Nanotecnología de alimentos

Las promesas de la nanotecnología de los alimentos

Según un artículo publicado el 27 de abril de 2007 en Nanowerk.com, la nanotecnología empieza a encontrar aplicaciones en el campo de la alimentación funcional, modificando moléculas biológicas por medio de ingeniería para proporcionarles funciones muy diferentes de las que tienen por naturaleza. Esto ha abierto todo un nuevo campo de investigación y desarrollo.

Según una definición incluida en un informe reciente ("Nanotechnology in Agriculture and Food"), los alimentos son nanoalimentos cuando se utilizan técnicas o herramientas nanotecnológicas, nanopartículas, etc. durante su cultivo, producción, procesado o empaquetado. Esto no implica alimentos modificados a nivel atómico o producidos por nanomáquinas.

Algunas de las aplicaciones de la nanotecnología que ya se están investigando, probando y, en algunos casos, que ya se han aplicado en la tecnología de los alimentos, pertenecen a las áreas de la agricultura, el procesado y empaquetado de alimentos y los suplementos.

Es en los países del tercer mundo donde los beneficios de estas aplicaciones son especialmente necesarios; en ellos, el acceso a los alimentos es limitado, la calidad de los pocos alimentos disponibles conlleva deficiencias nutricionales y la mala calidad del agua es una de las principales causas de enfermedades. En estos países, aplicaciones como la mejora de la productividad agrícola, el tratamiento de las aguas o las nuevas técnicas de almacenamiento y procesado de los alimentos, pueden ser de gran ayuda.

La nanotecnología también puede tener efectos beneficiosos para la salud en los países occidentales. En un artículo publicado recientemente en la revista Asia Pacific Journal of Clinical Nutrition ("Innovations in food technology for health"), la Dra. Yun-Hwa Peggy Hsieh, profesora de la Universidad Estatal de Florida, y su colega Jack Ofori repasan una serie de nuevas tecnologías aplicadas a la agricultura y la producción de alimentos, describiendo cómo la nanotecnología empieza a encontrar posibles aplicaciones en este campo.

Según Hsieh, la mayor parte de la investigación sobre la nanotecnología en este campo que ha sido financiada con fondos federales se ha centrado en las áreas del empaquetado de alimentos y la detección de patógenos, llegándose a desarrollar varios nanosensores para ello.

Sin embargo, las últimas investigaciones se empiezan a centrar en las posibles aplicaciones de la nanotecnología en los alimentos funcionales y los nutracéuticos, señala Hsieh. "Los nanomateriales permiten una mejor encapsulación y liberación de los ingredientes alimentarios activos en comparación con los agentes de encapsulación tradicionales y el desarrollo de nanoemulsiones, liposomas, micelas, complejos biopolímeros y cubosomas ha conducido al desarrollo de propiedades mejoradas para la protección de compuestos bioactivos, sistemas de administración controlados, integración de matrices alimentarias y enmascaramiento de sabores no deseados".

La Nanotecnología también puede mejorar los procesos de los alimentos que utilizan enzimas para producir beneficios para la salud y nutricionales. Según un artículo publicado este fin de semana en la revista New York Times Magazine ("You are what you grow") existe una conexión entre los alimentos de bajo coste y altamente procesados y la obesidad y los problemas de salud. Por supuesto, no hay nada como una comida saludable con alimentos naturales, pero si la nanotecnología puede contribuir a que los alimentos procesados sean menos perjudiciales para la salud, sería un enorme éxito.

Fuente: Nanowerk

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Organos dañados que se curan a sí mismo

La nanotecnología ofrece una esperanza para el tratamiento de lesiones de la médula espinal, la diabetes o el Parkinson

Según un artículo publicado el 22 de abril de 2007 en Nanowerk, el Dr. Samuel I. Stupp, director del Institute of BioNanotechnology in Medicine de la Universidad Northwestern y uno de los científicos que está estudiando la combinación de la nanotecnología con la biología con el fin de lograr que el cuerpo humano se cure a sí mismo, ha logrado unos primeros resultados asombrosos.

En una asombrosa demostración de lo que la nanotecnología puede hacer en la medicina regenerativa, unos roedores de laboratorio paralizados por lesiones en la médula espinal recuperaron la capacidad para caminar seis semanas después de una simple inyección de un nanomaterial diseñado para tal fin. Stupp y sus colegas diseñaron unas moléculas con la capacidad de autoensamblarse para formar nanofibras una vez inyectadas en le cuerpo humano por medio de una jeringa.

"Inyectando moléculas diseñadas para autoensamblarse y formar nanoestructuras en el tejido de la médula espinal, hemos podido recuperar y regenerar con rapidez las neuronas dañadas", señala el Dr. Stupp. "Las nanofibras son la clave no solo para evitar la formación de cicatrices perjudiciales en el tejido que inhiben la curación de la médula espinal, sino también para estimular la regeneración de células perdidas o dañadas.

Este trabajo podría tener implicaciones también para el Parkinson y el Alzheimer, enfermedades en las que las células cerebrales dejan de funcionar adecuadamente.

Durante su presentación en una sesión del Project on Emerging Nanotechnologies, el Dr. Stupp mostró un vídeo de un grupo de roedores que se recuperaron de los síntomas de la enfermedad de Parkinson tras estar expuestos a las nanoestructuras bioactivas desarrolladas en su laboratorio de la universidad. Stupp mostró también los resultados de otro trabajo realizado en colaboración con Jon Lomasney, en la Universidad Northwestern, que demuestran el uso de nanoestructuras y proteínas para la recuperación de la función cardíaca después de un infarto.

El trabajo de Stupp se encuadra en un área fundamental de la nanotecnología que algún día podría permitir a los médicos confeccionar y administrar a los pacientes tratamientos individualizados por medios hasta el momento inimaginables.

Fuente: Nanowerk

Riesgos de nanopartículas para la salud

Según un artículo publicado el 13 de abril de 2007 en EETimes.com, científicos de la Universidad de California en San Diego y el Veterans Affairs Medical Healthcare System en La Jolla, ha concluido recientemente que las nanopartículas magnéticas pueden constituir un riesgo para la salud.

Sus experimentos han revelado que las partículas de óxido de hierro de menos de 10nm de diámetro atrofian el desarrollo de las células nerviosas. Paralelamente, otros experimentos in vitro del National Institute of Standards and Technology (NIST) han concluido también que los nanotubos de un largo inferior a 200nm interfieren con las células pulmonares de los humanos.

Por ello, ambos grupos han hecho un llamamiento para que se realicen pruebas con animales que permitan no sólo evaluar los efectos tóxicos de los nanomateriales en los organismos vivos, sino también identificar los tipos de nanomateriales más tóxicos.

Actualmente, la National Science Foundation (NSF) invierte casi 10 veces más en el desarrollo de nanomateriales que en investigaciones para prevenir sus efectos tóxicos. "Queremos que se incrementen las inversiones en estudios como el nuestro, que intenten determinar qué tipos de nanomateriales son más tóxicos y cómo se puede evitar esta toxicidad", señala Shunho Jin, profesor de ciencias de los materiales de la UCSD.

Las nanopartículas de óxido de hierro se están probando en todo el mundo para mejorar las imágenes obtenidas por resonancia magnética y para eliminar las células cancerosas. Inyectando nanopartículas de óxido de hierro en los humanos antes de realizar una MRI, se mejora el contraste de la imagen obtenida; en cuanto al tratamiento del cáncer, consiste en calentar las nanopartículas inyectadas con un campo magnético externo, basándose en la teoría de que las células cancerosas se pueden eliminar más fácilmente con calor que las células normales.

"Hay miles de grupos en todo el mundo intentando utilizar nanopartículas magnéticas para todo tipo de bio y nanotecnologías", señala Jin. El problema está en que todos ellos "tienden a presuponer que las nanopartículas de óxido de hierro son un material biocompatible, mientras que nuestro estudio indica que no lo son".
"Hemos descubierto que, incluso en cantidades moderadas, afectan negativamente a la interacción y transmisión de señales de las células nerviosas entre sí", añade.

Fuente: eetimes

Los nanocilindros son mejores que las nanoesferas para la administración de fármacos

Según un artículo publicado el 5 de abril de 2007 en SmallTimes.com, investigadores de la Facultad de Medicina y la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Pensilvania, han descubierto un modo mejor de administrar fármacos a los tumores. Utilizando un conductor cilíndrico, los investigadores lograron mantener la administración del fármaco anticanceroso paclitaxel a un modelo animal de cáncer de pulmón durante un tiempo diez veces superior al de los conductores esféricos. Estos resultados, publicados en línea en Nature Nanotechnology, pueden tener consecuencias para la administración de fármacos, así como para entender mejor algunos virus con forma cilíndrica como el Ébola y el H5N1.

"El torrente sanguíneo tiene un bombeo constante y estas nanopartículas cilíndricas se alinean con el flujo, manteniéndose en circulación mucho más tiempo que las conocidas partículas esféricas", señala el Dr. Dennis E. Discher, Prof. de Química e Ingeniería Biomolecular en el Institute for Medicine and Engineering de la Universidad de Pensilvania.

En su estudio, los investigadores utilizaron finas nanopartículas cilíndricas compuestas de polímeros sintéticos para administrar paclitaxel al tejido de un tumor de pulmón humano implantado en roedores. Los cilindros tenían diámetros pequeños, de hasta 20nm, y largos similares al tamaño de las células sanguíneas. El paclitaxel reduce el tamaño de los tumores y, dado que los cilindros permanecieron en circulación hasta una semana después de la inyección (frente a las pocas horas que se mantienen las nanopartículas esféricas), administraron una dosis mayor, eliminando más células cancerosas y reduciendo mucho más el tamaño de los tumores.

Además de su importancia para el tratamiento del cáncer de pulmón, este descubrimiento puede mejorar los tratamientos de otras enfermedades, como las cardiovasculares y otros tipos de cáncer. También está ayudando a los científicos a entender por qué algunos virus cilíndricos como el Ébola o el H5N1 son tan eficaces.

La investigación ha sido financiada por el National Institute of Biomedical Imaging and BioEngineering.

Fuente: Smalltimes

Hélices para nanobots

Según un artículo publicado el 13 de baril de 2007 en Technology Review, un grupo de investigadores ha descubierto una nueva forma de propulsión para microrobots que imita el modo en que las bacterias se desplazan rápidamente por medio de sus apéndices con forma de sacacorchos denominados flagelos.

Las pruebas indican que estas diminutas nanoespirales, de tan solo 27 nanómetros de grosor y 40 micrómetros de largo, son capaces de girar a 60 revoluciones por minuto e impulsar un objeto a cerca de 5 micrómetros por segundo.

Este tipo de propulsión se podría utilizar en sistemas de administración de fármacos, en los que éstos son transportados por el flujo sanguíneo hasta el objetivo, señala Bradley Nelson, director de la investigación y profesor de robótica y sistemas inteligentes en el instituto federal suizo de tecnología, en Zurich. A largo plazo, estas nanohélices se podrían utilizar para impulsar microrobots biomédicos autónomos.

Según Sylvain Martel, profesor asociado del departamento de ingeniería informática de la Escuela Politécnica de Montreal, Canadá, el movimiento por fluidos a nanoescala puede ser todo un reto debido a la viscosidad del líquido. A medida que disminuye el tamaño de un objeto, la fuerza necesariapara moverlo a través de un fluido no se reduce proporcionalmente, señala Martel. Para una bacteria que se intenta mover a escala microscópica, el efecto puede ser enorme; de ahí que desarrollasen sus sofisticados flagelos.

Un motor molecular que bombea protones a través de la membrana de la célula hace que los filamentos helicoidales del flagelo roten. El sistema es tan eficaz que algunos flagelos han llegado a girar a velocidades de hasta 1.000 revoluciones por minuto.
La nanoespirales de Nelson, fabricadas con dos finas bandas de arseniuro de galio, una sobre otra, por medio de técnicas fotolitográficas, con un revestimiento de indio en la capa inferior, generan su movimiento con un campo magnético giratorio externo que hace que se muevan se forma similar a los flagelos.

No es la primera vez que se utilizan campos magnéticos externos para hacer girar espirales, pero las demostraciones anteriores solían ser en una escala de milímetros. "La escala en esta ocasión es impresionante", señala Martel.

Los sistemas de administración de fármacos son una de las aplicaciones más atractivas para esta forma de propulsión, ya que pudiendo dirigir los microdispositivos de administración de fármacos hacia un lugar preciso, los tratamientos serían más eficaces.

Fuente: Technology Review

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Investigadores de la Universidad de Cornell desarrollan ‘nanolámparas’ del tamaño de virus

Según un artículo publicado el 11 de abril de 2007 en news.cornell.edu, para ayudar a iluminar el nanomundo, un equipo de investigación interdisciplinar de la Universidad de Cornell ha producido unas ‘nanolámparas’ microscópicas, nanofibras emisoras de luz del tamaño de un virus que podrían permitir el uso de dispositivos electrónicos flexibles como sensores.

Por medio de la colaboración de expertos en materiales orgánicos y en nanofabricación, los investigadores han creado uno de los dispositivos orgánicos emisores de luz más pequeños hasta la fecha, elaborado con fibras sintéticas de tan solo 200 nanómetros de ancho. Sus posibles aplicaciones se encuentran en el campo de los productos electrónicos flexibles, que cada vez se hacen más pequeños.

Las fibras, elaboradas a partir de un compuesto basado en rutenio, son tan pequeñas que su tamaño es incluso inferior a la longitud de onda de la luz que emiten. Esta fuente de luz localizada podría dar lugar a beneficios en aplicaciones que van desde la detección o la microscopía a pantallas planas.

El trabajo, publicado en el ejemplar de febrero de Nano Letters, es una colaboración de nueve investigadores de Cornell dirigida por José M. Moran-Mirabal, Doctor en física aplicada.

Utilizando la técnica de electrospinning, los investigadores hicieron girar las fibras con una mezcla del complejo metálico de tris-bipiridina de rutenio y el polímero de óxido de polietileno, y observaron que las fibras emitían una luz naranja al aplicarles un bajo voltaje por medio de microelectrodos patrón.
Los investigadores demostraron también que estos diminutos dispositivos emisores de luz se pueden obtener con métodos de fabricación sencillos. Sin embargo, su duración todavía se está investigando.

Fuente: Universidad de Cornell

Motores de hidrógeno

Nuevo avance en nanotecnología señala a los vehículos impulsados por hidrógeno

Según un artículo publicado el 5 de marzo de 2007 en Nanowerk News, investigadores estadounidenses del Laboratorio Nacional Argonne del U.S. Department of Energy han desarrollado un concepto avanzado en ingeniería catalítica a nanoescala: una combinación de experimentos y simulaciones que acercarán las celdas de combustible de membranas electrolíticas poliméricas para vehículos impulsados por hidrógeno a la comercialización masiva.

Los investigadores Nenad Markovic y Vojislav Stamenkovic publicaron sus resultados el mes pasado en la revista Science (“Improved Oxygen Reduction Activity on Pt3Ni(111) via Increased Surface Site Availability”) y este mes en Nature Materials (“Trends in electrocatalysis on extended and nanoscale Pt-bimetallic alloy surfaces”) acerca del comportamiento de las superficies de aleaciones de platino policristalino y de un solo cristal. Los investigadores descubrieron que las superficies de aleación de platino-níquel nanosegregadas tienen unas propiedades catalíticas únicas, abriendo nuevas posibilidades para el desarrollo de catalizadores del cátodo activos y estables en la práctica en las células de combustible.

Según George Crabtree, director de la División de ciencias de los Materiales de Argonne, el trabajo sistemático desarrollado por Voya y Nenad constituye un paso fundamental en la transformación de la catálisis: de arte empírico a ciencia fundamental.

Los investigadores identificaron una relación fundamental en las tendencias electrocatalíticas de las superficies entre la estructura electrónica de la superficie determinada de forma experimental (el centro de la banda d) y la actividad de la reacción de reducción del oxígeno. Esta relación exhibe un comportamiento "de tipo volcán", donde la actividad catalítica máxima está regida por un equilibrio entre las energías de adsorción de los intermediarios reactivos y la cobertura de superficie de las especies espectadoras. Las tendencias electrocatalíticas establecidas para las superficies extendidas explican el patrón de actividad de los nanocatalizadores y proporcionan una base fundamental para la mejora de los catalizadores del cátodo.

Anteriormente, se había sugerido la existencia de conexiones teóricas entre el comportamiento electrónico y la actividad catalítica, señala Markovic, pero es la primera vez que estas conexiones han sido identificadas de forma experimental. “Hemos identificado una superficie del cátodo capaz de lograr e incluso exceder el objetivo de actividad catalítica con una buena estabilidad”, añade Stamenkovic.

Con una investigación continuada en la que se combine la fabricación a nanoescala, la caracterización electroquímica y la simulación numérica, una nueva generación de sistemas multimetálicos con superficies a nanoescala modificadas está al caer, y las instalaciones del Laboratorio Nacional Argonne permitirán gran parte de esta investigación.

"Esperamos que este programa de investigación proporcionará a la nación mayor seguridad en cuanto a independencia energética y un medioambiente más limpio para las generaciones futuras", señala Markovic.

Fuente: Nanowerk