Quizá ya se hayan dado cuenta que esto de los nuevos materiales me fascina mucho, ya he hablado del material supernegro desarrollado por la NASA y también del material más liviano del mundo, bien, ahora toca el turno del Shrilk, un nuevo material que tiene bastantes características interesantes, siendo la primera su nombre, que me suena como sacado de un libro de ciencia-ficción.

Este desarrollo nos llega desde la Universidad de Harvard, específicamente del Instituto Wyss de Ingeniería Inspirada Biológicamente, donde han desarrollado el Shrilk basándose en uno de los materiales más extraordinario de la naturaleza: la cutícula de los insectos.

La cutícula tiene como objetivo proteger a los insectos pero sin necesidad de añadirles peso, lo que la hace sumamente liviana. Sirve además para dar forma a los músculos y las alas, pero es capaz de protegerlos de ataques químicos y físicos salvaguardando su interior.

Esta cutícula está formada por capas de quitina, un polímero de polisacárido y proteínas, e interacciones mecánicas y químicas entre estos componentes le brindan sus características únicas.

Estas interacciones son las que han descifrado los investigadores del Wyss para crear el nuevo material, que como aclaración, su nombre proviene de la traducción de camarón al inglés, esto porque está compuesto fibroína de seda y quitina que comúnmente se extrae de las conchas de dichos crustáceos.

Para que se den una idea de las propiedades del Shrilk, esté tiene la misma resistencia y durabilidad que una aleación de aluminio, pero solo la mitad de su peso. Además, al ser un producto biológico es completamente biodegradable, y como se obtiene de un producto de desecho es bastante económico. Por si esto fuera poco, también es posible moldearlo con bastante facilidad e inclusive se puede varias su rigidez.

Fuente | Wyss

Científicos del Instituto Tecnológico de Georgia han desarrollado un nuevo método que permite conocer en detalle el genoma de la bacteria que causa el Anthrax - Imagen del Instituto Tecnológico de Georgia

Científicos del Intituto Tecnológico de Georgia han desarrollado una nueva tecnología, denominada RNA-Seq, que permite un nuevo acercamiento al perfilamiento de la expresión genética de la bacteria que causa el Anthrax, Bacillus Anthracis. Su estudio, publicado el 20 de marzo del presente año, online, en la revista Journal of Bacteriology, supone la primera vez que se define exhaustivamente la colección completa de moléculas mRNA de dicha bacteria, y proveé una visión más detallada de cómo una bacteria regula su expresión genética.

“Hacer secuencias del genoma de una bacteria se transformó en un proceso bastante rutinario, pero ir a un nivel más profundo y definir la trascriptoma ha sido una tarea mucho más difícil”, declara Nicholas Bergman, profesor en la Facultad de Biología de dicha universidad, y científico investigador en el Laboratorio de Sistemas Electro-Ópticos del Instituto Investigador de Georgia Tech.

“Con métodos tradicionales, la transcripción de la estructura y abundancia tiene que ser determinada un gen a la vez, y una transcriptoma completamente definida estaba totalmente fuera del alcance de toda investigación hecha hasta el momento”, dice Bergman. “El RNA-Seq nos permite superar las limitaciones de métodos tradicionales de manera de poder ver de una forma mucho más detallada cómo cada uno de los más de 5.000 genes en el genoma de B. anthracis es expresado y regulado”.

El RNA-Seq funciona al usar una técnica conocida como secuenciado de alto rendimiento, que cuenta millones de secuencias de moléculas mRNA simultáneamente.

Fuente: Instituto Tecnológico de Georgia

Enzima degradando celulosa - Imagen de cmb.ornl.gov

Investigadores del Instituto de Tecnología de California (Caltech) y la empresa líder en el mundo en genética DNA 2.0, han dado un paso importante en el desarrollo de un proceso para extraer azúcares desde celulosa; el material orgánico más abundante en el mundo y la forma más económica de almacenar energía solar. Los azúcares de las plantas son fácilmente convertidos en una variedad de combustibles renovables como etanol o butanol.

El equipo investigador publicó la construcción de 15 nuevas enzimas muy estables que de una manera muy eficiente convierten celulosa en azúcares a altas temperaturas. Antes, menos de 10 de dichas enzimas eran conocidas. En suma a su destacada estabilidad, las nuevas enzimas degradan celulosa en un rango de condiciones muy variado.

Los biocombustibles son hechos al convertir materiales renovables, tales como ser masorcas de maíz, astillas de madera, pasto, e incluso basura, en combustibles y químicos. La mayoría de los biocombustibles usados hoy provienen de la fermentación del almidón de las masorcas de maíz. Dicho proceso, si bien simple, es costoso debido al alto precio de la materia prima. La celulosa, al contrario, al extraerse de hojas y tallos que sobran de una cosecha, resulta ser muy económica.

“Esta es una buena demostración del poder de la biología sintética“, declara un profesor de ingeniería química y bioquímica de Caltech, destacando el hecho de la indepencia que otorga al no tener que depender de encontrar combustibles en la naturaleza, sino poder crear los mismos en un laboratorio.”

Fuente: Instituto de Tecnología de California

Kinesina adherida a un microtúbulo - Imagen de la Wikipedia

Ya hemos hablado de diversos dispositivos que administran fármacos en el organismo de una manera más eficaz. Hoy traemos otro método que según investigaciones parece ser también muy bueno en esa tarea.

Motores especializados de proteínas que transportan “cargas” entre células podrían ser convertido en máquinas nanométricas para la administración de drogas, según declaran bioingenieros. Además, la alteración química de las funciones proteicas podría también ayudar a inhibir el crecimiento de tumores cancerosos.

Cada célula en el cuerpo contiene motores de proteínas que transportan “cargas” como ser cromosomas, mitocondrias o paquetes de proteínas, ya sea desde el centro de la célula hacia afuera, o desde la periferia hacia el núcleo. La mayoría de los motores de proteínas contienen dos motores principales, o cabezas, que están adheridas a su cola.

“Piensen en esto como un tren de carga a un nivel molecular“, dijo William Hancock, profesor de bioingeniería en la Universidad Estatal de Penn. “Que corre en rutas cilindricas, o microtubulos, hechos de muchas proteínas unidas en un gran polímero, que es 1/10.000 el diámetro de un cabello”.

Hancock y sus colegas están estudiando el motor de la proteína conocida como kinesina-2. Están tratando de entender el mecanismo molecular que permite a estas proteínas nanométricas moverse entre las células.

El profesor William incluso cree que un acercamiento en la comunicación de estos motores con los microtúbulos y las células podrán ofrecer nuevas formas de administrar drogas que inhiben la kinesina.

“Hay mucha kinesina involucrada en la división celular, y el cáncer es una división celular fuera de control”, declara Hancock. “Nuestra esperanza es que este conocimiento ayude a diseñar nuevas drogas que impidan el funcionamiento de estos motores durante la división celular y por ende enlentecer el crecimiento de tumores”.

Fuente: Penn State

Ratón de laboratorio que fue testeado con nanocristales recubiertos con D-manosa, D-galactosa y D-galactosamina - Imagen de la American Chemical Society

Científicos en Suiza están reportando un importante avance que podrá ayudar a develar el tan famoso potencial de los “puntos cuánticos” (nanocristales que brillan cuando son expuestos a luz ultravioleta), en el tratamiento del cáncer y otras enfermedades.

Estos investigadores, han publicado el primer estudio que muestra que al cubrir a los puntos cuánticos con una capa de un compuesto con varios azúcares, hace que estas nanopartículas se acumulen dentro de cierta parte del organismo pero no en otras partes. Esos objetivos seleccionados pordrían ser usados para administrar drogas para el tratamiento del cáner, sin causar un efecto nocivo en otras partes del cuerpo, como ocurre con la administración de fármacos para paciente cancerosos en la actualidad.

Según describen en la revista Journal of the American Chemical Society, estos puntos cuánticos recubiertos con moléculas de determinados azúcares, son atraídos a ciertos receptores en tejidos y órganos específicos. En un estudio con ratones de laboratorio, al recubrir los nanocristales con manosa o galactosamina, dos azúcares con una acumulación selectiva en el hígado, se comprobó que de esta manera se lograba una concentración en dicho órgano tres veces más grande de lo normal, demostrando su alto poder específico, según dicen los investigadores.

No obstante con esto, el método aguarda mayores hallazgos, de manera de incrementar la efectividad del mismo, y disminuir la toxicidad al resto del organismo.

Fuente: American Chemical Society

Análisis del "escarabajo fotónico" con esta técnica, que se espera ayude a mejorar el diseño de células solares y chips de computadora - Imagen de American Chemical Society

Un reciente descubrimiento podría acelerar el entendimiento de un amplio rango de enfermedades, desde cáncer hasta osteoporosis, gracias a investigadores de Utah que están informando el desarrollo de una nueva técnica microscópica que usa espejos de “nanopartículas de plata” para revelar detalles ocultos dentro de huesos, células cancerosas, y otras estructuras biológicas. El método también puede ayudar a identificar el daño estructural en una amplia gama de materiales, incluyendo plásticos de fibra de carbono usados en aeroplanos.

John Lupton y colegas investigadores señalan que una de las herramientas más poderosas y ampliamente usadas para imaginar estructuras biológicas es la microscopía fluorescente, que requiere que el especimen sea tratado con tintas fluorescentes. Pero las tintas usadas para visualizar estas estructuras puden matar cálulas vivas en el proceso, limitando de esta manera la efectividad de esta técnica.

Los científicos mejoraron dicha técnica al usar un láser infrarrojo excitando un conjunto de nanopartículas de plata, cada una de ellas es 1/5000 el ancho de un pelo humano, depositado debajo del material de estudio. Las partículas enfocan intensos rayos de luz a través de las muestras para revelar información acerca de la composición de la estructura de estas. En un estudio de laboratorio, se usó esta nueva técnica para ver la escala verde iridiscente del llamado “escarabajo fotónico”, la cual podrá  otorgar ideas para diseñar nuevos y más poderosos chips de computadora y células solares.

Fuente: American Chemical Society

La superficie de Fermi alrededor de un átomo de cobalto, los colores representan la curvatura de la superficie - Imagen de Science Daily

Al igual que los sonares envían ondas para explorar las profundidades del océano, los electrones pueden ser usados para inspeccionar conductos microscópicos e investigar las propiedades ocultas de la estructura atómica de los metales. Un grupo de investigadores de varias universidades alemanas reportaron en la revista “Science” su éxito al usar esta táctica en las superficies de Fermi alrededor de ciertos elementos.

Las superficies de Fermi determinan las propiedades más importantes de los metales, tales como ser la conductividad, la capacidad calórica y magnética, entre otras. En dichas superficies hay electrones de alta energía en movimiento. Dependiendo en la forma de la superficie y en la movilidad asignada a los electrones, se determinan las propiedades físicas de los metales.

El procedimiento se basa en dirigir un flujo de electrones a través de un microscopio de inspección de conductos a escala nanométrica, hacia una pequeña muestra del metal. Al propagarse como si fueran ondas, los electrones se dispersan y reflejan al encontrarse con obstáculos en su camino, obstáculo que podría ser un solo átomo de cobalto.

Y la relación entre una onda emitida y recibida puede aportar mucha información sobre la superficie de Fermi del material con tanta presición como si se tratara de un sonar inspeccionando algo a mayor a escala. Se espera que conociendo mejor los metales se pueda manipularlos de una manera más eficiente.

Fuente: Helmholtz Association of German Research Centres

Acercamiento a las escamas de una mariposa que inspiraron la creación de nuevos y más eficientes paneles solares - Imagen de la Asociación Americana de Química

El descubrimiento de que las alas de mariposa tienen escamas que cumplen la función de pequeños colectores solares ha conducido a científicos del continente asiático, más precisamente de China y Japón, a diseñar paneles solares más eficientes que podrían ser usados para el abastecimiento energético de hogares, empresas o cualquier otro establecimiento en un futuro cercano.

En el estudio, Di Zhang y sus colegas científicos en la búsqueda de nuevos materiales para incrementar la recolección de luz en las comunmente llamadas células sensibles a la excitación solar, también conocidas como DSSc, DSC, DYSC, por sus iniciales en inglés, o por el nombre de células Grätzel, en honor a su descubridor Michael Grätzel. Estás células obstentan la mayor eficiencia en la conversión de luz solar en energía entre todo el resto de células de este estilo, la cual puede llegar al 10%.

Así que los investigadores, en busca de de mejoras en esta área, analizaron con detenida atención las alas de los mencionados insectos, poniendo especial énfasis en dichas escamas. Usando las ya mencionadas alas como modelos, el equipo de científicos hizo copias de los colectores solares transfiriendo todas esas estructuras recolectoras de luz solar hacia las células Grätzel.

Y considerando la simplicidad y rapidez del proceso de fabricación con respecto a los paneles convencionales, sin mencionar su mayor eficiencia de conversión energética, se cree que en un futuro no muy lejano este lista la comercialización de estos mejorados paneles solares.

Fuente: Asociación Americana de Química

Micrografía electrónica mostrando una bacteria de Salmonella (en rojo) invadiendo células humanas en cultivo - Imagen de la Wikipedia

Un científico de nombre Bosoon Park, funcionario del Agricultural Research Service (ARS), principal agencia de investigación del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos, junto con colegas de la Universidad de Georgia, han desarrollado un dispostivio microscópico capaz de detectar la bacteria responsable de la Salmonella en seres vivos. Pudiendo en un futuro ser adaptado para detectar cualquier otra bacteria.

Este diminuto sensor, es fruto del constante crecimiento de la nanotecnología. Rama de la ciencia que estudia la manipulación de materiales a una escala molecular o incluso atómica, que representan la billonésima parte de un metro.

Está inspirado en muchos de los biosensores presentes en la naturaleza. Como en los insectos, que detectan pequeñísimas cantidades de feromonas en el aire, o los peces, que pueden percibir vibraciones practicamente imperceptibles en el agua.

Este método es particularmente útil para el control sanitario de alimentos, ya que ingerir comida infectada con Salmonella puede ocacionar Salmonelosis, enfermedad caracterizada por náuseas, vómitos, diarreas intensas, y que puede terminar en la muerte del individuo.

El dispositivo lo que hace es liberar partículas teñidas de algún color fluorescente, que se añaden a los anticuerpos de la Salmonella, y estos a la bacteria, permitiendo visualizar las mismas de manera sencilla.

Por sus investigaciones, Park ha recibido el primer lugar en una prestigiosa muestra de proyectos relacionados a la nanotecnología llevada a cabo en agosto del presente año en Corea del Sur.

Fuente: Agricultural Research Service

Estas gotas de agua, etilenglicol y etanol ¡¡ no mojan el material !!

Un trío de gotas prismáticas (de izquierda a derecha: agua, etilenglicol y etanol) está equilibrado en una nueva superficie ultrarrepelente inventada en la universidad de Wisconsin Madison. La superficie, hecha de agujas de silicio de sólo 400 nanómetros de anchas, repele físicamente una amplia variedad de líquidos, incluidos agua, aceite, disolventes y detergentes.

Previamente, los científicos se basaban en modificaciones químicas para crear repelentes de líquidos, un proceso que era tedioso. Al final, cada recubrimiento sólo funcionaba para repeler ciertos líquidos, y superficies contra el aceite eran simplementes imposibles de fabricar.

La nueva superficie bloquea casi todos los líquidos. Los investigadores también pueden desactivar la barrera: una corriente eléctrica arrastra el líquido a los espacios entre cada aguja, donde se desparrama a lo largo de la base donde se asientan dichas agujas. Está cualidad hace que la superficie sea perfecta para controlar líquidos en reactores químicos “laboratorio-en-un-chip”, y su capacidad ultrarrepelente podría ayudar a mantener las palas de los helicópteros libres de agua o hielo que al acumularse pesan lo suyo.

Traducido de Super-Repellant Surfaces, de Day Greenberg para PopSci.