Goma auto-reparable

Un científico del CRN en Paris ha desarollado un tipo de goma capaz de autorepararse según un artículo publicado este mes en la revista científica Nature. Profesor Ludwik Leibler afirma que la goma se puede pegar si se rompe y se puede volver a utilizar repetidas veces.

Leibler y su equipo de investigación desarrolló la goma partiendo de materiales sencillas, incluído aceite vegetal y urea (sustancia presente en la orina). La goma resultante tiene aspecto de entre la boligoma y una pelota de goma y se puede utilizar en la fabricación de una gran variedad de productos, desde adhesivos hasta neumáticos. Leibler quiere que se utilice también en la fabricación de juguetes para niños para que estos sean fácilmente reparables en caso de romperse.

La goma tradicional se fabrica con una sola molécula contínua y flexible que se mantiene unida mediante vínculos químicos llamados enlaces covalentes. Se se rompen los enlaces covalentes es imposible volver a recomponer la goma.

Sin embargo Leibler decidió utilizar pequeños grupos moleculares, como los ácidos grasos de aceite vegetal. Cuando hizo reaccionar estas moléculas con urea en un proceso de dos pasos, se pegaron grupos químicos que contenían nitrógeno a las puntas de los ácidos grasos que, a su vez, se enlazaban utilizando un enlace de hidrógeno. El sistema molecular creado por Leibleres no es nada uniforme, por lo que algunos ácidos tienen tres grupos y otros dos. Esto hace que el compuesto no se puede cristalizar en una goma dura o rompible. Ver vídeos aquí.

Liebler ha firmado un acuerdo con una empresa francesa para fabricar y comercializar esta nueva goma auto-reparable.

Fábricas de ADN

Según un artículo publicado el 9 de abril de 2007 en Technology Review, la fabricación a medida barata de ADN podría revolucionar la biología molecular.
Es mucho más sencillo instalar un kit de suelo de madera prefabricado que tener que cortar y lijar la madera. Con una estrategia de construcción similar, Codon Devices, una empresa de biotecnología de Cambridge, Massachussets, pretende mejorar la eficiencia de la ingeniería genética. Para ello, fabrica hebras de ADN a medida, evitando a los científicos el trabajo de tener que unir complicadas piezas de ADN a la antigua.

A medida que es más y más barato crear trozos grandes de material genético desde el principio, los científicos podrán obtener creaciones biológicas cada vez más complejas.

Codon se fundó en el 2005, paralelamente al surgimiento del campo de la biología sintética. La capacidad para fabricar construcciones genéticas complejas es algo fundamental en este campo, al permitir a los científicos utilizar los trozos de ADN para diseñar nuevas partes biológicas que se pueden insertar posteriormente en bacterias u otras células.

El verano pasado, la empresa creó para Microbia, otra empresa de biotecnología de cambridge, lo que se considera el trozo más grande de ADN fabricado a medida: una cadena con 35.000 pares de bases que incorpora varios genes necesarios para sintetizar un compuesto farmacéutico.

Los biólogos de este campo están entusiasmados con las perspectivas, pero esperan un descenso en los precios que les permita costearse los experimentos que desean realizar. Por su parte, Codon confía en que ese día llegará pronto y planea utilizar su capacidad de síntesis mejorada para encontrar mejores enzimas para los procesos industriales.

Puesto que la naturaleza no siempre proporciona lo mejor, a menudo los científicos diseñan enzimas más eficaces modificando el código de ADN utilizado en su elaboración. Sin embargo, es difícil predecir qué cambios producirán las mejores enzimas. Codon está utilizando su tecnología de síntesis para llevar a cabo este proceso en masa; de este modo, realiza millones de copias de la misma construcción genética con ligeras variaciones y posteriormente las prueba para ver cuál de ellas realiza el mejor trabajo. El mismo proceso se podría utilizar para desarrollar fármacos basados en proteínas más eficaces.

Codon planea abrir este verano una fábrica de producción que funcionará como cualquier otra fábrica de producción en masa, pero su producto será el ADN. La idea es construir unas instalaciones mucho más grandes de lo necesario actualmente con el fin de prepararse para el futuro boom de la síntesis del ADN.

Fuente: Technology Review

Análisis de células individuales

Todos sabemos que centrarse en las características de un grupo puede ocultar las diferencias entre sus integrantes. A pesar de ello, en el estudio de las células, los científicos habitualmente obtienen información acerca de su comportamiento, estado y salud a partir de la actividad colectiva de miles e incluso millones de ellas.

Según un artículo publicado el 12 de marzo de 2007 en Technology Review, Norman Dovichi, químico analítico de la Universidad de Washington, cree que con un estudio más preciso que detecte diferencias insignificantes entre células individuales se podrían mejorar las pruebas médicas y tratamientos como los del cáncer o la diabetes.

En las últimas décadas se han desarrollado métodos que permiten una visión asombrosamente detallada de células individuales, pero la mayoría de ellos cuentan con una limitación importante: se basan en "reactivos de afinidad", como los anticuerpos que se unen a proteínas específicas, por lo que sólo permiten estudiar lo que se sabe que existe. Lo inesperado permanece invisible al análisis, señala Dovichi, y la mayoría de las células están llenas de misteriosos componentes.

Por ello, Dovichi ha sido pionero en la implementación de técnicas ultrasensibles para aislar las células, revelando la existencia de moléculas en su interior que nadie sabía que estaban ahí. El laboratorio de Dovichi ha logrado identificar diferencias en las cantidades de docenas de proteínas producidas por células cancerosas individuales y Dovichi tiene su propia hipótesis, según la cual, a medida que un cáncer progresa, las células del mismo tipo difieren más y más rápido en su contenido proteico. Si resulta estar en lo cierto, grandes diferencias entre las células indicarían una enfermedad más propensa a extenderse.

Dovichi está trabajando con médicos en el desarrollo de mejores pronósticos para el cáncer de pecho y de esófago basados en esta idea. En última instancia, estas pruebas podrían ayudar a los médicos a decidir rápidamente el tratamiento adecuado, algo fundamental a la hora de combatir muchos cánceres.

Dovichi colaboró en el desarrollo de los secuenciadores de ADN basados en láser del Proyecto Genoma Humano, en cuya tecnología se basan sus nuevos sistemas de análisis para detectar componentes como proteínas, lípidos y carbohidratos, en células individuales.

Para las proteínas, la máquina combina los reactivos con una única célula en el interior de un tubo capital ultrafino. Una reacción química hace que la lisina, un aminoácido que se repite con frecuencia en las proteínas, se vuelva fluorescente. Las proteínas, The proteins, impulsadas por una carga eléctrica, migran hacia el exterior del tubo a diferentes velocidades, según su tamaño. Finalmente, un detector láser registra la intensidad de la fluorescencia, dando lugar a un gráfico que muestra las distintas cantidades de proteínas de diferentes tamaños en el interior de la célula.

La técnica revela las diferencias entre las células, pero no identifica las proteínas específicas. En cualquier caso, según Dovichi, para el pronóstico de expansión del cáncer no es necesario conocer la identidad de los componentes.

Fuente: Technology Review

Sincrotrón en el Reino Unido

El sincrotrón británico abre sus puertas

Según un artículo publicado el 5 de febrero de 2007 en la versión en línea de BBCNews, el Diamond Light Source Synchrotron, la mayor instalación científica en construcción en el Reino Unido que tardará 30 años en completarse, ha abierto sus puertas. La enorme máquina, cuya extensión equivale a la de cinco campos de fútbol, genera rayos de luz intensa para estudiar la materia a escala atómica y molecular.
En el interior de la máquina, a menudo descrita como un "super microscopio", los electrones se aceleran en una estrecha cámara de vacío con forma de donuts, que tiene 562,6m de circunferencia. A medida que las partículas giran y giran en su interior, alcanzando casi la velocidad de la luz, pierden energía en forma de luz de sincrotrón.

Esta intensa luz, que se incluye en el rango de los rayos X, los ultravioleta y los infrarrojos, se canaliza hacia las estaciones experimentales (beamlines), donde pasa a través de muestras de materiales, permitiendo investigar a fondo su estructura fina.

El sincrotrón, ubicado en South Oxfordshire, se utilizará para muchos campos, incluida la medicina y las ciencias medioambientales. Finalizada la primera fase de construcción, la instalación cuenta con siete estaciones experimentales, cada una de ellas diseñada para llevar a cabo diferentes experimentos. Algunos investigadores ya han empezado a experimentar en las estaciones disponibles.
Según Gerhard Materlik, director ejecutivo de Diamond: "Los primeros usuarios poseen un amplio conocimiento de la ciencia del sincrotón y traerán diversos proyectos de investigación a Diamond: desde la investigación del cáncer a técnicas avanzadas de almacenamiento de datos [...]".

El equipo que gestiona las instalaciones ha anunciado que se irán añadiendo al sincrotrón una media de 4-5 estaciones experimentales cada año hasta la finalización de la obra en el 2011.

El coste del proyecto ronda los 455 millones de euros, financiadas por el CCLRC (Central Laboratory of the Research Councils) y Wellcome Trust y el sincrotrón de Diamond reemplazará al Synchrotron Radiation Source (SRS) de Daresbury (Cheshire), primera fuente dedicada de radiación de sincrotrón del mundo, que debe cerrar a finales del 2008.

Fuente: BBC Science

Electrónica molecular

La electrónica molecular, es decir, la aplicación de moléculas en la construcción de circuitos eléctricos ha tomado un paso más hacia convertirse en realidad. Un equipo de investigadores de la Universidad de Alberta y el Instituto Nacional de Nanotecnología del Consejo Nacional de Investigación de Canadá ha diseñado un nuevo concepto para un transistor de una sola molécula.

Por primera vez, los investigadores han demostrado que un solo átomo sobre una superficie de silicio puede regular la conductividad de una molécula cercana. Su descubrimiento ha sido publicado esta semana en la revista científica Nature.

La miniaturización de microelectrónica requería un nuevo avance de este tipo para seguir desarrollándose; un nuevo concepto para traspasar los límites de tecnología convencional de transistores. Estos científicos realizaron sus experimentos con el fin de examinar la posibilidad de desarrollar transistores eléctricos a escala molecular. Su enfoque ha logrado resolver lo que hasta ahora era una barrera que impedía la fabricación de un aparato molecular - conseguir que lleguen conexiones a una sola molécula.

Esta nueva investigación demuestra que se puede cargar de forma controlada un único átomo sobre una superficie de silicio mientras que todos los demás átomos alrededor permanecen neutrales. Al "afinar" una molécula al lado del sitio cargado, una corriente eléctrica puede fluir a través de la molécula de un electrodo a otro. Se puede apagar y encender la corriente que corre por la molécula al cambiar el estado de carga del átomo adyacente. Esto abre nuevas puertas para la fabricación de nano aparatos con un rendimiento increíble. Según el director del equipo de científicos, Dr. Wolkow; "Una tecnología basada en este concepto exigiría menos energía, produciría mucho menos calor y funcionaría con mucho más velocidad".

Su equipo resolvió el problema de conexión al utilizar el campo electrostático que emana desde un átomo para regular la conductividad de una molécula, permitiendo correr una corriente eléctrica a través de la molécula. Estos efectos se pudieron observar a temperatura de ambiente, a diferencia de anteriores experimentos con moléculas que tenían que ser desarrollados bajo temperaturas de casi cero grados para poder medir un cambio en la conductividad.

Otro gran logro de este estudio es el hecho que solo se requiere un electrón del átomo para encender o apagar la conductividad molecular. En un transistor convencional, esta acción requiere aproximadamente un millón de electrones.

Fuente: nota de prensa publicada por la Universidad de Alberta.

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Nanotecnología molecular y sensores

La nanotecnología es la manipulación de materiales a una escala molecular. Muchos científicos utilizan hebras artificiales de ADN para lograrlo.

Technology Review publica que investigadores de la Universidad de Dortmund han descubierto la forma de hacer que ADN pegue y separe nanopartículas de oro a medida. Se podría aplicar este método a sensores que detectan sustancias y actividades biológicas en el laboratorio y en el cuerpo humano. También se podría aplicar a materiales programables cuyas propiedades se pueden cambiar al añadir un trozo de ADN.

ADN consiste en cuatro bases químicas - adenina, guanina, citosina y timina - unidas a un esqueleto de fosfato-azúcar. Las hebras de ADN se unen cuando las secuencias de bases se aparean - adenina con timina y citosina con guanina. Con el nuevo avance científico desarrollado por el equipo alemán, es posible lograr que hebras artificiales cortas de ADN formen estructuras, y luego se puede manipularlas para que se peguen a otros materiales y a continuación, es posible organizar estos otros materiales dentro de una estructura.

En esta investigación, los científicos utilizaron dos secuencias de hebras sencillas de ADN que se pegan a una nanopartícula de oro y una tercera hebra con tres secciones. Las primeras dos secciones de la tercera hebra aparean con cada una de las hebras de nanopartículas, pegándolas para que las nanopartículas de oro que llevan se posicionan cerca. Se puede separar las nanoparticulas utilizando un tercer tipo de hebra ADN que es igual que la hebra pegada de ADN. Esta hebra se adhiere primero a la tercera sección, la que está libre, de la hebra adhesiva de ADN y tira hasta que toda la hebra se despegaue.

Artículo original aquí

Nanopartículas
Potencial económico del mercado de nanosensores
Presentación virtual sobre la nanotecnología molecular

Presentación a la nanotecnología molecular

Eric Drexler del Foresight Institute y John Burch, director de Lizard Fire Studios acaban de crear una presentación animada sobre la nanotecnología molecular. Con esta nueva iniciativa pretenden tomar el primer paso hacia la creación de una imagen clara de lo que ellos creen pueda ser factible con el uso de la nanotecnología.

El trabajo que se llama "Nanosistemas productivos: De moléculas a super-productos" tiene como objetivo principal demostrar que la fabricación molecular es capaz de crear un producto real algún día. El producto en la animación es "un ordenador portátil billion processor", construido átomo por átomo sobre un aparato que, en la presentación, se parece a cualquier fotocopiadora del tipo que se utiliza en la oficina. Se enchufa el aparato al suministro eléctrico y algo que se parece a una versión a nano escala de una línea de producción de automóviles sale del producto.

Mientras el producto es transportado por la línea se añaden más y más átomos. Según Drexler, esta presentación animada podrá servir para cambiar la cultura actual "La utilizaremos en ponencias. Supondrá una gran herramienta para explicar dónde podrá terminar este camino que hemos emprendido".

Para acceder a la presentación animada sobre nanotecnología molecular pinchar aquí. Para empezar a verla, hay que hacer clic en el botón arriba a la izquierda en Start slideshow.

Foresight Institute
Lizard Fire Studios

Nanotecnología y Fabricación Molecular Gestión Responsable

CRN (Center for Responsible Nanotechnology) publica un interesante artículo hoy sobre el papel potencial que podría realizar la nanotecnología en ayudar a zonas devastadas por un terremoto, inundaciones, incendios, volcanes etc. El artículo original, en inglés, se puede encontrar aquí: http://crnano.typepad.com/crnblog/2004/09/natural_disaste.html.

Según el autor del artículo, la fabricación molecular ofrece esperanza para una capacidad de respuesta mucho mayor por parte de los servicios humanitarios y para aliviar de forma más rápida el sufrimiento de los poblados afectados por desastres naturales. Nos ofrece el siguiente escenario hipotético:

Dentro de unos años un pueblo en una región agraria aislado en un país pobre queda destrozado completamente por inundaciones, dejando a 5000 familias sin casa, sin su medio de vida (la agricultura) y sin agua potable. Hoy en día un acontecimiento de este tipo ofrecería todos los ingredientes de un desastre humanitaria de gran escala.

Pero dentro de unos años, y gracias a la fabricación molecular (una de las especialidades más controvertidas dentro de la investigación y avances del campo de la nanotecnología), solo con unos cuantos vuelos de un helicoptero se podría resolver la situación. Miles de avances tecnológicos ya han desarrollado materiales de ayuda más compactos y eficaces. Pero al avance tecnológico más importante hasta ahora es la nanofábrica portátil que, con la utilización de materiales locales puede construir una amplia variedad de suministros humanitarios.

¿Cómo funcionaría los nuevos sistemas de ayuda creados con fabricación molecular? Imagínese que llega el primer helicóptero. El primero contenedor que se baja del helicóptero es el sistema de agua - para solo 25.000 personas se puede utilizar un sistema prefabricado. Las tuberías son de plástico y dobladas y, aunque parezcan demasiado frágiles, aguantan perfectamente la presión del agua. Se introducen en el rio de agua sucia, se conecta un bloque de combustible a un pequeño generador, y el filtro se pone en marcha. Dentro de minutos, agua limpia corre por el sistema de tuberías repartidas por el campamento de refugiados, suministrando unos 379.000 de agua limpia al día.

Mientras tanto ya se ha bajado del helicoptero el segundo contenedor - el eje de todo el sistema - la fábrica portátil. Llena de nanotecnología y robótica, pesa unos 91 kilos, mide la mitad de la altura de una persona y es capaz de fabricar dos toneladas de productos al día. Su manejo es fácil - una pantalla demuestra el tipo y numero de productos que hay que fabricar.

Se decide que lo más urgente es fabricar tiendas. Se tarda tres horas en fabricar 5.000 tiendas familiares. Se introduce combustible de un tanque conectado desde el helicóptero a la fabrica, y una vez dentro del sistema, el combustible es convertido en nanotubos y telas que se cosen. El producto final se autoinfla y se utilizan rocas y objetos pesados para mantener las tiendas en el suelo. Esta noche, la primera después del desastre, todas las familias tendrán un sitio donde dormir.

El día siguiente, 250 personas del pueblo reciben formación sobre el funcionamiento de la nano fábrica y se envían 5.000 personas a recoger materiales orgánicos y llevarlos al campamento. Mientras tanto la nano fábrica ha trabajado durante toda la noche para crear más fábricas - en una hora puede duplicarse, por lo que por la mañana ya hay 256 nano fábricas preparadas para funcionar. Utilizan el combustible que queda para crear plantas químicas capaces de convertir cualquier materia orgánica en combustible.

Se divide el campamento en 250 unidades de 100 personas. Cada unidad recibe una nano fábrica y una planta química capaces de fabricar gran cantidad de una variedad de suministros básicos como ropa, materiales de construcción y pequeñas casas prefabricadas o invernaderos e incluso ciertos alimentos (a los que habrá que añadir vitaminas y minerales). La nano fábrica puede fabricar 18 kilos de suministros por persona por día. Esto es suficiente para dar a cada familia una casa el primer día, y un invernadero el segundo día. Toda la basura humana se recoge y se utiliza en las plantas químicas.

El entorno es comodo aunque extraño. Cuando las tierras se secan, se reconstruye poco a poco el pueblo. Casas vacias se desinflan y se queman. Los restos son utilizados por las plantas químicas. Se quema la mayoría de las nano fábricas, aunque no todas. Algunos de los habitantes siguen cultivando en los invernaderos, y se guardan algunas nano fábricas por si algún día vuelva a ocurrir un desastre.

Según el autor del artículo, este escenario describe el enorme y atractivo potencial humanitario de la nanotecnología. Para ello es necesario, y deseable, una gestión responsable de la nanotecnología y la fabricación molecular.