sábado, 14 de abril de 2018

Nanopartículas hibridas para el cáncer de pulmón.

El tipo más común de cáncer de pulmón es el no microcítico con una tasa de supervivencia, luego de los tratamientos usuales, del 36% a los cinco años. Los investigadores del Jefferson College of Pharmacy han desarrollando un nuevo enfoque de tratamiento con nanopartículas hibridas que resultó efectivo en los modelos de pruebas en ratones. La investigación “Evaluation of MUC1-Aptamer Functionalized Hybrid Nanoparticles for Targeted Delivery of miRNA-29b to Nonsmall Cell Lung Cancer”, fue publicada en la revista Molecular Pharmaceutics.
Los aptámeros son oligonucleótidos de cadena sencilla (ssDNA y RNA), con tamaños entre 70 y 100 nucleótidos, capaces de reconocer de forma específica y con alta afinidad a varios tipos de moléculas diana (moléculas que están presentes en distintos tipos de cáncer) unirse e interactuar con ellas de forma de interferir en las funciones biológicas de las moléculas y por ende limitar la vida de las células involucradas. 
Modelo de nanopartícula hibrida
Las nanopartículas se diseñaron para liberar un aptámero, el microRNA 29b,  capaz de detener el crecimiento del tumor y hacerlo más susceptible a la quimioterapia. Si se lo administra inyección se degrada rápidamente en el torrente sanguíneo o es recogido y eliminado por las células inmunes sin producir efecto alguno. Para eludir estas limitaciones desarrollaron nanopartículas hidridas compuestas de un anticuerpo humano, la inmunoglobulina G (IgG), para ocultar la partícula al sistema inmune, el antígeno MUC1 que actúa como un sistema de navegación que guía las nanopartículas hacia los tumores pulmonares y finalmente la carga terapéutica, el aptámero microRNA-29b. El conjunto se une utilizando un polímero adhesivo llamado poloxamer-188. 
Los citados componentes forman una nanopartícula esférica con capacidad demostrada de encontrar adecuadamente y reducir los tumores pulmonares no microcíticos. La investigación en animales es sólo un inicio, un paso previo a las pruebas clínicas en humanos; no obstante, la estrategia concebida de realizar nanopartículas hidridas capaces de burlar el sistema inmunológico,  dirigirse al tumor y descargar el aptámero en el sitio específico para detener la proliferación maligna, se visualiza como una vía prometedora para combatir el cáncer, es este caso, de pulmón. 

Lectura complementaria:

sábado, 7 de abril de 2018

BioNanoarquitectura.

La premisa sustentada por la Bionanoarquitectura es que la vida responde mejor a diseños y materiales concordantes con la preservación de la naturaleza de los habitantes y de la naturaleza del medio, de modo de hacer más armónica y sustentable la existencia.
Un punto de inflexión dentro de la biotecnología moderna se produce con la presentación en el año 2000 de los datos del Proyecto Genoma Humano. El conocimiento del mapa genético humano ha brindado por primera vez en la historia la posibilidad de disponer del acervo genético como materia prima básica de la actividad socioeconómica del presente y del futuro. El conocimiento del genoma humano, desde el nacimiento, permitirá detectar nuestra tendencia genética a cierto tipos de actitudes-enfermedades para las cuales se deben adaptar las características de las viviendas y no forzar al individuo a los diseños arquitectónicos contra su natural tendencia genética.
Con el transcurso del tiempo se comprendió la necesidad de conocer un aspecto complementario de nuestro genoma. En las distintas partes del ser humano existen microorganismos tales como bacterias y hongos desarrollados en una relación íntima con el cuerpo. Ellos superan aproximadamente en 100 veces la cantidad de nuestras propias células. La sociedad formada por los microorganismos y los humanos produce un beneficio mutuo. El estudio global de secuenciación del genoma de la comunidad de microorganismos presentes en la microflora se centra en un nuevo campo biotecnológico: la metagenómica humana. Su propósito es proporcionar una visión amplia centrada en el descubrimiento de genes de interés especial en las comunidades microbianas relacionados con nuestro estado de salud y enfermedad. En la actualidad, el proyecto del microbioma humano se suma al del genoma humano ampliando de ese modo el acervo genético referencial sobre estado de salud de una persona en relación con su medio. La microflora humana es la interfase con la microflora de nuestro hábitat, susceptible a los grandes cambios medioambientales producto de la actividad del hombre.
Bionanoarquitectura. Alberto L. D'Andrea. El Cronista. 29/06/2009
La nanotecnología nos puede ayudar a mantener un hábitat equilibrado a través de la utilización de nanomateriales tendientes a lograr un máximo aprovechamiento de los recursos naturales sin producir desequilibrios que repercutan en la metagenómica del lugar y en definitiva en su fino equilibrio con nuestra salud. También la nanotecnología puede dar respuesta a múltiples necesidades ambientales y a ciertos genes vinculados con distintas problemáticas humanas usuales (ansiedad, depresión, stress, abatimiento, etc.).
Sólo citaremos unos pocos ejemplos. Pinturas nanotecnológicas con cierta especifidad antibacteriana destinadas a eliminar microorganismos que puedan afectar la bioflora normal. Pinturas adicionadas con nanoesferas cerámicas capaces de disminuir la conducción térmica aumentando la capacidad reflectiva de las superficies mejorando la aislación de la vivienda y por ende disminuyendo el consumo de energía destinada para refrigerar o calefaccionar en un 20%. Pinturas, para ansiosos,  que cambian el color de la pared durante el día según el ángulo de incidencia de la luz. Desde lo ambiental, la nanotecnología, también permite construir paneles solares diurnos más eficientes, paneles solares nocturnos hechos con nanocristales nanométricos capaces de absorber y funcionar con la radiación infrarroja que durante la noche se refleja desde las nubes (efecto invernadero) y pintura catalítica  capaz de convertir el monóxido de carbono a dióxido de carbono.
Imaginemos que pronto, alguien que viva en un departamento muy pequeño, en condiciones contrarias a su tendencia natural, podrá tener una pantalla girante muy finita en su pared (tipo OLED) y le bastara con seleccionar dónde quiere estar (servicio de nanocámaras incluido). Tomando una cerveza (en su departamento) pero mirando en tiempo real el entorno en el bar Palentino en Madrid, o tomar un café mirando a su alrededor o por una ventana la gente pasar en tiempo real en el café Tortoni de Buenos Aires,  o almorzar mirando las cataratas del Niágara desde Estados Unidos o Canadá o el rompimiento del glaciar Perito Moreno en la provincia de Santa Cruz (Argentina),...
Conocer nuestro genoma hará posible detectar nuestra tendencia a ciertos entornos compatibles; a una arquitectura centrada en las necesidades genéticas individuales de modo de que la nurtura respete a la natura, no imponiéndole una adaptación artificial tras la apariencia de un forzado equilibrio condenado al fracaso emocional. La interacción dinámica entre la nanotecnología y la biotecnología nos dará las herramientas necesarias para la comprensión profunda e integral del ser humano y nos brindará herramientas para incidir subjetiva y objetivamente en el arte y la técnica de la construcción. 
La producción arquitectónica basada en la biotecnología y la nanotecnología correlaciona objeto, medio y sujeto en una relación sinérgica y dinámica. La Bionanoarquitectura finalmente se podría visualizar como la contribución de la biotecnología y de la nanotecnología a la arquitectura para mejorar las condiciones de habitabilidad del planeta. 

Lectura complementaria:       
Casas hechas a medida (de nuestros genes).
Nota: el presente artículo es una actualización  del publicado en El Cronista el 9 de junio del año 2009.

sábado, 31 de marzo de 2018

Motor browniano oscilante para separar nanopartículas.

Un equipo de investigación de IBM publicó, el 31 de marzo del 2018, el artículo “Nanofluidic rocking Brownian motors” en la  revista científica Science. Los motores propuestos impulsan las nanopartículas a lo largo de pistas predefinidas para separarlas con una precisión sin precedentes. El motor browniano oscilante está inspirado en la naturaleza. En las células, los motores moleculares son pequeños andadores que transportan la carga a lo largo de guías de microtúbulos con un consumo mínimo de combustible. El movimiento browniano,  caótico y tembloroso de las partículas, es causado por las moléculas de agua al colisionar aleatoriamente con ellas. Albert Einstein dio una descripción correcta del movimiento  en 1905. 
Un motor browniano convierte este movimiento aleatorio en trabajo mecánico al trasformar la aleatoriedad en un movimiento recto de las partículas. Para este propósito, los científicos usan el principio similar a un destornillador de trinquete. Un trinquete es un mecanismo que permite a un engranaje girar hacia un lado, pero le impide hacerlo en sentido contrario. Además, usan una fuerza externa oscilante capaz de empujar las partículas contra los dientes de trinquete. El motor browniano no produce movimiento dirigido, solo evita que las partículas se muevan hacia atrás. Para comenzar a construir el dispositivo  utilizaron  una punta diminuta y caliente de silicio con un ápice afilado de modo de crear un paisaje tridimensional "cincelando" el material en una capa de polímero. La técnica se denomina litografía con sonda de escaneo térmico. La separación de dos tipos diferentes de partículas requiere combinar dos trinquetes con direcciones de transporte opuestas con dientes de diferentes tamaños. Luego se  coloca una  gota de agua  conteniendo las pequeñas esferas de oro de 60 nm y 100 nm en los trinquetes y  se cubre con un cristal delgado, dejando un pequeño espacio entre las puntas de los dientes y el vidrio. Como una partícula de mayor tamaño es menos probable que explore el trinquete con los dientes más pequeños, las esferas se mueven en direcciones opuestas y se separan. Las partículas de 60 nm se balancean hacia la derecha y las partículas de 100 nm hacia el lado izquierdo del sistema en solo unos pocos segundos. El dispositivo tiene capacidad para separar partículas entre 5 nm y 100 nm de tamaño y con diferencias en el radio entre ellas de solo 1 nm. El motor browniano oscilante presenta un gran potencial para aplicaciones de laboratorio en chips vinculados con la ciencias de los materiales, las ciencias ambientales y la bioquímica.

Lectura complementaria:
Nanofluidic rocking Brownian motors.

sábado, 24 de marzo de 2018

Proyecto de interfaz neuronal no quirúrgica.

El estado del arte en las comunicaciones del sistema cerebral ha empleado técnicas invasivas que permiten conexiones precisas y de alta calidad a neuronas o grupos de neuronas específicos. Estas técnicas han ayudado a los pacientes con lesiones cerebrales y otras enfermedades. Sin embargo, estas técnicas no son apropiadas para personas sanas. 
La Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA) de los EE.UU, hora busca lograr altos niveles de comunicaciones del sistema cerebral sin cirugía, en su nuevo programa de próxima generación N3. DARPA creó el programa para buscar el camino hacia un sistema de interfaz neuronal portátil y seguro capaz de leer y escribir en múltiples puntos en el cerebro a la vez. La neurotecnología no quirúrgica de alta resolución ha sido esquiva, pero gracias a los recientes avances en la nanotecnología la posibilidad de alcanzar el objetivo es muy alta. 


Las neurotecnologías no invasivas, como el electroencefalograma y la estimulación de corriente directa transcraneal, ya existen, pero no ofrecen la precisión, la resolución de señal y la portabilidad necesarias para las aplicaciones avanzadas por parte de personas que trabajan en entornos reales. Los potenciales investigadores de N3 se enfrentarán a numerosos desafíos científicos y de tecnología para eludir esas limitaciones, pero de lejos el mayor obstáculo será superar la compleja física de la dispersión y el debilitamiento de las señales a medida que atraviesan la piel, el cráneo y el tejido cerebral. 
Se esta llamando a equipos multidisciplinarios de investigadores para construir enfoques que permitan la interacción precisa con áreas muy pequeñas del cerebro, sin sacrificar la resolución de la señal en sujetos humanos sanos. DARPA pretende que el esfuerzo N3 de cuatro años concluya con un sistema bidireccional utilizado en una tarea relevante para la defensa que podría incluir interacciones humano-máquina con vehículos aéreos no tripulados, sistemas activos de defensa cibernética u otros sistemas del Departamento de Defensa debidamente equipados. DARPA también está siendo proactivo al considerar las dimensiones éticas, legales y sociales de la neurotecnología más ubicua y cómo podría afectar no solo las operaciones militares, sino también a la sociedad en general. 
El 3 de abril, equipos de todo el mundo podrán presentar sus propuestas de investigación y desarrollo en la temática las cuales contarán con importante apoyo económico e impositivo. La idea es que poniendo a los mejores investigadores a resolver el problema, con el estado actual de la tecnología, se abrirán las puertas a interfaces prácticas de alto rendimiento en sólo en cuatro años. Una consecuencia adicional del proyecto militar de defensa será que el cerebro de una persona se comunique con un dispositivo, permitiendo avances destinados a mejorar la calidad de vida…
Lectura complementaria:

viernes, 16 de marzo de 2018

Mapeo Nanoquímico 3D de nanopartículas en baterías litio

A medida que la batería se carga y descarga, sus electrodos se oxidan y reducen alternativamente.  Conocer las ubicaciones precisas de las reacciones químicas dentro de las nanopartículas individuales que participan ayuda a comprender el funcionamiento de la batería y descubrir la forma de optimizar su rendimiento. Las vías químicas por las cuales ocurren las reacciones ayudan a determinar la velocidad de agotamiento de una batería. Las herramientas disponibles para estudiar estas reacciones solo pueden proporcionar información sobre la composición promedio de los electrodos en cualquier punto dado en el tiempo e informar el porcentaje del electrodo que se ha oxidado permanentemente. Pero estas herramientas no pueden proporcionar información sobre la ubicación fina de las partes oxidadas en el electrodo. 
Imagen 3D del fosfato de Fe y Li . Crédito:Jordi Cabana
Debido a estas limitaciones, no es posible determinar si las reacciones se producen en un área determinada, como la superficie del material o de manera uniforme en el total. Investigadores de la University of Illinois de Chicago y del Lawrence Berkeley National Laboratory han desarrollado una nueva técnica que les permite identificar la ubicación de las reacciones químicas que suceden dentro de las baterías de iones de litio en tres dimensiones a nivel de nanoescala. Sus resultados se publicaron en la revista Nature Communications. La nueva técnica, denominada X-ray ptychographic tomography, se basa en el desarrollo de algoritmos utilizados para ayudar a responder preguntas fundamentales sobre los materiales de la batería y su comportamiento. Permite establecer si existe una tendencia a que una reacción tenga lugar en una parte específica del electrodo, y mejor aún, la ubicación de las reacciones en las nanopartículas individuales en el electrodo. Esto es extremadamente útil porque permite entender cómo esas las reacciones localizadas se relacionan con el comportamiento de la batería, como su tiempo de carga o la cantidad de ciclos de recarga que puede realizar de manera eficiente. 
Los investigadores aplicaron la técnica tomográfica para observar decenas de nanopartículas de fosfato de hierro y litio recuperadas del electrodo de una batería parcialmente cargada.  Utilizaron un haz de rayos X coherente a nanoescala para interrogar a cada nanopartícula. El patrón de absorción del haz de rayos X por el material proporcionó a los investigadores la información sobre el estado de oxidación del hierro. Pudieron mover la muestra secuencialmente unos pocos nanómetros y ejecutar nuevamente su interrogatorio pudiendo reconstruir los mapas químicos de las nanopartículas con una resolución de aproximadamente 11 nanómetros.  Al rotar el material en el espacio, realizaron una reconstrucción tomográfica tridimensional de los estados de oxidación en cada nanopartícula. En otras palabras, pueden establecer hasta qué punto había reaccionado una nanopartícula individual de fosfato de hierro y litio.
La nueva técnica, no solo permite observar nanopartículas individuales con diferentes grados de reacción en un momento dado, sino también cómo la reacción avanza en el interior de cada nanopartícula. El estudio de lo nano por algo más nano.
Lectura complementaria (artículo completo):                                                                                Three-dimensional localization of nanoscale battery reactions using soft X-ray tomography.

sábado, 10 de marzo de 2018

Nanosingularidad tecnológica, robots de ADN y cáncer.

El origami de ADN es el plegamiento del ADN para crear objetos tridimensionales en la nanoescala (1-100 nm). El método actual de origami de ADN fue publicado por Paul Rothemund en el año 2006 (Folding DNA to create nanoscale shapes and patterns), en la revista Nature.
Ido Bachelet, de la Universidad Bar-Ilan, presentó en el año 2015 un método para producir nanorrobots (nanobots) de ADN innovadores con capacidad para llegar a lugares específicos del cuerpo y llevar a cabo operaciones programadas. En este caso, la programación, implica la detección de células cancerosas y el suministro de un tratamiento específico directamente contra éstas sin afectar las sanas.
En el reciente artículo “A DNA nanorobot functions as a cancer therapeutic in response to a molecular trigger in vivo”, 19 investigadores de China y EEUU, presentan nanobots de ADN programables e inteligentes que buscan y destruyen tumores mediante la limitación del suministro sanguíneo induciendo la coagulación de la sangre (trombina) para lograr la muerte del tejido y por ende la destrucción del tumor. Los nanobots de ADN y otros, se presentan como una de las promesas más concretas para combatir el cáncer. 
Crédito: artículo de la lectura complementaria.
Se suele aceptar que cuando la inteligencia artificial exceda la inteligencia total de la raza humana, habremos alcanzado una singularidad tecnológica, momento en el cual los robots se podrán autorreplicar mejorando cada vez sus características. La aparición de los nanobots autorreplicantes permiten pensar en una nueva forma de singularidad: la nanosingularidad tecnológica centrada en los nanobots. Su aparición califica como una segunda singularidad tecnológica porque representa el desarrollo de las primeras formas de vida artificiales, con una inteligencia rudimentaria para llevar a cabo funciones programadas, junto con la capacidad de reproducirse. Tal vez se pueda pensar en ellos como el equivalente tecnológico de las bacterias y los virus (Louis A. Belmonte). 
Cabe destacar nuevamente su potencial para el diagnóstico y tratamiento de enfermedades como el cáncer a nivel celular.Se estima que el crecimiento exponencial de los nanobots ocurrirá entre los años 2020 y 2030. Ahora en el futuro (2030-2040) podremos esperar además de la singularidad tecnológica una nanosingularidad tecnológica centrada en nanobots inteligentes capaces de autorreplicarse. 
¿Puedes inferir cuál llegará primero?  

Lectura complenentaria:

viernes, 2 de marzo de 2018

Metalentes para un ojo artificial con ajuste electrónico.

Inspirados en el ojo humano, los investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard(SEAS) han desarrollado metalens(metalentes), lentes hechas con un metamaterial(material con propiedades especiales no naturales como un índice de refracción negativo) para desarrollar un ojo artificial plano controlado electrónicamente. Los metalentes adaptativos controlan simultáneamente tres de los principales responsables de las imágenes borrosas: el enfoque, el astigmatismo y el cambio de imagen. La investigación combina avances en la tecnología muscular artificial con la tecnología metalens para crear lentes sintonizables que pueden cambiar su enfoque en tiempo real al igual que el ojo humano, permitiendo corregir en forma dinámica las aberraciones citadas. Para construir el ojo artificial, los investigadores primero necesitaron modificar los metalens por ser sus nanoestructuras tan pequeñas que la densidad de información en cada lente es increíblemente alta. Si se pasa de una lente de 100micrones(1 micrón equivale a 10-6 metros) a una con tamaño de un centímetro, la información generada aumenta 10.000 veces.  
Metalents con nanoestructuras de silicio.Crédito: Harvard SEAS
Para resolver el problema desarrollaron un algoritmo destinado a reducir el tamaño del archivo y hacer que los metalens sean compatibles con la tecnología utilizada actualmente para fabricar circuitos integrados; con la ventaja adicional de unificar dos industrias: 
la fabricación de lentes y la fabricación de semiconductores, por lo que la misma tecnología utilizada para fabricar chips de computadoras se utilizaría para fabricar componentes ópticos como las lentes hechas con metamateriales. Luego, necesitaron adherir los metalens a un músculo artificial sin comprometer su capacidad de enfocar la luz. En el ojo humano la lente está rodeada por el músculo ciliar que la estira o comprime cambiando su forma para ajustar la distancia focal. En la adhesión de la lente utilizaron un elastómero dieléctrico delgado y transparente con baja pérdida, lo que significa que la luz viaja a través del material con poca dispersión. El elastómero se controla aplicando voltaje. A medida que se estira, cambia la posición de los nanopilares en la superficie de la lente, lográndose un ajuste controlado tanto de la posición como del desplazamiento de la estructura. El conjunto lente-elastómero(músculo) tiene solo 30 micrones de grosor y puede ser controlado.  electrónicamente. 
Ver (mejor) para creer .

Lectura complementaria:

sábado, 24 de febrero de 2018

Nanocables modulan señales eléctricas en el cerebro.

El cerebro humano sigue siendo en gran medida una caja negra. La pregunta es: ¿cómo una red de señales eléctricas rápidas genera movimiento, pensamiento  y enfermedades? Encontrar una manera precisa y fácil de manipular la señalización eléctrica entre las neuronas puede conducirnos a las respuestas. En el artículo “Photoelectrochemical modulation of neuronal activity with free-standing coaxial silicon nanowires”, publicado el 19 de febrero del 2018 en Nature Nanotechnology, investigadores de la Universidad de Chicago,  construyeron nanocables de silicio coaxiales independientes capaces de crear una pequeña corriente eléctrica, para modular las señales del cerebro, cuando se hace incidir luz sobre ellos . 
La varilla en la parte superior derecha está posicionada para modificar la
 señalización eléctrica entre las neuronas. 
 Crédito: Parameswaran, et al.
El oro, difundido por un proceso especial en la superficie del nanocable, actúa como un catalizador para promover las reacciones  electroquímicas. Tanto el oro como el silicio son materiales biocompatibles. Cuando el cable está en su lugar y es iluminado, la diferencia de voltaje entre el interior y el exterior de la célula se reduce ligeramente. Esto disminuye la barrera para que la neurona dispare una señal eléctrica a las células vecinas. Trabajando con neuronas de ratas cultivadas en el laboratorio, pudieron activarlas para que disparen señales eléctricas. El sistema podría ayudar a los investigadores a comprender mejor cómo funcionan estas señales eléctricas en el cerebro y sugerir formas de abordar problemas como los trastornes psiquiátricos o la enfermedad de Parkinson.

Lectura complementaria:

sábado, 17 de febrero de 2018

Nanopartículas, metagenómica microbiana y salud pública

En el artículo “Metagenomic analysis of microbial communities yields insight into impacts of nanoparticle design” publicado en la revista Nature Nanotechnology(15 de enero 2018) P. J. Vikesland y colaboradores, del Institute for Critical Technology and Applied Science (ICTAS), Virginia Tech, USA, presentan una forma de investigar el efecto de las nanopartículas en un microbioma particular: mirando el ADN de una comunidad microbiana entera en lugar de especies individuales. La estrategia, denominada análisis metagenómico, secuencia el ADN de todos los microbios simultáneamente en una muestra, produciendo una visión general de los genes funcionales en ese entorno. En el  estudio analizaron las comunidades microbianas de lodo activado utilizado en las plantas industriales para descomponer los contaminantes de las aguas residuales. Estas comunidades comprenden una cantidad asombrosa de microorganismos, muchos de los cuales no se pueden cultivar en el laboratorio, e incluso si se pudiera, las complejas interacciones en las comunidades microbianas en el mundo real no pueden reproducirse mediante experimentos con unas pocas especies. Las nanopartículas usadas en la investigación fueron esferas y varillas de oro las cuales se introdujeron en las plantas de tratamiento de las aguas residuales.
Crédito:(ICTAS), Virginia Tech, USA 
Luego han realizado un análisis metagenómico a los 7 días y otro a los 56 días. Resultó que las nanopartículas modificaron la distribución de genes en la comunidad microbiana del lodo activado. Las nanopartículas esféricas tuvieron una mayor influencia que las nanobarras. Entre los genes afectados se han encontrado aquellos que ayudan a las bacterias infecciosas a evadir los antibióticos. Los resultados sugieren que el análisis metagenómico es una herramienta suficientemente sensible como para detectar cambios que otros métodos podrían pasar por alto y por ende para el diseño más seguro de los nanomateriales y de su implicancia en la  salud pública.

Lectura complementaria:

sábado, 10 de febrero de 2018

Nanomotores ultrasónicos llegan a genes cancerígenos.

El complejo sgRNA-Cas9 es una herramienta efectiva de edición genómica, pero su administración a través de la membrana celular al genoma tumoral todavía no se ha resuelto satisfactoriamente. Científicos estadounidenses y daneses han desarrollado un nanomotor activo para el transporte, la entrega y la liberación eficiente de este sistema. Como detallan en la revista Angewandte Chemie  (9 de febrero 2018), los autores del estudio proponen nanocables de oro propulsados ​​por ultrasonido como un vehículo de transporte y liberación activa del complejo.
Crédito Wiley
Los nanocables de oro pueden atravesar pasivamente una membrana, pero gracias a su forma asimétrica de varilla o cable, el movimiento activo puede lograrse mediante  la utilización de ultrasonido. La forma asimétrica del motor de nanocables de oro, dada por el proceso de fabricación, es esencial para la propulsión acústica.  El nanovehículo une el complejo al nanocable de oro a través de puentes de sulfuro. Estos enlaces reducibles tienen la ventaja de que dentro de la célula tumoral se rompen. El sgRNA-Cas9 sería lanzado y enviado al núcleo para hacer su trabajo de edición, por ejemplo, el knockout de un gen. El sistema se probó controlando la supresión de la fluorescencia emitida por la proteína fluorescente verde que expresa las células B16F10 del melanoma. Se aplicó ultrasonido durante cinco minutos, lo que aceleró el nanomotor portador del complejo sgRNA-Cas9 a través de la membrana, acelerándolo incluso dentro de la célula. Así observaron como se suprimía eficazmente la fluorescencia con pequeñas concentraciones del complejo. La efectividad del nanomotor acústico como transportador activo, la pequeña carga útil necesaria para la inactivación génica eficiente y la simplicidad del sistema constituyen toda una promesa para futuras aplicaciones terapéuticas. 

Lectura complementaria:

sábado, 3 de febrero de 2018

Sinapsis superconductoras para los cerebros artificiales.

Investigadores del National Institute of Standards and Technology(NIST) han construido un interruptor superconductor que "aprende" como un sistema biológico y podría conectar procesadores y almacenar recuerdos en computadoras futuras con capacidad de operar como el cerebro humano. El interruptor NIST, descrito en la publicación Science Advances (Ultra-low power artificial synapses using nano-textured magnetic Josephson junctions), es denominado “sinapsis”, como su contraparte biológica y proporciona una pieza faltante para las llamadas computadoras neuromórficas. La sinapsis NIST son uniones Josephson personalizadas. Estas uniones constituyen un sándwich de materiales superconductores con un aislante como relleno. La sinapsis usa electrodos estándar de niobio y tiene un relleno único hecho de manganeso nanoclusters en una matriz de silicio. Cuando una corriente eléctrica a través de la unión excede un nivel llamado corriente crítica se producen picos de tensión. Los nanoclusters, unos 20.000 por micrómetro cuadrado, actúan como pequeños imanes "giratorios" que se pueden orientar aleatoriamente o de forma coordinada. La cantidad de nanoclusters apuntando todos en la misma dirección se puede controlar, lo que afecta las propiedades superconductoras de la unión. La sinapsis descansa en un estado superconductor, excepto cuando se activa por la corriente entrante y comienza a producir picos de voltaje.
Operación básica de las sinapsis artificiales NIST's. Crédito NIST
Los investigadores aplican pulsos de corriente en un campo magnético para aumentar el orden magnético, es decir, el número de nanoclusters apuntando en la misma dirección.Este efecto magnético reduce progresivamente el nivel crítico de corriente, facilitando la creación de un conductor normal. La corriente crítica es más baja cuando todos los nanoclusters están alineados. El proceso también es reversible: los pulsos se aplican sin un campo magnético para reducir el orden magnético y elevar la corriente crítica. Este diseño, en el que diferentes entradas alteran los giros de alineación y las señales de salida resultantes, es similar a cómo funcionan las sinapsis en el cerebro. La sinapsis NIST tiene menores necesidades de energía que las sinapsis humana y pueden ser utilizadas en computadoras neuromórficas. Hechas de componentes superconductores con capacidad de transmitir la electricidad sin resistencia son mucho más eficientes a las diseñadas con semiconductores o software. Los datos se transmitiran, procesaran y almacenaran en unidades de flujo magnético. Mientras más disparos entre celdas o procesadores, más fuerte es la conexión. Tanto la sinapsis real como la artificial pueden mantener circuitos viejos y crear otros nuevos. La sinapsis NIST puede disparar mucho más rápido que el cerebro humano: mil millones de veces por segundo en comparación con las  50 veces por segundo de las células cerebrales y usando sólo un soplo de energía, aproximadamente la diezmilésima parte de una sinapsis humana. 

Lectura complementaria

sábado, 27 de enero de 2018

Nanosensor molecular mide la fuerza de crecimiento en plantas, animales y humanos.

¿Cómo visualizar las fuerzas extremadamente pequeñas conectadas a los procesos de nuestro cuerpo como el crecimiento y el desarrollo embrionario?
Investigadores de la Universidad de Wageningen en el artículo “Light from Within: Sensing Weak Strains and Femto Newton Forces in Single Molecules” describen su trabajo con sensores de una sola molécula, 100 veces más precisos, comparados con los dispositivos existentes utilizados para medir las nanofuerzas a nivel molecular. Las fuerzas experimentadas por las moléculas en las células, son tan pequeñas, que los dispositivos de medición existentes apenas son capaces de detectar si se trata o no de una fuerza. Hasta ahora, todo era negro o blanco, o había una fuerza o no existía; no se podía determinar valores intermedios. Expresado en términos técnicos, la detección de fuerza sobre 1 molécula es del orden 100 FemtoNewton. Esto es 0.000,000,000,0001 Newton. Esta fuerza de 100 FemtoNewton que presiona una molécula de un nanómetro se puede comparar con la fuerza de un grano de arena en el hombro de una persona.
Realizar mediciones sensibles a nanoescala no es posible utilizando un gran dispositivo de medición. Por lo tanto, los investigadores, crearon moléculas que a su vez actúan como dispositivos de medición; cada uno de los sensores moleculares hechos por el equipo funciona como un medidor de nanofuerza. Para 'leer' la molécula y determinar la fuerza, los investigadores enfocan un láser sobre la molécula. Esta devuelve la luz en un tono diferente (fluorescencia), permitiendo determinar la magnitud de la fuerza.
El método de medición presentado permite obtener información sobre las fuerzas que están activas a nivel molecular en las células vivas. Por ejemplo, en el desarrollo embrionario de células vegetales sabemos que fuerzas minúsculas determinan cuándo se divide una célula y su dirección. Estos estímulos mecánicos indican cómo se desarrolla el embrión de la planta, pero hasta el presente no era posible medirlos.  Ahora disponemos de los sensores más pequeños del mundo para medir las fuerzas responsables del crecimiento de plantas, animales y humanos.
Chem. 18 de enero 2018
Lectura complementaria:
Light from Within: Sensing Weak Strains and Femto Newton Forces in Single Molecules.

sábado, 20 de enero de 2018

Brazo robótico a nanoescala con propulsión eléctrica.

Científicos de todo el mundo están trabajando en nuevas tecnologías para las nanofactorías del futuro. Esperan que algún día se utilicen para analizar muestras bioquímicas o producir agentes médicos activos. Las máquinas en miniatura necesarias ya se pueden producir de forma rentable utilizando la técnica de origami de ADN.
La única razón por la cual estas máquinas moleculares no se han implementado en gran escala es por ser demasiado lentas. Los bloques de construcción se activan con enzimas, hebras de ADN o luz para luego realizar tareas específicas, por ejemplo, recolectar y transportar moléculas. 
Investigadores de la Universidad Técnica de Munich (TUM) han desarrollado una novedosa tecnología de propulsión eléctrica para nanorrobots (nanobots). Permite que las máquinas moleculares se muevan 100.000 veces más rápido con relación a los movimientos originados con los procesos bioquímicos utilizados en el presente. Esto hace que los nanobots sean lo suficientemente rápidos como para realizar trabajos de línea de montaje en fábricas moleculares.  
Science, 19 January 2018, Vol 359, pp. 296-301
Construir una línea de ensamblaje nanotecnológico requiere un tipo diferente de tecnología de propulsión. La idea es dejar la completamente la conmutación bioquímica de las nanomáquinas remplazándola  por interacciones entre las estructuras de ADN y los campos eléctricos. El principio detrás de la tecnología de propulsión es simple: como las moléculas de ADN tienen cargas negativas se las  puede mover aplicando campos eléctricos. Teóricamente esto debería permitir que los nanobots de ADN sean dirigidos usando impulsos eléctricos. Cada una de las máquinas en miniatura producidas tiene un brazo de 400 nanómetros unido a una placa base rígida de 55 por 55 nanómetros con una junta flexible hecha de bases separadas. Esta construcción asegura que los brazos puedan girar arbitrariamente en el plano horizontal. Al aplicar campos eléctricos, podemos rotar arbitrariamente sus brazos. Un simple clic del mouse es todo lo que se necesita para moverlos en otra dirección. Con la finalidad de determinar si y con qué rapidez los brazos del robot se alinearían con un campo eléctrico, los investigadores colocaron varios millones de brazos de nanotubos marcando sus puntas con pigmentos fluorescentes y observaron su movimiento usando microscopía de fluorescencia. Al cambiar la dirección del campo eléctrico se modifica orientación de los brazos permitiendo controlar el movimiento. 
Los nanobrazos robóticos accionados con propulsión eléctrica constituyen una interesante contribución al desarrollo de líneas de montaje en  fábricas moleculares.

Lectura complementaria:

sábado, 13 de enero de 2018

Nanosensor de grafeno para evitar la muerte en la cuna.

Investigadores de la Universidad de Sussex presentaron novedosos nanosensores, que monitoreados desde los teléfonos, podrían controlar, por ejemplo,  la salud de los bebés desde remotas partes del mundo.  Colocando nanosensores discretos en la ropa del bebé, los padres preocupados por el riesgo de muerte en la cuna, podrían hacer un seguimiento del funcionamiento del corazón y de las frecuencias respiratorias mediante actualizaciones automáticas en sus teléfonos inteligentes. 
Los nanosensores discretos son dispositivos basados en emulsiones aceite-agua (emulsión de Pickering) estabilizadas con nanomateriales 2D como el grafeno. El conjunto  constituye un nanosensor conductor con una gran sensibilidad. En el artículo “Functional liquid structures by emulsification of graphene and other two-dimensional nanomaterials“ se discute el uso de los nanomateriales 2D como estabilizadores para emulsiones agua-aceite, donde el nanomaterial de elección confiere funcionalidad adicional al sistema. 
b) Fotografía  de  un  "cable líquido"  formado  al  encapsular
 la emulsión estabilizada con grafeno en un soporte de silicona,
El grafeno exfoliado en líquido actúa como estabilizador y relleno conductivo. Es un material bidimensional de átomos de carbono,  fuerte, flexible y conductivo. Cuando un canal o tubo que contiene el líquido se estira, cambia su conductividad. Esto permite rastrear las tasas de respiración y los pulsos de las personas que usan el dispositivo. Las partículas de grafeno se ensamblan alrededor de las gotitas líquidas, los electrones pueden saltar de una partícula a la siguiente, por eso todo el líquido es conductivo. Cuando se estira el sensor, se deforman  las gotitas, lo que aleja las partículas de grafeno y hace que sea mucho más difícil para los electrones saltar por el sistema.
La sensibilidad de este nuevo tipo de nanosensor de esfuerzo es en realidad mucho mayor a las tecnologías existentes, y es el dispositivo de base líquida más sensible conocido por un margen bastante significativo.
El nanosensor que tiene el potencial de mejorar drásticamente la detección temprana de síntomas potencialmente mortales como la apnea del sueño o la arritmia cardíaca. El potencial final de utilización del dispositivo es más amplio. Cualquier persona interesada en rastrear su corazón o las tasas de respiración, como los corredores por ejemplo, pueden estar interesados ​​en usar esta tecnología dentro de su equipo de ejercicio. 
El profesor Alan B. Dalton dice: "Usando las emulsiones líquidas conductoras que hemos desarrollado, produciremos sensores baratos y portátiles basados ​​en emulsiones estabilizadas con grafeno. Los dispositivos serán cómodos, no invasivos y pueden proporcionar diagnósticos en tiempo real de la respiración y la frecuencia cardíaca. Esperamos verlo disponible en el mercado dentro de dos o cuatro años”.

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