Científicos aprenden a hacer papiroflexia a nanoescala con el ADN

Científicos han diseñado una manera para hacer que el ADN se doble y retuerza en una variedad de nuevas formas, lo que algún día se podrá usar en instrumentos diminutos que sirvan para administrar fármacos desde el interior del cuerpo, crear tejidos y estudiar proteínas individuales.

Los resultados de este estudio proporcionará a los científicos una forma de crear objetos tridimensionales a nanoescala con curvaturas continuas, que hasta ahora es una de las limitaciones a las que se ha enfrentado esta tecnología.

El estudio, que publica la revista “Science”, ha sido realizado por un equipo de científicos del Technische Universitaet Muenchen (Alemania) y de la Harvard Medical School (Estados Unidos).

Uno de los investigadores, Hendrik Dietz, explica en el artículo la manera de crear formas continuamente curvas a nanoescala, lo que consiguieron diseñando haces de hélices de ADN dispuestos en un entramado en forma de panal.

En algunas de las hélices se insertaron pares base extra de ADN mientras que otras contenían eliminaciones de ADN, situación que crea una serie de tensiones que ayudan a los haces a juntarse en formaciones de escala nanométrica.

Usando este método, los investigadores podrían controlar la dirección y el grado de torsión e incluso permitir a la moléculas doblarse para formar ángulos muy pronunciados.

Los investigadores combinaron varios elementos curvos logrados de esta manera para crear formar complejas, con lo que se podrá desarrollar, a partir del ADN, una nueva “caja de herramientas” para la nanoingeniería.

El objetivo del experimento era descubrir si se podía programar el ADN para que se uniese en formas curvas o torcimientos “a medida” con un ancho de sólo unos pocos nanómetros, indicó Dietz, de la Technische Universitaet Muenchen.

El doctor Shawn Douglas, de la Universidad de Harvard, explicó que ahora se pueden construir “una serie de piezas tridimensionales a nanoescala”, como engranajes, tubos curvos o cápsulas que podrían unirse para crear instrumentos médicos más complejos y funcionales.

EFE

La investigación nanotecnológica avanza gracias a una cooperación chino-danesa

La investigación nanotecnológica avanza gracias a una cooperación chino-danesaInvestigadores daneses y chinos están haciendo progresos en el mundo de la nanotecnología gracias a una colaboración dedicada al desarrollo de componentes electrónicos. Los resultados de su trabajo contribuirán a impulsar los sectores de la electrónica, la energía y las comunicaciones.

Los investigadores, que proceden del Centro de Nanociencia y del Instituto Niels Bohr de la Universidad de Copenhague (Dinamarca) y de la Academia China de las Ciencias de Pekín, afirmaron que su colaboración ofrece interesantes perspectivas de futuro debido a la rápida expansión que está experimentando el campo de la electrónica molecular.

«El nuevo Centro de Nanoelectrónica Molecular ofrece un marco ideal para el intercambio de investigadores y, lo que no es menos importante, de investigadores noveles, de forma que se crean los mejores cimientos posibles para construir una asociación científica fructífera», explicó Thomas Bjørnholm, profesor de la Universidad de Copenhague y director del Centro de Nanociencia.

«Ahora se nos brinda la oportunidad de trabajar junto a algunos de los mejores científicos del área de la nanoelectrónica molecular. Las especialidades científicas de Dinamarca y China son distintas, y al trabajar juntos tendremos la posibilidad de complementarlas», añadió el profesor Bjørnholm.

Los investigadores que trabajan en el nuevo Centro de Nanoelectrónica Molecular han declarado que prevén múltiples oportunidades para el desarrollo de su campo de estudio. Por ejemplo, será posible fabricar electrónica para ordenadores mediante procesos químicos a nanoescala, afirmaron, y aclararon que dicho avance permitirá crear un nuevo tipo de ordenador.

Los investigadores que participan en la colaboración también se centran en la creación de moléculas que algún día permitan convertir calor en corrientes eléctricas. El calor emitido por automóviles o fábricas podría utilizarse para este fin, por ejemplo.

Además de cooperar en estos proyectos, los investigadores daneses y chinos trabajan para establecer un programa común de estudios que consistiría en una serie de intercambios de estudiantes y jóvenes investigadores. Tal actividad aumentaría y mantendría el intercambio de estudiantes e investigadores daneses y chinos.

La cooperación entre los dos países no es nueva, ya que dos estudiantes daneses especializados en nanotecnología viajaron a China en 2007 para estudiar allí durante dos meses. Según relatan, la estancia en Pekín fue una experiencia cultural muy positiva y supuso el comienzo de una investigación interesante.

«Trabajé utilizando métodos desarrollados por mi tutor y se me permitió trabajar con gran independencia, y eso pese a que muchos científicos chinos del grupo de investigación trabajaban siguiendo unas rutinas prefijadas», destacó Mikkel Marfelt. «Fue muy interesante aprender sus técnicas y aplicándolas obtuve algunos buenos resultados, de hecho mejores que los suyos.»

Este proyecto recibe apoyo de la Fundación Nacional Danesa de Investigación.

CORDIS Noticias

Células madre y nanotecnología para regenerar cartílago

Las articulaciones son de las primeras partes del cuerpo en sufrir los inevitables estragos del envejecimiento: el cartílago se puede romper haciendo deporte o bien ir desgastándose con el paso de los años debido al uso. Actualmente, los científicos están experimentando con una combinación de células madre y novedosos materiales estructurales diseñados para imitar el tejido real, con la esperanza de hacer desaparecer definitivamente el dolor que acompaña este problema y, quizá, lograr prevenir la aparición de artritis. En modelos animales, estos trasplantes parecen estimular la regeneración de un cartílago que se parece más al tejido natural.

El daño del cartílago suele desembocar en osteoartritis, una enfermedad articular degenerativa que afecta a cerca de la mitad de la población de 65 años. Los tratamientos existentes para estos pequeños problemas de cartílago normalmente requieren inflingir un daño adicional en la articulación enferma; o bien un trasplante de células cartilaginosas, denominadas condrocitos, que se obtienen de una articulación sana, se desarrollan en forma de cultivo y se inyectan en la zona dañada. Ambos procedimientos activan el desarrollo del nuevo tejido, una versión de cartílago similar al de una cicatriz, más fibroso que el cartílago normal y que no suele tener su misma durabilidad.

En un intento por regenerar realmente el cartílago en lugar de parchearlo, Rocky Tuan, director de la Cartilage Biology and Orthopedics Branch del National Institute of Arthritis and Musculoskeletal and Skin Diseases, de Baltimore, y sus colegas desarrollaron una estructura de nanofibra similar estructuralmente a la matriz extracelular, un material fibroso que proporciona un apoyo al tejido conectivo del cuerpo. La estructura se genera mediante electrospinning, un proceso importado del sector textil. Los investigadores aplican un fuerte campo eléctrico a un polímero líquido, que forma fibras alargadas en un intento por disipar la carga.

La estructura a nanoescala del material es la clave: los experimentos han indicado que las células se desarrollan mejor en una estructura de fibras a nanoescala que en una escala milimétrica hecha del mismo metral.

La estructuras se crean a partir de células madre mesenquimales (células madre adultas derivadas de la médula espinal, tejidos grasos u otras fuentes y que pueden diferenciar entre músculo, hueso, grasa y cartílago). “La ventaja es que no es necesario dañar otro tejido para obtener las células”, señala Tuan.

La nanotecnologia sigue avanzando

Dos equipos estadounidenses desarrollaron nuevos materiales que podrían despejar el camino para la creación de artículos electrónicos más pequeños, rápidos y poderosos. Esto en la medida en que la actual tecnología semiconductora comienza a alcanzar límites de miniaturización.

Un equipo ha realizado pequeños transistores -el principal componente de los procesadores de computadores- en una fracción del tamaño de aquellos utilizados en avanzados chips de silicona. Otro ha fabricado un material capaz de almacenar información de 250 DVDs en una superficie del tamaño de una moneda.

Ambos avances, que fueron publicados en la revista Science, utilizan la nanotecnología: el diseño y la manipulación de materiales miles de veces más pequeños que el ancho de un pelo humano.

La nanotecnología ha sido considerada como una forma para fabricar materiales más firmes y livianos, mejores cosméticos e incluso dar un mejor sabor a la comida.

“Hemos demostrado que podemos fabricar importantes tecnologías que son significativamente más pequeñas que los artefactos existentes”, dijo a través de un comunicado Jeremy Levy, de la universidad de Pittsburgh.

El equipo de Leavy creó sus transistores utilizando dos materiales de cristal cerámico, conocidos como aluminato de lantano y titanato de estroncio. Cuando son unidos, estos aislantes naturales conducen la electricidad mientras una carga positiva pasa por ellos.

Usando la ayuda de un microscopio de fuerza atómica, el equipo de Levy aplicó voltaje para grabar un pequeño cable conductor entre ambos materiales, que más tarde puede ser borrado revirtiendo la carga, similar a lo que ocurre en las pizarras mágicas con que juegan los niños.

“El transistor que fabricamos podría decirse que es el más pequeño que haya sido producido de una forma determinista y fiable. Y lo hicimos utilizando un instrumento que puede ser miniaturizado hasta el tamaño de un reloj de pulsera”, explicó Levy a través de un correo electrónico.

Además agregó que los mismos materiales pueden ser usados para hacer transistores del tamaño de un átomo para computadores, artefactos de memoria y sensores.

Mientras tanto, un equipo de las universidades Amherst, de Massachusetts, y Berkeley, de California, dijo que habían encontrado una forma más rápida y eficiente para fabricar una película delgada semiconductora, que creen mejoraría espectacularmente el almacenamiento de datos.

Muchos equipos han intentado utilizar polímeros para crear capas de película semiconductora, pero a menudo el material pierde su estructura cuando es extendido en largas superficies.

Para superar este obstáculo, el equipo liderado por Thomas Russell de la universidad de Massachusetts calentó cristales de zafiro para crear un diseño específico rugosidades en la superficie. Esto sirvió como guía para la película semiconductora.

“Aplicamos un concepto simple para resolver varios problemas paralelamente y resultó muy bien”, dijo Russell a través de un comunicado. Explicó que la tecnología podía hacer grupos casi perfectos de material semiconductor y que es aproximadamente 15 veces más denso que cualquier otro logrado previamente.

“Con las densidades que describimos, sería posible almacenar 250 DVDS en una superficie del tamaño de una moneda de 25 centavos”, expresó a través de un correo electrónico.

Los avances mas importantes en nanotecnologia 2008

A nanoescala, incluso los materiales más simples y más conocidos pueden presentar nuevas propiedades sorprendentes; 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.

La carrera para desarrollar una batería que desbloquee el potencial de los coches eléctricos también depende de los avances a nanoescala, que incluyen mayor potencia química en un volumen más pequeño.

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.

Aprovechar una de las nanoestructuras de la naturaleza (las fibras de ADN de apenas 2nm) para crear un tipo de cable diminuto de fibra óptica podría proporcionar un modo de conectar los componentes de los futuros ordenadores y enviar los datos con luz en lugar de electricidad.

Pero al igual que cuando se descubre cualquier material nuevo y exótico, la seguridad de los nanomateriales también debe ser evaluada. Todavía se desconoce hasta qué punto hemos empezado ya a liberar nanopartículas en el medioambiente, pero no hay duda de que el proceso ya está en marcha. Se ha descubierto que las nanopartículas de plata añadidas comúnmente a los calcetines para eliminar las bacterias pasan fácilmente a las aguas residuales durante su lavado. Y es probable que se produzcan más descubrimientos como este. Algunos productos del día a día como los limpiadores y las cremas solares ya contienen nanopartículas y las estructuras a nanoescala se utilizan cada vez más en la industria.

Mientras tanto, las investigaciones en laboratorio de los efectos de las nanopartículas sobre la salud han dado resultados preocupantes. Un estudio observó que los ratones que inhalaban nanotubos sufrían los efectos similares a los del asbesto; otro mostró que las lombrices que ingerían nanotubos presentaban una tasa de reproducción inferior.

Sin embargo, se han realizado muy pocos estudios como estos, lo que ha llevado a la Royal Commission on Environmental Pollution del Reino Unido a destacar la necesidad “urgente” de evaluar los efectos sobre la salud y el medioambiente de los objetos a nanoescala.