Sensor capaz de medir la masa de una proteina

NanotuboCientíficos en Cataluña han diseñado un sensor capaz de medir con resolución inédita hasta el momento diminutas cantidades de masa a nivel atómico, como la de las proteínas, cercanas a un zeptogramo, la milésima de la millonésima de la millonésima de la millonésima parte de un gramo.

Este trabajo, consistente en un sistema basado en nanotubos de carbono, aparece publicado en la revista Nanoletters y supone un paso más en la búsqueda de espectrómetros de masas que permitan a los científicos medir con una resolución atómica algo tan pequeño como la masa de una proteína.

La investigación ha sido dirigida por Adrián Bachtold, del Centro de Investigación en Nanotecnología y Nanociencia (centro mixto del CSIC y el Instituto Catalán de Nanotecnología), en Barcelona, con la participación de la Universidad Politécnica de Cataluña.

El sensor se basa en un nanotubo de carbono, de un nanómetro (millonésima parte de un metro) de diámetro, que está fijado por ambos extremos a dos electrodos.

A temperatura ambiente, el dispositivo tiene una resolución de 25 zeptogramos, pero cuando se enfría hasta 5 grados kelvin (268,15 grados centígrados bajo cero) su resolución mejora sensiblemente: logra captar masas de hasta 1,4 zeptogramos (un zeptogramo es la milésima de la millonésima de la millonésima de la millonésima parte de un gramo).

Hasta la fecha, los nanosensores habían logrado resoluciones de unos 7 zeptogramos a temperaturas de 4,2 grados kelvin, pero el diseñado ahora podría detectar cantidades de masa, como la que tienen las proteínas u otras unidades con una resolución atómica.

Entre sus potenciales aplicaciones, destaca la posibilidad de monitorizar las reacciones en el núcleo de átomos individuales o las reacciones químicas en moléculas biológicas.

La diminuta masa de los nanotubos (apenas unos atogramos, la millonésima parte de un microgramo) es la clave para convertirles en sensores ultrasensibles, ya que cualquier cantidad de masa que se incorpore a los tubos será detectada.

Tras este estudio, el investigador del CSIC y sus colaboradores trabajan ya en la mejora del dispositivo y, en un futuro, pretenden alcanzar una resolución de 0,001 zeptogramos, la masa del núcleo de un átomo.

Transporte de agua en nanotubos de carbono

Narayana R. Aluru y Sony Joseph. Foto de L. Brian StaufferAl descubrir el mecanismo físico que explica el rápido transporte del agua que a veces se da en los nanotubos de carbono, los científicos de la Universidad de Illinois a cargo de la investigación han dado un importante paso adelante para lograr dispositivos nanofluídicos de una nueva generación y extremadamente eficientes para inyectar medicamentos, purificar agua y permitir procesos mejores de nanofabricación.

El transporte extremadamente rápido del agua en los nanotubos de carbono se ha atribuido por regla general al hecho de que sus paredes son muy lisas y sus superficies son hidrófobas.

Narayana R. Aluru, profesor de ciencia e ingeniería mecánica de la Universidad de Illinois y sus colaboradores, han logrado demostrar ahora que el transporte rápido puede reforzarse mediante la estrategia de orientar las moléculas del agua en el nanotubo. La orientación puede dar lugar a un acoplamiento entre los movimientos rotatorios y de traslación de las moléculas de agua, resultando en un movimiento helicoidal, del tipo que sigue un tornillo, a través del nanotubo.

Utilizando simulaciones de la dinámica molecular, Aluru y Sony Joseph estudiaron el mecanismo físico que explica el transporte rápido promovido por la orientación.

Para los nanotubos muy pequeños, las moléculas de agua llenan los nanotubos adoptando una configuración de fila única, y se orientan en una dirección como resultado de los efectos del confinamiento. Esta orientación produce el transporte del agua en una dirección. Sin embargo, las moléculas del agua pueden cambiar colectivamente y a intervalos sus orientaciones, invirtiendo el flujo, lo cual impide que haya un transporte neto significativo.

En los nanotubos más grandes, las moléculas de agua no están orientadas en ninguna dirección en particular, y de nuevo no se produce el transporte.

El agua es una molécula con polos que consta de dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno. Aunque su carga neta es cero, la molécula tiene un extremo positivo (el hidrógeno) y un extremo negativo (el oxígeno). Esta polaridad hace que la molécula se oriente en una dirección particular en presencia de un campo eléctrico.

Los investigadores han comprobado que el transporte rápido se produce al crear y mantener esa orientación, ya sea aplicando directamente un campo eléctrico o por los grupos funcionales químicos acoplados en los extremos de los nanotubos.

Nanotecnologia y Energia

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Nanotecnologia y Energia

Nanotecnologia para la moda mas futurista

Nanotecnología y modaLa innovación en los tejidos llega de los laboratorios, como el de la Universidad de Cornell (EEUU), que ha desarrollado una “nanofibra” que permite el cambio del color de las prendas y que llegará al mercado en 5 años.

La “confección” de estos tejidos, que tienen otras ventajas, como proteger a quienes las llevan de una gripe, pero también de la contaminación o de un ataque bacteriano, tienen un coste muy elevado (hasta 6.000 euros por prenda), por lo que, como ocurre en este tipo de investigación, hasta ahora se les ha dado un uso militar.

No obstante, el profesor de la Universidad de Cornell Juan Hinestroza, que ha estado en Barcelona para hablar de la aplicación de la nanotecnología en la creación de “fibras multifuncionales”, en una charla en el Instituto de Investigación Textil de la Universidad Politécnica de Cataluña, ha asegurado que estos materiales no tardarán en dar “el salto comercial”.

Este ingeniero químico colombiano ha explicado que el reducido tamaño de estas fibras le otorgan unas posibilidades infinitas. Su objetivo como investigador es lograr materiales interactivos que respondan al ambiente de manera automática, de forma que las personas que utilicen las prendas no sufran cambios en su temperatura corporal y que las fibras hagan su tarea protectora de forma imperceptible.

Hinestroza, que lleva siete años investigando estos materiales con un equipo de once personas en Cornell, ha logrado cubrir una chaqueta de tela vaquera y un vestido de algodón con nanopartículas de plata que conceden a estas prendas propiedades antibacterianas y de filtrado químico.

A simple vista las prendas son “normales”, pero si se ponen al microscopio se pueden contemplar las nanopartículas cargadas electroestáticamente que funcionan como un protector sobre el algodón, el material favorito de Hinostroza, aunque en su laboratorio también se trabaja con nylon o lana.

Previamente, las prendas son sumergidas en un baño con partículas sintetizadas de plata, material que posee unas propiedades antibacterianas que se incrementan cuando se trata a “escala nano”.

Las prendas impregnadas se convierten en escudos que protegen de alergias o de los gases de la contaminación ambiental y además se manchan menos, ya que las nanopartículas impiden que se adhieran microorganismos, y sus colores son también más resistentes porque se aplican de forma física, y no por medio de colorantes.

“Si tienes una camisa de este tipo que es blanca y no tienes tiempo para cambiarte y debes a ir una fiesta, la puedes convertir en negra tan sólo con una aplicación de un campo magnético o eléctrico”, explica Hinestroza.

El precio del proceso todavía aleja a las grandes marcas de estos productos, aunque algunas ya se han interesando, sobre todo por otra de sus características: las nanofibras pueden crear señales en las prendas para que éstas no se puedan reproducir y así se eliminaría la falsificación y contrabando.

Hasta el momento se han utilizado en el ámbito militar: descomposición de tóxicos químicos o de agentes de guerra química, manipulación de color para crear camuflaje interactivo o fibras que pueden identificar a larga distancia “si eres amigo o enemigo”.

“Ahora todo el proceso es experimental, pero una vez que sea reproducible el precio bajará”, afirma Hinestroza, que calcula que en un plazo de entre dos a cinco años toda esta innovación irá pasando al sector civil para su aplicación en diversas áreas.

Así, el hecho de que sean prendas que pueden controlar el espacio entre las fibras, que se pueden abrir o cerrar según las temperatura en el exterior, facilitará el control del sudor y otros factores que los deportistas necesitan, y puede suponer una revolución, como la provocada por el bañador de Speedo en los Juegos Olímpicos de Pekín.

En el campo de la aeronáutica, estas fibras antialérgicas se podrán utilizar en el interior de los aviones para reducir las enfermedades transmitidas por la ventilación, mientras que en el ámbito de la sanidad se utilizarán en pijamas para los hospitales que eliminen los estafilococos o que permitan la administración de medicinas por medio de las sábanas mientras el paciente duerme.

Nanotecnologia para destruir bacterias resistentes

Nanotecnología y medicinaInvestigadores del Reino Unido están utilizando “nanosondas” microscópicas para encontrar nuevos fármacos que resuelvan el problema de la resistencia a los antibióticos. Las diminutas sondas ultrasensibles pueden calcular en qué medida se une un fármaco a las bacterias y su capacidad para debilitarlas y destruirlas.

Los investigadores estudiaron la tecnología de silicio en la vancomicina, uno de los pocos antibióticos que todavía funcionan contra infecciones como el SARM (Staphylococcus aureus resistente a la meticilina). Los resultados iniciales se publicaron en la revista Nature Nanotechnology.

Es la primera vez que se utiliza este tipo de nanotecnología para buscar nuevos fármacos. El grosor de las sondas no es mayor que el de un cabello humano, pero son capaces de detectar el mínimo cambio a nivel molecular.

Los antibióticos como la vancomicina se unen a la pared celular de las bacterias, causando la ruptura de la bacteria. Cuando la bacteria se vuelve resistente, se producen pequeños cambios en la estructura de su pared celular haciendo que al antibiótico le resulte más difícil adherirse y debilitar la estructura de la célula.

Los investigadores del London Centre for Nanotechnology recubrieron una serie de nanosondas con las proteínas que cubren las paredes celulares de las bacterias. Como una diminuta fila de trampolines, las sondas se pliegan en respuesta al “estrés de superficie” que se produce cuando el antibiótico se adhiere a la célula.

El sistema logró detectar que es 1.000 veces más difícil para la vancomicina adherirse a las bacterias resistentes que a las no resistentes.

Ahora están buscando otros posibles antibióticos con el objetivo de encontrar un fármaco capaz de adherirse con fuerza a las bacterias resistentes y causar una flaqueza estructural importante de la pared celular.

Según la directora del estudio, la Dra. Rachel McKendry: “Se ha producido un alarmante incremento de ‘superbacterias’ resistentes a los antibióticos, como el SARM y los enterococos resistentes a la vancomicina (ERV)”.

“Es un problema global de salud y está conduciendo al desarrollo de nuevas tecnologías para investigar los antibióticos y su funcionamiento”, señaló. McKendry añadió que los diferentes fármacos causan diferentes debilidades estructurales en la pared celular (unas más eficaces que otras) y la nanotecnología que están utilizando podría ayudar a identificar las que es probable que resulten más destructivas.

Fuente: BBC Health