformando y no de una predicción basada sólo en la imaginación.
“La Convergencia de las Tecnologías Exponenciales & la Singularidad Tecnológica” se constituye en una rara avis al ensayar una respuesta sin ambigüedad a dos de las preguntas más inquietantes del siglo XXI: ¿mortales o inmortales?, ¿hombres y/o robots?.

Imperdible.                                                                                                                                      

sábado, 21 de octubre de 2017

Nano-transfección para reprogramar células “al toque”

El equipo de 27 investigadores dirigido por el Dr. Chandan K. Zen, de la Ohio State University, publicó el 12 de octubre en la revista Nature Nanotechnology el artículo: “Topical tissue nano-transfection mediates non-viral stroma reprogramming and rescue”, en el cual se presenta nanochip que se coloca sobre la piel y utiliza un campo eléctrico para reprogramar las células de tejidos lesionado o envejecidos. 
La capacidad de los científicos para transformar células de un tipo en otro no es nueva: el descubrimiento le valió a John Gurdon y Shinya Yamanaka el Premio Nobel en 2012.  La nueva técnica, denominada nano-transfección tisular, se basa en colocar un nanochip en la superficie de la piel de un cuerpo vivo. A continuación, se aplica “un toque” de campo eléctrico intenso para enviar genes a las células de la piel que están debajo de él, convirtiéndolas en otras. 
Una herramienta adecuada cuando se quiere reparar tejido dañado, ofreciendo la posibilidad de convertir el propio tejido del paciente en un "biorreactor" para generar las células necesarias. Mediante la técnica propuesta se demuestra la posibilidad de cambiar el destino de las células reprogramándolas por ejemplo´ para convertirlas en una neurona,  una célula vascular, o en una célula madre. 
Dice el Dr. Sen “"Al utilizar nuestro novedoso nanochip, los órganos lesionados o comprometidos pueden ser reemplazados", "Con esta tecnología, podemos convertir las células de la piel en elementos de cualquier órgano con un solo toque. Este proceso solo lleva menos de un segundo, no es invasivo, y luego el paciente se va". Entre otras experiencias  pudieron usar el nanochip  para convertir células de la piel de ratones, en células nerviosas que luego se inyectaron en el cerebro de roedores con derrame cerebral, ayudándoles a su recuperación. El próximo objetivo del equipo de investigación es desarrollar la técnica aún más con la intención  de comenzar los ensayos clínicos en humanos el próximo año.

Fotografía: Ohio State University
Lectura complementaria:
Topical tissue nano-transfection mediates non-viral stroma reprogramming and rescue

sábado, 14 de octubre de 2017

Ver un "puente de hidrógeno” para creer

Por primera vez, los científicos han logrado estudiar la fuerza de los enlaces de hidrógeno en una sola molécula utilizando un microscopio de fuerza atómica (AFM). Investigadores del Swiss Nanoscience Institute de la Universidad de Basilea han informado los resultados en la publicación “Direct quantitative measurement of the C═O⋅⋅⋅H–C bond by atomic force microscopy” (Revista Science Advances).

Imagen: Universidad de Basilea
El hidrógeno es el elemento más común en el universo y es una parte integral de casi todos los compuestos orgánicos. Las moléculas y partes de las macromoléculas están conectadas entre sí a través de átomos de hidrógeno, una interacción conocida como “puente” de hidrógeno. Estas interacciones juegan un papel importante en la naturaleza. La vida en la tierra es posible gracias al aumento que  producen en la temperatura de ebullición del agua y, además, son los responsables de las propiedades específicas de las proteínas y de los ácidos nucleicos. 
El Dr. Shigeki Kawai, del equipo del profesor Ernst Meyer (Instituto Suizo de la Universidad de Basilea), ha logrado utilizar un microscopio de fuerza atómica de alta resolución para estudiar el fenómeno. En estrecha colaboración con colegas de Japón, los investigadores seleccionaron compuestos cuya configuración se asemeja a una hélice. Estos se disponen sobre una superficie de tal manera que los átomos de hidrógeno siempre apunten hacia arriba. Si la punta del microscopio de fuerza atómica, impregnada con monóxido de carbono, se acerca lo suficiente a estos átomos de hidrógeno, se forman los enlaces que luego pueden ser examinados. 
Los enlaces de hidrógeno son mucho más débiles que los enlaces químicos, pero más fuertes que las interacciones intermoleculares de van der Waals. Las fuerzas y distancias medidas entre los átomos de oxígeno en la punta del microscopio AFM y los átomos de hidrógeno del propellano se corresponden muy bien a los cálculos previos realizados por el Prof. Adam S. Foster de la Universidad de Aalto (Finlandia) confirmando que la interacción implica claramente puentes de hidrógeno. 
Molécula de propellano
Con este estudio,  la red de investigadores del Swiss Nanoscience Institute, ha abierto nuevas formas de identificar moléculas tridimensionales mediante las características de los puentes formados entre los hidrógenos de la molécula en estudio y la punta del microscopio AFM embebida en monóxido de carbono.

Lectura complementaria:

sábado, 7 de octubre de 2017

Interfaces neuronales de grafeno

En el artículo publicación “Graphene in the Design and Engineering of Next-Generation Neural Interfaces” publicado en la revista Advance Materials se analiza la utilización del grafeno para el diseño de interfaces neuronales de avanzada. Las interfaces neuronales se están convirtiendo en un potente conjunto de herramientas para intervenciones clínicas que requieren estimulación y/o registro de la actividad eléctrica del sistema nervioso. Los dispositivos implantables activos ofrecen un enfoque prometedor para el tratamiento de diversas enfermedades, del sistema nervioso central o periférico, estimulando eléctricamente diferentes estructuras neuronales. Todos los dispositivos de interfaz neural actualmente utilizados están diseñados para realizar una sola función: grabar actividad o estimular eléctricamente el tejido. Debido a su rendimiento eléctrico, electroquímico y su idoneidad para la integración en dispositivos flexibles, los materiales a base de grafeno constituyen una plataforma versátil capaz de ayudar a resolver muchos de los retos actuales en su diseño. El grafeno, un material 2D (dos dimensiones) posee la matriz de propiedades (flexibilidad, movilidad eléctrica, susceptibilidad a las modificaciones superficiales y gran área superficial disponible para la interacción con los componentes neuronales) necesarias en la mejora de las capacidades funcionales de las interfaces. 
Para aprovechar al máximo el potencial de las interfaces neuronales, se espera que la próxima generación de dispositivos ofrezca simultáneamente múltiples funcionalidades, incluyendo el registro y la estimulación de la actividad eléctrica, el reconocimiento de neurotransmisores, neuromoduladores y otras biomoléculas neurológicamente relevantes, así como la capacidad de control sobre la administración de fármacos.
Clinically developed neural interfaces (© Wiley-VCH Verlag)
Lectura complementaria:

viernes, 29 de septiembre de 2017

Catalizador con nanopartículas de cobre transforma el dióxido de carbono en etileno, etanol y propanol utilizando energía solar.

Científicos de la Universidad de California, del Lawrence Berkeley National Laboratory y del NanoScience Institute de Berkeley, han desarrollado un nuevo electrocatalizador que puede convertir directamente el dióxido de carbono en productos con mas de un átomo de carbono. 
El artículo “Copper nanoparticle ensembles for selective electroreduction of CO2 to C2–C3 products” se publicó el 18 de setiembre en la revista científica PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences)  y constituye el último de una serie de estudios destinados a obtener productos químicos “limpios” a partir de dióxido de carbono. 
Un electrocatalizador compuesto de nanopartículas de cobre proporciona las condiciones necesarias para transformar el dióxido de carbono en etileno, etanol y propanol. El etileno es el ingrediente básico utilizado para fabricar películas y botellas de plástico, así como tubos de cloruro de polivinilo (PVC). El etanol, comúnmente obtenido de biomasa, constituye un biocombustible usual, mientras que el propanol, un combustible muy efectivo, actualmente tiene una fabricación demasiado costosa como para ser utilizado como tal. 
El catalizador consiste en esferas de cobre de 7 nanómetros de diámetro densamente empaquetadas y estratificadas en la parte superior del papel carbonoso. Los investigadores encontraron que durante un período muy temprano de la electrólisis (utiliza distindos electrolítos saturados con el gas) los cúmulos de nanopartículas se fusionaron y se transformaron en nanoestructuras tipo cubo con un tamaño de 10 a 40 nanómetros. Después de esta transición la transformación del dióxido de carbono en los citados productos comenzó a ocurrir. Este cambio estructural en tiempo real de las nanoesferas de cobre a las estructuras de tipo cubo facilitó la formación de los hidrocarburos multicarbonados. Diez centímetros cuadrados del catalizador pueden producir aproximadamente 1,3 gramos de etileno, 0,8 gramos de etanol y 0,2 gramos de propanol por día con un consumo energético mínimo provisto por energía solar. 
Un avance interesante en el desafío científico-tecnológico de reemplazar el combustible fósil. 

Imagen: Dohyung Kim / Laboratorio de Berkeley
Lectura complementaria:

viernes, 22 de septiembre de 2017

El primer "robot molecular" capaz de construir moléculas

Científicos de la Universidad de Manchester han creado el primer "robot molecular" del mundo que es capaz de realizar tareas básicas, incluyendo la construcción de otras moléculas. Los minúsculos robots, de tamaño de 1nm, con un pequeño brazo robótico, pueden ser programados para mover y construir. Cada robot individual es capaz de manipular una sola molécula y está formado por sólo 150 átomos de carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. Funcionan realizando reacciones químicas en soluciones especiales que luego pueden ser controladas y programadas por los científicos para realizar las tareas básicas. En el futuro podrían ser utilizados para fines médicos, procesos de fabricación de avanzada e incluso la construcción de fábricas moleculares. El artículo de referencia “Stereodivergent synthesis with a programmable molecular machine” se ha publicado en la revista Nature (2017; 549). El director de la investigación,  profesor David A. Leigh explica: "Toda la materia está compuesta de átomos y éstos son los bloques básicos de construcción que forman las moléculas. Nuestro robot es literalmente un robot molecular construido de átomos capaz de responder una serie de comandos simples que son programados por un científico. Es similar a la forma en que se utilizan los robots en una línea de montaje de automóviles. Esos robots toman un panel y lo colocan de modo que pueda ser remachado en la manera correcta de construir la carrocería de un coche. Nuestra versión molecular puede ser programada para posicionar y remachar componentes de diferentes maneras para construir distintos productos, en una escala mucho menor, a nivel molecular”. El beneficio de tener una maquinaria tan pequeña implica una reducción enorme en la demanda de materiales, permite acelerar y mejorar el descubrimiento de nuevas moléculas, reduce en forma drástica los requerimientos de energía y aumenta la miniaturización de los productos. Por lo tanto, las aplicaciones potenciales para los robots moleculares son extremadamente variadas y emocionantes
La robótica molecular tal vez represente el límite en nuestra capacidad para realizar máquinas en miniatura.  
Imagen: University of Manchester
Lectura complementaria:                                                                                                 Stereodivergent synthesis with a programmable molecular machine