XILENA PAOLA NIEBLES DE ÁNGEL
JORDAN KARTGEINS RESTREPO VELASQUEZ
11 - 02
LUISA GEOVO
TECNOLOGIA
2014
A nanoescala inclusive los elementos más comunes y corrientes, son modificados para presentar propiedades como la resistencia, la adherencia y la absorción se pueden multiplicar simplemente encontrando la estructura adecuada a nanoescala y en el 2008, muchos ingenieros lo consiguieron.
Unos nanocables de óxido de manganeso entrelazados dieron forma a una especie de tejido de papel que engulle los vertidos de fuel sin absorber ni una gota de agua, mientras que un patrón de nanotextura diferente, que se puede aplicar a cualquier tejido, demostró servir para fabricar ropa impermeable, que emerge seca incluso después de pasar dos meses bajo el agua. Por otra parte, un material que imita las nanoestructuras que se encuentran en los pies de gecko es hasta 10 veces más adhesivo que el original.
Las novedades en nanotecnología también se han aprovechado en la búsqueda de alternativas a las fuentes de energía existentes. Una novedosa mezcla de hidruro de litio y nanotubos de carbono rellenos de oro demostró ser capaz de convertir la radiación directamente en electricidad y podría servir para impulsar las naves espaciales en misiones largas.
Los nanotubos de carbono también formaron parte de un plan para crear un nuevo tipo de fotosíntesis artificial. Los tubos actúan como almacenamiento temporal para los electrones obtenidos de la luz antes de utilizarlos en reacciones químicas que eliminan el CO2 de la atmósfera. Incluso se podría llegar a transformar el gas invernadero en combustible.
Los diseñadores de procesadores llevan años aventurándose en la nanoescala y en los últimos chips se han alcanzado los 45 nanómetros, pero puesto que no va a ser posible encoger mucho más el silicio, los nanocomponentes podrían ofrecer mejor rendimiento a escalas similares. Un material denominado grafeno (una lámina de carbono de tan solo un átomo de grosor) es uno de los principales competidores, ya que este año ha demostrado ser capaz de pulverizar el récord de conductividad de un material a temperatura ambiente, algo que establece el límite de velocidad en computación.
La Staart- up StoreDot, del departamento de Nanotecnologia de la Universidad de \Tel Aviv Israel, ha presentado recientemente en la conferencia Think next de microsoft, un prototipo revolucionario que promete cargar la bateria de un celular en solo segundos, este cargador esta basado en semiconductores construidos a partir de peptidos, estos ultimos estructurados por aminoácidos que son las unidades constituyentes de las proteínas, en este prototipo, los peptidos se autoensamblan espontaneamente creando estructuras nanometricas llamadas puntos cuánticos que poseen interesantes propiedadses piezoelectricas, actualmente este prototipo tiene un tamaño de un cargador de portátil, sin embargo, sus creadores están trabajando para reducir su tamaño, se espera su comercializacion para el ano 2016. A continuación un vídeo en donde se muestra la carga de una bacteria de un Smartphone Samsung Galaxy S4 desde 0 hasta 100% en solo 30 segundos.
La idea de pequeños nanorobots viajando a través de fluidos biológicos como la sangre, es uno de los desafíos mas fascinantes de la nanotecnología, principalmente por sus potenciales aplicaciones en el área biomédica, en una investigación reciente, un grupo de investigadores indios, han logrado desarrollar por primera vez un nanomotor (Nanopropeller), capaz de viajar a través de sangre humana controlado magneticamente desde el exterior, investigaciones anteriores solo habían logrado propulsar un nanomotor en agua desionizada o suero, o bien en sangre, pero en presencia de Peróxido de Hidrógeno o hidrazina (utilizados como combustible) que resultan tóxicos para un ser vivo, este nanomotor es no invasivo y no requiere combustible, su diseño tiene forma de hélice construida a partir de SiO2 y recubierta por un material magnético (Ej: Fe, Co), estas hélices tuvieron que generar un empuje lo suficientemente grande para superar la fuerza de arrastre generada por las células sanguíneas.
Estos nanomotores podrían tener interesantes aplicaciones en nanomedicina, como por ejemplo, el transporte de fármacos específicos para el cáncer hacia las proximidades del tejido canceroso, con el fin de liberarlos y destruir en forma selectiva las células cancerígenas. A continuación un vídeo en donde se visualiza el nanomotor viajando a través de una muestra de sangre humana diluida.
El ADN es la molécula portadora de la información genética, pero también puede ser utilizada en nanotecnología como un material de construcción (nanomaterial), para el diseño de nanoestructuras a la medida, este campo se conoce como Nanotecnología con ADN, y uno de los métodos principales, es el Origami con ADN, en éste método el ADN se pliega en 3D programadamente, para generar nanoestructuras de interés, que pueden tener múltiples aplicaciones tecnológicas, como por ejemplo, el diseño de nanorobots(nanobots).
En este contexto investigadores italianos en una publicación reciente, describen el diseño de un nanorobot, específicamente un nanocontenedor con un colgajo conmutable (puerta) que se abre o cierra, a través de un innovador mecanismo basado en hibridación de cadenas de ADN, previo a algún estímulo molecular programado, este estudio es importante, ya que podría tener aplicaciones en la liberación de drogas controlada, bajo alguna señal molecular determinada, esto seria útil por ejemplo en el Cáncer, para destruir en forma selectiva a células cancerosas, y así no dañar las sanas, a continuación un esquema del modelo de nanobot diseñado utilizando origami con ADN.
El estudio de células individuales, es de gran importancia en biomedicina, ya que existen muchos procesos y propiedades a nivel bioquímico, electroquímico, mecánico y térmico, que pueden ser seguidos en tiempo real, recientemente en una publicación en la revista Nature Nanotechnology, investigadores españoles han logrado por primera vez introducir un chip electrónico con sensores dentro de una célula viva, en este caso para medir la presión intracelular.
El diseño del chip intracelular comprende un sensor mecánico rodeado por 2 membranas separadas por un espacio vacío, estas membranas actúan como espejos de reflexión paralelos, que constituye un resonador de Fabry-Perot, de forma tal que la presión externa desvía las membranas y los cambios de intervalo que a su vez, modifican la intensidad de la luz reflejada en el centro de las membranas.
Es importante destacar que estos chips intracelulares no producen daños en las membranas celulares preservando la integridad de estas, manteniéndose las células sanas y viables capaces de funcionar normalmente. A continuación un vídeo en donde se muestra una célula con un chip intracelular en su interior, en donde se aprecia como ésta se divide en forma normal.
El cáncer pulmonar es la neoplasia con la mayor tasa de mortalidad a nivel mundial tanto en hombres como mujeres, por lo tanto el desarrollo de nuevos tratamientos a esta patología son muy relevantes, actualmente es tratado con cirugía y quimioterapia, sin embargo esta última al ser administrada indovenosamente tiene un impacto sobre todas las células del organismo, afectando de esta manera no solo a las células tumorales sino que también a las sanas, ocasionando una serie de efectos secundarios no deseables.
Recientemente investigadores de la Universidad de Oregon están desarrollando un nuevo sistema de liberación de fármacos anticancerígenos inhalables utilizando nanotransportadores basados en lípidos nanoestructurados, que en su interior se encuentran drogas quimioterapeuticas ademas de siRNA (ARN de interferencia pequeño) que cumple la función de inhibir la expresión de genes involucrados en la resistencia a fámarcos anticancerígenos como lo son las bombas que bombean el fármaco hacia el exterior de la célula cancerosas.
Experimentos que se hicieron demostraron que el fármaco suministrado a los pulmones vía inhalación se elevó en un 83% en comparación con un 23% vía administración vía inyección endovenosa, aumentando de esta manera la eficacia del tratamiento, de esta forma existen buenas perspectivas de ser aplicado masivamente en la población en un futuro cercano.
Unos bioingenieros de la Universidad de Rice han creado un hidrogel que se transforma al instante de líquido a semi-sólido cuando se aproxima a la temperatura corporal, para luego degradarse al ritmo adecuado.
El gel parece muy prometedor como bioestructura para sostener el crecimiento de hueso y de otros tejidos tridimensionales en el cuerpo de un paciente utilizando las propias células del paciente para disparar el proceso.
El hidrogel, creado en el laboratorio del bioingeniero de Rice Antonios Mikos, es líquido a temperatura ambiente pero, cuando se inyecta en un paciente, se convierte en un gel que rellena y estabiliza un espacio mientras el tejido natural va creciendo para reemplazarlo.
Según los científicos de Rice, el nuevo material detallado en la revista Biomacromolecules de la American Chemical Society lleva la investigación de vanguardia un poco más allá.
"Este estudio describe el desarrollo de un novedoso hidrogel termogelificante para la administración de células madre que se puede inyectar en defectos esqueléticos con el fin de inducir la regeneración ósea; y que se degrada y elimina del cuerpo a medida que se forma y madura el nuevo tejido óseo", dijo Mikos, Profesor Louis Calder de Bioingeniería e Ingeniería Química y Biomolecular de Rice.
Brendan Watson, estudiante de postgrado de Rice y autor principal del estudio, espera que sea posible ajustar la degradación del material para hacerla coincidir con las diferentes tasas de crecimiento de los huesos.
De momento son como diminutas agujas (de unos tres nanómetros, tres milmillonésimas de metro), pero investigadores de la Universidad de Pensilvania han conseguido introducirlas y moverlas dentro de células vivas. Con ello abren la puerta a una herramienta para interaccionar con la estructura celular básica desde dentro, tanto para el estudio como para, en un futuro, curar. El trabajo lo publica Angewandte Chemie International Edition. Los dispositivos están formados por una mezcla magnética de oro y rutenio, y se mueven desde fuera mediante ultrasonidos. Las fotografías tomadas con un microscopio muestran su recorrido.
En principio, se han movido para registrar qué sucede cuando los nanomotores chocan con los orgánulos celulares. “Hemos visto respuestas mecánicas desconocidas hasta ahora”, ha dicho Tom Mallouk, profesor de la Universidad Estatal de Pensilvania. Las células son como diminutas fábricas llenas de orgánulos y estructuras que se encargan de producir energía, procesar nutrientes, eliminar residuos, fabricar proteínas… En una primera aproximación, los minúsculos dispositivos se han usado como batidoras para destruir todo lo que encuentran o perforar las membranas. Parece un trabajo poco preciso, pero solo con pensar que esto pudiera usarse a gran escala para destruir células cancerígenas ya sería un avance.
De hecho, ha sido en cultivos de HeLa, la famosa estirpe de adenocarcinoma de cuello de útero (cérvix) donde se han ensayado. “Esta investigación es una demostración de que es posible usar nanomotores sintéticos para estudiar la biología celular de formas novedosas. Los podríamos utilizar para tratar el cáncer y otras enfermedades manipulando las células desde dentro; podrían efectuar microcirugías intracelulares y administrar fármacos de manera no invasiva”, explica Mallouk.
El trabajo hasta llegar a esta fase ha consistido de varias fases. El primero era fabricar estructuras que una célula engullera de manera natural sin matarla, algo relativamente sencillo. Pero el problema era conseguir moverlas, porque los primeros combustibles que se usaron eran tóxicos. La aplicación de los ultrasonidos ha solucionado ese inconveniente. Con ello han conseguido una precisión que incluso permite mover varias de estas estructuras dentro de una misma célula.
