Nanotecnología

Por CRISTINA CHAMORRO POYO

La síntesis comercial de nanopartículas ferromagnéticas a temperatura ambiente es difícil porque las partículas se forman rápidamente, produciendo racimos de partículas aglomeradas con peores propiedades magnéticas y cristalinas que las ideales del material.

Sin embargo, como ya se describió en este blog, varias cepas de bacterias producen nanopartículas finas y uniformes de magnetita que tienen propiedades magnéticas adecuadas. Estas bacterias utilizan una proteína para formar partículas cristalinas de aproximadamente 50 nanómetros de diámetro.

Estos cristales están limitados por membranas para formar cadenas de partículas que las bacterias utilizan como una brújula para orientarse a partir del campo magnético de la Tierra.

Como cuando se debe diseñar algo, es difícil encontrar una mejor fuente de inspiración que la Madre Naturaleza, para ver si era posible aprender de las bacterias, la investigadora Surya Mallapragada del Laboratorio de Ames, formó un equipo que incluyó a microbiólogos, bioquímicos, químicos de los materiales, ingenieros químicos, científicos de los materiales y físicos, del laboratorio así como de la Universidad Estatal de Iowa, la universidad que administra ese laboratorio.

Basándose en un trabajo anterior realizado por un equipo de investigación japonés, la bioquímica Marit Nilsen-Hamilton, del Laboratorio de Ames, estudió varias proteínas de las que se conocía su capacidad para enlazarse al hierro, incluyendo la Mms6 encontrada en las bacterias magnetotácticas que ella clonó de esas bacterias.

Hablemos brevemente de Mms6

Mms6 representa una clase de proteínas que están estrechamente asociados con la magnetita bacteriana Magnetospirillum magneticum (ver la imagen). La proteína consta de una región N-terminal hidrófobo y un C-terminal hidrófilo, región que contiene múltiples aminoácidos de carácter ácido.

A raíz de los análisis sobre la competencia del hierro con otros cationes inorgánicos, se ha sugerido que la región C-terminal es el sitio de unión de hierro. Sin embargo, la función exacta de Mms6 en el proceso de síntesis de magnetita sigue siendo desconocida. No obstante, se ha examinado recientemente la síntesis de magnetita por oxidación parcial de hidróxido ferroso, con y sin la adición de Mms6, así como las características cristalográficas de la magnetita. La síntesis de magnetita mediada por Mms6 producía cristales de un tamaño uniforme y con una morfología cubooctahedral similar a la observada en la bacteriana M. magneticum. En cambio, los cristales formados en la ausencia de Mms6 es octaédrica, con un mayor aumento del tamaño distribución.

Cordones de nanopartículas magnéticas dentro de bacterias.  

La química Tanya Prozorov probó a sintetizar cristales, utilizando las proteínas con varias concentraciones de reactivos en una solución acuosa, pero las partículas se formaron rápidamente, eran demasiado pequeñas y carecían de la morfología específica del cristal.
A sugerencia del físico especialista en el crecimiento de cristales Paul Canfield, el equipo utilizó geles de polímero desarrollados por Mallapragada y Balaji Narasimhan para ayudar a llevar a cabo lentamente la reacción y tener control sobre la formación de los nanocristales, minimizando la agregación.

Prozorov también llevó a cabo análisis de microscopía electrónica de las nanopartículas sintéticas que mostraron que a partir de la Mms6 se habían producido cristales bien formados, en facetas, parecidos a los producidos de modo natural por las bacterias.
            El físico Ruslan Prozorov comprobó las propiedades magnéticas de los cristales sintéticos que también mostraron llamativas similitudes con los cristales producidos por las bacterias y la magnetita en bruto.

Entonces, el equipo procedió a averiguar si el método bioinspirado podría utilizarse para producir nanopartículas de ferrita de cobalto. La ferrita de cobalto, que no aparece en los organismos vivos, tiene propiedades magnéticas más deseables que la magnetita, pero presenta los mismos problemas que otras partículas de tamaño nanométrico para su producción comercial. El método funcionó bastante bien y los investigadores terminaron obteniendo perfectos cristales hexagonales de ferrita de cobalto.

Las nanopartículas magnéticas podrían utilizarse para:

• - Liberar medicamentos en puntos muy específicos y con enorme precisión.
• - Dispositivos de memoria de alta densidad.
• - Tintas magnéticas.

Páginas web de interés:

http://grupogima.blogspot.com/2008/06/producen-nanoparticulas-magnticas.html

http://www.amazings.com/ciencia/noticias/040608b.html

http://www.external.ameslab.gov/final/News/2008rel/Magnetite.html

http://www.creb.upc.es/index.php?option=com_content&task=view&id=99&Itemid=31

http://www.solociencia.com/quimica/index-16.htm

http://mkweb.uni-pannon.hu/ft/mtb/abstracts/Arakaki.pdf

Por CRISTINA CHAMORRO POYO 

La definición oficial de un nanoalimento es la de un alimento para cuyo cultivo, producción, procesamiento, o empaquetado se han utilizado, bien nanopartículas, bien técnicas o herramientas nanotecnológicas.

La nanotecnología puede emplearse, por ejemplo, para mejorar el sabor y la textura de los alimentos y  encapsular ciertos nutrientes como vitaminas para impedir que se degraden durante la vida útil del producto. Asimismo, se pueden emplear nanomateriales para fabricar envases que conserven mejor y por más tiempo la frescura del producto. Es más, pueden crearse envases inteligentes dotados de nanosensores que informen al consumidor del estado en que se encuentra el producto del interior, por tanto se trataría de un empaquetado inteligente que literalmente pueda oler, detectar y destruir microorganismos que puedan hacer que el alimento se malogre o sepa mal. Un aspecto muy interesante es que el mundo de los nanoalimentos nos permitiría la posibilidad reducir el contenido en grasas de los alimentos, es decir, podríamos comer un helado que tenga la misma cantidad de grasa que una zanahoria e incluso comer una hamburguesa que reduzca el colesterol.  Incluso se ha llegado a decir que los productores de nanoalimentos prometen acabar con el hambre ofreciendo productos más baratos y seguros.

El mercado de la nanotecnología está creciendo rápidamente; actualmente Estados Unidos lidera este mercado con una inversión de 3.7 billones de dólares a través de la "National Nanotechnology Initiative (NNI)" (Iniciativa Nacional de Nanotecnología), seguido por Japón y la Unión Europea. Más de 400 compañías alrededor del mundo (incluidas Nestlé, Kraft, Heinz y Unilever) trabajan activamente en la investigación y desarrollo de la nanotecnología y se espera que este número crezca a 1000 compañías en los próximos 10 años.

Pero el problema es que las empresas de alimentos no son tan abiertas en sus declaraciones a la prensa sobre sus avances e investigaciones en nanotecnología, ya que el gran debate sobre los alimentos y organismos genéticamente modificados (OGMs) ha causado un gran impacto en el público consumidor que lo ha hecho más vigilante y cauteloso sobre cualquier nuevo avance tecnológico que tenga el potencial de ser dañino a nuestra salud y por ende controvertido. Una prueba de esto es que si uno realiza una búsqueda con los términos nano o nanotechnology (nanotecnología) en las páginas web de Kraft, Nestlé, Heinz o Altria uno obtiene exactamente cero páginas web. Pero si uno realiza la misma búsqueda en Google al colocar nanotechnology y el nombre de cualquiera de esas empresas obtendrá bastantes páginas de artículos y proyectos de investigación que están ocurriendo en la actualidad, lo cual resulta muy curioso ya que indica como que las páginas web de las empresas quieren deslindarse de la nanotecnología a pesar de tener laboratorios y programas activos en nanotecnología.

Por ejemplo, Kraft se encuentra desarrollando las bebidas "programables" que no tienen sabor ni color pero que contienen nanocápsulas con múltiples sabores y colores. El usuario solo tiene que calentar la bebida en el microondas por cierto periodo de tiempo y basado en ese tiempo podrá obtener bebidas con sabor y color de fresa o de naranja, o inclusive whisky o café.

Actualmente se estima que se encuentran en el mercado entre 150-600 nanoalimentos y entre 400-500 aplicaciones de nanoalimentos en los envases. Se pueden encontrar nanoproductos en el aceite de canola, panes, aditivos y suplementos, margarinas y zumos envasados

Por ejemplo, Shemen Industries de Israel ha creado un aceite de canola que contiene nanogotas que contiene vitaminas, minerales, y antioxidantes (fitoquímicos). El enfoque de encapsular nutrientes ha sido también usado para aumentar los beneficios a la salud en el caso de te y para aumentar el sabor en el caso de bebidas nutritivas con sabor a chocolate. Recientemente, ha sido introducido en el mercado cerveza en botella de plástico, la cual está hecha de una resina de nylon que hace a la botella más ligera, más resistente, más barata, y con una alta barrera de protección de entrada de oxigeno dentro de la botella.

No hay que olvidar que la adición de nanomateriales a los alimentos no está exenta de riesgos. Hay que pensar que, por su reducido tamaño, los nanomateriales pueden atravesar barreras como el epitelio intestinal e introducirse en el torrente sanguíneo, así que pueden llegar hasta órganos secundarios y acumularse en ellos. Esto parece ser que ciertamente es así ya que se sabe, por ejemplo, que las partículas ultrafinas emitidas por los motores de gasóleo pueden penetrar en los pulmones, y varios estudios han hallado una relación entre dichas partículas y enfermedades cardiovasculares. Estudios con animales también han confirmado que las nanopartículas pueden traspasar la pared intestinal.

No obstante se requiere mucha más investigación para comprender el modo en que las nanopartículas se mueven por el organismo. Se sabe muy poco acerca del modo en que estas partículas son absorbidas y excretadas por el organismo y sobre cómo se desplazan por el mismo. Además, es necesario describir los materiales con gran precisión para saber por qué cierto nanomaterial puede ser más tóxico que otros materiales.

Por último es importante destacar que existen hoy en día dificultades para establecer una definición clara de lo que es la nanotecnología o lo que son los nanomateriales porque lo cierto es que los alimentos ya contienen nanomaterias naturales,  de hecho, en la nanoestructura de la leche homogeneizada, por ejemplo, hay gotículas cuyo tamaño es de 100 nm. Así pues, tal definición debería evitar cualquier tipo de confusión con las materias naturales de tamaño nanométrico.

Páginas web de interés:

http://www.aspec.org.pe/documentos/alimentos/Nanoalimentos.pdf

http://ecodiario.eleconomista.es/noticias/noticias/683144/07/08/Los-nanoalimentos-podrian-ser-el-nuevo-temor-de-los-consumidores.html

http://blogs.periodistadigital.com/vidasaludable.php/2008/08/04/nanoalimentos-nuevo-temor-consumidores

http://www.ecoportal.net/content/view/full/79985

http://es.reuters.com/article/entertainmentNews/idESLAR07395820080731

Por Cristina Chamorro Poyo

GoodFood, Seguridad y calidad alimentaria con microsistemas, es el nombre de un proyecto integrado, ya introducido en este blog, que tiene como objetivo el desarrollo y la aplicación de micro y nanosistemas que hagan posible el control de la calidad y seguridad en los alimentos a lo largo de toda la cadena de producción.

Los antibióticos bectalactámicos, el cloranfenicol, las tetraciclinas y las sulfonamidas son los cuatro grupos de antibióticos que más preocupan a las empresas lácteas y para los cuales es prioritario desarrollar sensores que permitan detectar su presencia en el momento de recoger la leche. Esto es posible gracias a las características y ventajas de estos sistemas (menor tamaño y coste, mayor rapidez respuesta, portabilidad, menor consumo de reactivos), que permitirán un mayor número de tests y una mayor proximidad al producto.

GoodFood se centra inicialmente en productos como la leche y derivados, la fruta, zumos de fruta, el pescado y el vino. El lema que resume el objetivo final del proyecto es "llevar el laboratorio al alimento y del campo hasta la mesa".               

Sin embargo, los posibles residuos a detectar y controlar en los alimentos son numerosos. Por eso, una de las primeras acciones realizadas en GoodFood ha sido recoger la opinión de empresas representativas del sector en Europa para delimitar cuales son los residuos prioritarios.

Encuesta a empresas representativas

Para las empresas lácteas, los antibióticos más problemáticos son los bectalactámicos, cloranfenicol, tetraciclinas y sulfonamidas, familias de antibióticos ampliamente usados en el ganado. Su presencia en la leche es nociva para la salud del consumidor y, además, dificulta la producción de quesos o yogures, ya que impiden la proliferación de las bacterias responsables de la fermentación y la curación del producto.

Otros antibióticos que preocupan a las empresas son los macrolidos y aminoglicosidos, aunque en la práctica se prescriben conjuntamente con algún otro antibiótico de los cuatro grupos previamente mencionados, por lo cual bastaría con desarrollar un sensor que detectara uno u otro antibiótico. Otro residuo que preocupa a las empresas son las quinolonas, no tanto porque se use en el ganado (está prohibido en vacas lecheras) sino porque es un residuo a controlar según la normativa.

En GoodFood se desarrollan sistemas multisensores y kits rápidos que permitirán detectar en 10 minutos la presencia de esos antibióticos en el mismo momento en que la leche es recogida en la granja, recién ordeñada de las vacas, y antes de incorporarla al camión de recogida, para evitar la contaminación de todo el producto.

Las empresas vitivinícolas consultadas, por su parte, revelan en el cuestionario que los pesticidas que más les preocupan y deberían, pues, ser prioritarios en su detección son el 2,4,6 triclorofenol, la simazina, la atrazina y el clozolinato. Casi todas las empresas coinciden en la necesidad de sistemas basados en microtecnologías que detecten la presencia de pesticidas en la cadena de producción del vino, especialmente en puntos críticos como en la viña, en la recepción de la uva, en el embotellado tras el paso por las cubas y antes de comercializarlo. La presencia de pesticidas en la uva y en el vino puede deberse al uso de estos compuestos en el tratamiento de los viñedos, pero también a residuos presentes en la madera de los barriles o en el corcho del tapón (si los árboles o la madera han sido tratados).

Precisamente en el sector vitivinícola será donde GoodFood aplicará la primera experiencia piloto que llevará el laboratorio desde el campo hasta la mesa. Lo harán controlando a base de sensores ubicados en todas las partes y fases de una planta productora de vino, y conectando estos sensores a un sistema central de recogida y análisis de datos. El sistema controlará desde la luz, la humedad o la temperatura de los viñedos, hasta la existencia de pesticidas en las barricas o el ambiente de las bodegas. De esa forma se podrá analizar automáticamente los resultados y prever posibles problemas, como el mayor riesgo de aparición de hongos en los viñedos, o la presencia de residuos indeseables en las barricas. Esta experiencia se llevará a cabo en Italia.

Otras dianas del proyecto son mohos como Aspergillus en la uva y Penicillium expansum en las manzanas. Igualmente, GoodFood trabaja en el desarrollo de microsistemas para la detección de las micotoxinas generadas por esos mohos: patulina, generada por Penicillium expansum, en zumos de manzana; ochratoxina A, generada por Aspergillus, en uvas y vino; y la aflatoxina M1, presente en la leche si la vaca ha comido alimentos contaminados con la micotoxina aflatoxina B1 (la aflatoxina M1 es resultado de la metabolización en el hígado de la vaca de la aflatoxina B1). También se desarrollarán microsistemas para detectar Listeria y Salmonella en leche y queso tierno.

     Goodfood desarrolla sensores de DNA para la  detección de patógenos como Salmonella o Listeria

Detectar el estado de la fruta y del pescado

En GoodFood también se desarrollan microsistemas para la detección de las emisiones gaseosas de los alimentos que pueden servir, por ejemplo, para determinar el estado de la fruta conservada durante largo tiempo en ambientes controlados o para detectar la rápida degradación del pescado. Los principales objetivos son el desarrollo de sistemas para la detección conjunta del etileno (indicador del estado de madurez de la fruta) y el amoniaco (indicador de fugas en el sistema de refrigeración de las cámaras). En el caso del pescado, las emanaciones que pueden actuar como indicadores de la pérdida de frescura son la TMA (trimetilamina), el amoniaco y el TVB-N (nitrógeno básico volátil).

   Cromatógrafo de gases miniaturizado para la detección de aminas volátiles en pescado. Sistema desarrollado por CNR-INM Bolonia (Italia)

El desarrollo de plataformas que incorporen los sensores de gases antes mencionados que permitan el control de los alimentos a lo largo de toda la cadena logística es otro de los objetivos principales y que sin duda se conseguirá en un futuro.

Páginas web de interés: 

http://www.azti.es/muestracontenido.asp?idcontenido=264&content=8&nodo1=26&nodo2=0 

http://prensa.vlex.es/vid/food-coordina-lacteos-pescados-zumos-17406187

http://www.dicat.csic.es/goodfood_esp.html

http://www.alimentatec.com/muestrapaginas.asp?nodo1=0&nodo2=0&idcontenido=592&content=18

  El tamaño de los objetos que podemos analizar mediante un microscopio depende básicamente de la longitud de onda (es decir de la energía) de los elementos que utilicemos como sonda durante el análisis. El microscopio óptico utiliza la luz visible, lo que nos permite alcanzar una resolución de unos cientos de nanómetros. Por otro lado, el microscopio electrónico emplea un haz de electrones acelerados, partículas con mayor energía (menor longitud de onda) que los fotones que componen la luz visible, lo que mejora considerablemente la resolución, pudiendo alcanzar unos pocos nanómetros. Sin embargo existen ciertos inconvenientes a tener en cuenta al trabajar con un microscopio electrónico. Por un lado, la elevada energía que poseen estos electrones podría dañar las muestras, en el caso de tratar con material biológico o muestras frágiles. Además si las muestras son poco conductoras, podrían aparecer efectos de carga debido a la naturaleza eléctrica de los electrones, lo que dificultaría el estudio. Entonces, ¿por qué no utilizar átomos en lugar de electrones? De hecho, empleando un haz de átomos podría alcanzarse una resolución similar a la obtenida mediante un microscopio electrónico, pero sin dañar la muestra, puesto que la energía de estos átomos sería considerablemente inferior a la de los electrones empleados en un microscopio electrónico. Incluso podríamos olvidarnos de los efectos de carga, al no emplear partículas cargadas. Todo apunta a que en un futuro se conseguirá desarrollar una nueva técnica de microscopía basada en el "microscopio de átomos". Sin embargo esta nueva técnica requiere la fabricación de un espejo casi perfecto, es decir con una superficie sin imperfecciones y una rugosidad a nivel atómico, capaz de enfocar los átomos sobre la muestra a analizar. De conseguir fabricar este nanoespejo, los átomos empleados como sonda no se desviarían de la dirección especular tras incidir sobre la superficie de la muestra.

Si analizamos el panorama científico internacional, diversos grupos de investigación han intentado fabricar un espejo de estas características, pero difícilmente han conseguido alcanzar una reflexión superior al 1 %. Sin embargo, recientemente un equipo de investigación español, liderado por Rodolfo Miranda, catedrático de Física de la Materia Condensada en la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) y director del instituto IMDEA-Nanociencia, ha conseguido fabricar el espejo más liso y perfecto jamás elaborado hasta la fecha. Empleando átomos de Helio como sonda han alcanzado una reflexión de hasta el 67 %. Este nuevo nanoespejo consiste en una fina capa de plomo depositada sobre una lámina de silicio. El espesor de la capa de plomo no debe superar los cuatro o cinco átomos a fin de aprovechar la "magia" de los efectos de la Física Cuántica. Existe un espesor energéticamente favorable, denominado "espesor mágico" capaz de generar fenómenos sorprendentes. Según explica el profesor Miranda, con este espesor "la superficie se aplana sola, como si los montones de arena de una playa se alisaran espontáneamente". Para conseguir este "espesor mágico" la capa de plomo debe depositarse a una temperatura de 230 grados bajo cero, sin embargo su perfección mejora al elevar la temperatura hasta la temperatura ambiente.

Este importante descubrimiento, del que ya se han hecho eco diversas revistas científicas como Advanced Materials, permitirá completar el desarrollo de la microscopía de átomos (proyecto en el que actualmente el equipo de Miranda colabora con otros grupos europeos).

Por GUILLERMO SERRANO BRIEGA 

Citando a Leonardo Da Vinci, "La naturaleza benigna provee de manera que en cualquier parte halles algo que aprender". Eso es lo que debieron de pensar los ingenieros biomédicos de la universidad de NorthWestern al inspirarse en el reino animal para llevar a cabo la fabricación de un nuevo nanopegamento capaz de fijarse a una superficie sólida tanto al aire libre como bajo el agua de manera reversible.   Uno de los dos pilares de esta investigación se basa en los geckos, conjunto de pequeños lagartos presentes en todo el planeta (en España su representante más popular es la conocida salamanquesa). El rasgo más peculiar de este grupo de animales que lo distingue claramente de los otros lagartos es su capacidad de escalar superficies lisas verticales e incluso trepar por los techos con facilidad. Tanto es así que son capaces de aguantar centenares de veces su propio peso en contra de la fuerza gravitatoria sin dificultad. Sus patas se adhieren a la superficie gracias a los pelos que presentan en las extremidades de los dedos; una pilosidad ultrafina, ya que cada pelo de 5 micras de diámetro está recubierto de decenas o centenas de nanopelos de 200 nanómetros de diámetro (250 veces menos que un cabello humano).  Disponen además de una serie de ventosas nanoscópicas que les permite mantenerse sobre cualquier tipo de superficie. A escala nanométrica, los geckos explotan al máximo las fuerzas de Van Der Waals que se ejercen entre moléculas formando un enlace químico no covalente.

Figura 1: Sus patas permiten al gecko trepar por muros y techos

No obstante, el gecko encuentra un gran problema cuando sus pies topan con un suelo mojado, ya que en contacto con el agua pierde gran parte de su potencial adhesivo, como la mayor parte de los pegamentos en medio húmedo por otro lado.  Es por ello que en este punto de la investigación se decidió elegir un modelo que no tuviese problemas de fijación en el agua: el mejillón. Este tipo de molusco, con representantes tanto en aguas dulces como saladas, usan sus bisos como ancla carnosa para fijarse sobre rocas o cualquier tipo de objeto sumergido y llevar a cabo su alimentación de tipo filtradora.

Figura 2: Mejillón sobre una roca

Por ello, a diferencia de otros adhesivos inspirados en otros reptiles, el geckel (neologismo proveniente de gecko y mussel -mejillón-) puede adherirse a superficies secas o mojadas. "Preveo que las cintas adhesivas hechas de geckel podrían usarse para reemplazar los puntos de sutura en el cierre de heridas, así como adhesivo resistente al agua para vendajes y medicamentos en forma de parche", declara el profesor Philip Messersmith de la Universidad Northwestern en Evanston, cerca de Chicago. "Este tipo de vendaje permanecería inamovible en los baños pero podría ser fácilmente retirado para aplicar el tratamiento en la herida". En efecto, las pruebas llevadas a cabo hasta hoy en día prueban que el material puede ser pegado y despegado más de mil veces consecutivas incluso bajo el agua. Los investigadores añaden: "Otro tipo de materiales sólo han podido alcanzar unos pocos ciclos de contacto sin disminuir drásticamente su efectividad".

  No es la primera vez que un grupo de investigadores intenta fabricar en masa un material barato y que imite las propiedades del gecko. En el 2003 un equipo de científicos de la Universidad de Manchester (Reino Unido) consiguió pequeñas cantidades de cinta adhesiva usando una litografía de haz de electrones, proceso en el cual un haz de electrones es capaz de grabar un modelo en una superficie. Es la misma técnica usada en el geckel y sus mayores inconvenientes son su elevado coste y la dificultad de aplicarla a escala industrial. Así pues, las muestras de geckel usadas en los últimos experimentos tenían 60 nanómetros de diámetro. "Hemos llevado a prueba el concepto y ha funcionado", prosigue el profesor Messersmith. "El reto ahora es el cambio de escala en su obtención manteniendo todas las propiedades del material".

   No obstante, científicos de la marca aeroespacial y de defensa BAE Systems consiguieron el año pasado una producción en masa que demostraron mediante una tira de algunos centímetros de un plástico conocido como Gecko Sintético. Usando una técnica conocida como foto-litografía, común en la industria del silicio, han sido capaces de llevar a cabo el cambio de escala. "Tenemos piezas de material mayores", asegura el doctor Sajad Haq, investigador en la compañía Advanced Technology Center en Bristol (Reino Unido). Por supuesto no estaba autorizado a aportar más información ya que su empresa trabaja en la patente de su nuevo producto. "Nuestro equipo no ha tenido que modificar mucho el diseño para hacerlo funcional en superficies mojadas", se aventuró a asegurar. "El material que usamos sigue siendo un sistema simple. No hemos tenido que llegar a nada complejo para asegurar que funcione bajo el agua".

Figura 3: Gecko Sintético está compuesto por millones de pelos en configuración de champiñón

El Gecko Sintético, al igual que el geckel, es capaz de despegarse y pegarse sin perder eficacia. Una vez patentado, la firma planea usar el material para un intervalo amplio de aplicaciones; desde la fabricación de parches para cisternas, aviones o submarinos hasta robots "trepadores". Puesto que la investigación de este nanomaterial sigue siendo comercialmente muy sensible, los detalles específicos aún no han sido publicados.

Otros enlaces de interés:

http://tempsreel.nouvelobs.com/actualites/sciences/technologies/20070718.OBS7231/collant_comme_un_gecko_et_une_moule.html

http://media.dualmac.com/wp/2007/08/25/geckel-un-pegamento-que-imita-a-la-lagartija-y-el-mejillon.html

http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/6904175.stm

http://lescienze.espresso.repubblica.it/articolo/Geckel,_la_colla_che_imita_gli_animali/1308932

Por FERNANDO HERNANDEZ CACERES 

En las recientes Olimpiadas de Beijing 2008, los científicos han encontrado una situación extraordinaria para analizar la respuesta de la atmósfera cuando una región muy poblada disminuye sustancialmente sus emisiones industriales contaminantes. La National Science Foundation (NFS) con su experimento CAPMEX ha incluido un estudio aéreo con aviones especiales no tripulados equipados con instrumentos nanotecnológicos medidores de contaminación (nanosensores). Los nanosensores permitirán realizar nuevas estimaciones de la irradiación solar, de la interacción entre aerosoles y nubes y, en definitiva, un estudio de las fuerzas climatológicas y los ciclos biogeoquímicos del este asiático y de las regiones del Pacífico oeste en una situación práctica que no teórica de disminución drástica de polución. Estos vuelos deben recoger información desde la isla surcoreana Cheju, a unos 1165 kilómetros al sureste de Beijing, isla que se encuentra en el camino que sigue el humo que emanan varias ciudades chinas, incluyendo Beijing. Esta información completará las mediciones de los satélites y observatorios en tierra firme que seguirán el rastro al polvo, hollín y polución que viajan desde Beijing y otros lugares de China en las llamadas nubes marrones. Todos estos instrumentos deben caracterizar los patrones de transporte de polución, así como determinar su evolución en función de las medidas propuestas por el gobierno chino durante el evento olímpico (según las cuales la actividad industrial de la zona debería disminuir un 30 por ciento, mientras que el uso del automóvil lo haría en un 50 por ciento). El científico meteorólogo V. Ramanathan, líder del citado experimento CAPMEX, ya había llevado a cabo previamente una investigación de las nubes marrones demostrando su importancia en las regiones contaminadas de la atmósfera. Sin embargo, el proyecto CAPMEX permitirá utilizar por primera vez la nanotecnología en un estudio de la contaminación del aire y su interacción con la meteorología en el sureste asiático. Si se determinan los efectos de una reducción de estas emisiones durante las Olimpiadas en el calor atmosférico, obtendremos importante información con la que analizar la evolución del calentamiento global. El equipo de Ramanathan ha revolucionado la obtención de datos atmosféricos a través del uso de esas unidades aéreas especiales, llamadas AUAVs, que permiten obtener información de diferentes propiedades como la temperatura, la humedad y la intensidad de la luz solar, la concentración de hollín o la capacidad de generar. También será posible conocer la cantidad de gas contaminante necesario para elevar la temperatura atmosférica así como crear perfiles dimensionales de las nubes y otras masas atmosféricas a un coste relativamente bajo. En estudios previos, los datos meteorológicos obtenidos en el aire ayudaron a demostrar que las nubes marrones disminuyen la irradiación solar que alcanza la superficie terrestre, calentando la atmósfera a baja altura e interrumpiendo la formación de nubes. Con el proyecto CAPMEX los científicos esperan mejorar también su habilidad de enviar el cálculo de los efectos de las partículas de polución más rápidamente y realzar su valor como herramienta definitoria de políticas de actuación globales.

Las observaciones desde satélite y tierra firme comenzaron el 1 de agosto. Los vuelos de pre-inspección se iniciaron el 9 de agosto y la campaña terrestre tendrá lugar hasta el 30 de septiembre.

Por FERNANDO HERNÁNDEZ CÁCERES 

Debido a sus propiedades el carbono es, junto con el silicio, uno de los elementos con mayor utilidad para la multidisciplinar ciencia de la nanotecnología. En abril de 2008, investigadores de la Universidad Northwestern descubrieron un hallazgo relacionado con el carbono, un elemento excepcional debido a sus extraordinarias propiedades mecánicas, térmicas, químicas, ópticas y eléctricas: la fabricación de películas delgadas semitransparentes, altamente conductoras, flexibles y de cromatismo variable -con una apariencia similar al vidrio teñido-  a partir de nanotubos metálicos. El artículo, aparecido en Euroresidentes.com y previamente en Nanowerk.com relata la previsible repercusión del descubrimiento en productos de alta tecnología como células solares y monitores de pantalla plana de nueva generación. Entre las diversas aplicaciones que los nanotubos de carbono han inspirado se encuentran conectores, soportes catalíticos, transistores, puertas lógicas, fuentes de emisión de campo, emisores de infrarrojos, biosensores, sondas de escáneres, dispositivos nanomecánicos, refuerzos mecánicos y elementos de almacenamiento de hidrógeno. También hay que señalar, y además con una importancia relevante, las recientes láminas conductoras transparentes basadas en nanotubos de carbono. Los conductores transparentes son materiales ópticamente transparentes y eléctricamente conductores, por lo que son utilizados frecuentemente como electrodos en monitores de pantalla plana, pantallas táctiles, células solares e iluminación de estado sólido. El aumento en la demanda de dispositivos energéticamente eficientes y fuentes de energía alternativas produce un aumento paralelo de la demanda de láminas conductoras transparentes. Sin embargo, hasta ahora el óxido de estaño e indio (ITO) era el material más utilizado para las aplicaciones conductoras transparentes y debido a la escasez de materia prima los costes se han incrementado de forma considerable en los últimos cinco años. Además de este inconveniente económico, el óxido de estaño e indio tiene una optimización óptica limitada y una pobre flexibilidad mecánica, lo que dificulta su utilización en algunas aplicaciones como los diodos orgánicos emisores de luz (OLED) y dispositivos fotovoltaicos orgánicos.

Emisión de luz en pantalla OLED:

Los investigadores del equipo de Northwestern University han logrado producir nanotubos de carbono con propiedades ópticas y eléctricas uniformes identificando un conductor transparente alternativo mediante una técnica conocida como ultracentrifugación en gradiente de densidad de los nanotubos de carbono. Este proceso produce películas delgadas de elevada pureza con una conductividad hasta diez veces mejor en comparación con los materiales de nanotubos de carbono que se venían utilizando hasta hoy. Por otra parte, el proceso de ultracentrifugación en gradiente de densidad permite ordenar los nanotubos según sus propiedades ópticas, lo que posibilita el cromatismo de las láminas resultantes. El resultado visual es una apariencia de vidrio teñido pero, a diferencia de éste, las láminas obtenidas son un conductor eléctrico excelente y flexible, lo cual  propicia su utilización en aplicaciones fotovoltaicas y electrónicas flexibles, como los monitores del futuro.

La tecnología OLED (Organic Light-Emitting Diode) aplicada a los monitores de pantalla plana se encuentra actualmente en desarrollo y su lanzamiento comercial está previsto en los próximos años. Este tipo de diodo se basa en una capa electroluminiscente formada por una película de componentes orgánicos que reaccionan a la estimulación eléctrica, generando y emitiendo luz por sí mismos. Según las estructuras, materiales y componentes orgánicos utilizados se habla de un tipo u otro de OLED. La principal ventaja de esta tecnología son: menor coste, mayor escalabilidad, mayor rango de colores, mayor contraste y brillo, mayor ángulo de visión, menor consumo, menor grosor y flexibilidad mecánica. Las investigaciones actuales estudian la degradación de los materiales y el aumento de las pantallas, motivos que están provocado el retraso de su aparición en el mercado y, tras las cuales, los dispositivos OLED podrían remplazar tanto la tecnología LDC/TFT como la plasma, y expandirse más aún debido a su flexibilidad mecánica.

Sony empezó a vender los primeros monitores OLED con pantalla de 11 pulgadas en 2007. Ahora mismo se encuentra trabajando en un proyecto conjunto con Sharp, Toshiba, Panasonic (Matsushita) y otras empresas tecnológicas japonesas y respaldado por el gobierno japonés mediante la aportación de 21 millones de euros. El proyecto de investigación, con una duración de cinco años, tiene como meta establecer tecnologías OLED básicas sobre las que trabajar, con el fin de fabricar de forma independiente las pantallas del futuro entre 2015 y 2020.

Por FERNANDO HERNÁNDEZ CÁCERES 

 La demanda de materias primas para satisfacer lo que algunos han llamado revolución nanotecnológica, tales como nanopartículas, nanotubos de carbono, fullerenos o puntos cuánticos ha aumentado exponencialmente en los  últimos años. El abastecimiento de las mismas ha pasado de una escala taller a una escala de producción industrial, lo cual ha hecho que los precios de las materias primas hayan descendido de forma considerable. Por ejemplo, un kilogramo de nanotubos de carbono multicapa costaba decenas de miles de euros hace pocos años, y ahora ese precio ha caído a unos cuantos cientos de euros. La tendencia de este tipo de materias primas es la de convertirse en simples bienes de consumo, siendo ahora una de las principales cuestiones la limitación de los recursos disponibles. Por ejemplo, el indio, utilizado en los monitores de pantalla plana, escasea cada vez más, por lo que la tecnología de óxido de indio y estaño (ITO) empleada en la producción de este tipo de monitores podría encontrarse en un callejón sin salida de cara al futuro. Algo parecido ocurre con los combustibles fósiles y, más concretamente, con el petróleo. Las recientes investigaciones en torno al biodiésel son un ejemplo de cómo la escasez de las materias primas obliga a la sociedad a avanzar en otra dirección. En el caso del biodiesel, por sí solo no soluciona el problema de la contaminación, y además su producción entra en conflicto con la producción alimentaria, de modo que a día de hoy estaríamos solventando un problema para crear otro aunque, y como muestra este artículo del blog, se está desarrollando biodiésel a partir de aceites animales y vegetales ya usados. En la naturaleza existen cantidades ingentes de materiales útiles y desaprovechados. Algunos, como las rocas y piedras, podrían cumplir un papel relevante en el campo de la nanotecnología. En este sentido, investigadores de Alemania han descubierto que la utilización de algunas nanoestructuras naturales presentes en rocas volcánicas se pueden emplear en la síntesis de nanomateriales y en la catálisis productora de butadieno y estireno. "El mensaje clave de nuestro trabajo es la utilización de partículas de óxido de hierro abundantes en minerales como catalizadores naturales para la formación de nanotubos, sin tratamiento previo de la lava; y el uso de compuestos de nanofibras de carbono como catalizadores, también sin tratamiento previo". El doctor Dang Sheng Su afirma que han demostrado un comportamiento correcto y estable del compuesto sintetizado en reacciones catalizadas. Debido a que el hierro existe en un gran número de minerales, arcillas y tierras, incluso en plantas, se abriría una nueva era para la producción económica de CNTs (nanotubos de carbono) inmovilizados y se extendería la aplicación potencial de CNTs, debido a su bajo coste, a otras áreas como la catálisis. Dang Sheng Su, un científico del Fritz Haber Institute of the Max Planck Society en Berlín, Alemania, junto con colegas de su instituto y miembros del Laboratorio de Física Molecular del Instituto Rudjer Boskovic de Zagreb, Croacia, han publicado sus descubrimientos en la edición online de Advanced Materials del 27 de agosto de 2008 bajo el nombre "Nanocarbonos de Lava-Monte-Etna para reacciones de dehidrogenación oxidativa". Además, trabajos anteriores de Dang Sheng Su abarcan la utilización de lava como soporte y catalizador de la síntesis de CNT y CNF (Nanofibra de carbono). En sus últimos experimentos, los investigadores encontraron la producción de CNT altamente eficiente, en escala de laboratorio, sin tratamiento químico previo de la piedra volcánica destrozada: 1.05 gramos de nanocarbonos pueden ser inmovilizados en 0.2 gramos de lava. La inmovilización de CNTs/CNFs sobre minerales sin preparación previa es "muy motivadora" en palabras de Su, ya que CNTs y CNFs son catalizadores altamente activos en reacciones químicas. En cualquier caso, los problemas técnicos, como puntos calientes o descensos de presión en un reactor, inducen el descenso de la reacción catalizadora, lo cual podría ser evitado mediante la inmovilización de nanocarbonos sobre el soporte. Por otra parte, la sintetización de CNTs y catalizadores para reacciones químicas en un paso y utilizando abundantes y naturales catalizadores reduciría drásticamente los costes de producción de CNTs.

En reacciones de prueba, los científicos de Max Planck eligen la dehidrogenación oxidativa de hidrocarbonos (ODH), esto es, la producción de butadieno a partir de 1-buteno, y estireno a partir de etilbenceno. La reacción posterior es una de los diez procesos de química industrial más importantes del mundo. El profesor Su indica que para una reacción 1-buteno a butadieno se observa una conversión de 1-buteno que llegue al 65% al comienzo de la reacción, mientras que esta cantidad aumenta y se estabiliza hasta el 80% tras diez horas. Después del periodo de activación se obtiene un betadieno estable de más del 50%. Para la producción de estireno a partir de etilbenceno, el ratio de conversión del etilbenceno se estabiliza en torno al 30% después de un breve periodo de desactivación al comienzo de la reacción; se logra una alta selectividad del estireno de más del 85% dado un campo de estireno del 25% aproximadamente. La lava pura no muestra ninguna reactividad significativa en la reacción de la muestra. Además, los científicos han descubierto que el ratio de reacción es mucho más acelerado cuando se usan CNTs, indicando la ventaja de CNTs inmovilizados para la catálisis. De forma similar, el ratio de reacción para el etilbenceno a estireno sobre CNTs inmovilizados es también mayor que cuando sólo se utilizan CNTs sueltos. Adicionalmente, el ratio de reacción obtenido para esta reacción es también superior que el de los catalizadores estudiados hasta la fecha. Aunque se trata de pruebas, parece que los catalizadores híbridos de carbono como los utilizados por los científicos de Max Planck tienen potencial para competir con los sistemas optimizados industrialmente y, más generalmente, que los abundantes materiales naturales desaprovechados pueden ser materiales útiles para la química, las catálisis y la nanotecnología.

Uno de los máximos exponentes de la marca Pininfarina (famosa por sus diseños de carrocerías para marcas como Ferrari), el italiano Leonardo Fioravanti, ha presentado un nuevo vehículo en el que una de las mayores novedades es la falta de limpiaparabrisas. El hecho de que no se incluyan estos dispositivos, presentes en los automóviles desde hace 100 años, estriba en que se ha incoroporado un parabrisas muy novedoso formado por cuatro capas y diseñado con ayuda de la nanotecnología. Este parabrisas incorpora 4 capas con funcionalidades muy bien definidas. La primera y más externa, evita que se adhieran las gotas de agua, es decir repele el agua que cae sobre ella, además de ser un filtro solar. En la segunda capa se ha incorporado un compuesto de nanopartículas que "expulsa" las moléculas de polvo que se depositan sobre el cristal. La tercera capa es básicamente un sensor que activa la segunda cuando la suciedad y el polvo se depositan sobre ella. Y finalmente la última capa es una capa conductora de electricidad que proporciona energía al resto de la estructura. 

Por Joaquín Díaz  

 En uno de las primeras contribuciones en el blog de nanotecnología encontramos una pregunta que aun hoy, dos años más tarde, sigue teniendo interés: ¿Realmente estamos hoy en día encaminados hacia el final de la ley de Moore? (ver post original). La respuesta a esta pregunta es que parece ser que no. Si bien es verdad hemos tenido que variar un poco el rumbo haciendo uso de nuevos materiales. Miremos unos años atrás para comprender mejor el presente:

   La carrera por la miniaturización había llegado al límite en una parte esencial de los transistores: la capa de dióxido de Silicio (SiO₂) que actúa como aislante dieléctrico entre la Puerta y el Canal por donde circula la corriente cuando el transistor se encuentra encendido. Cada nueva generación de microprocesadores había permitido disminuir el grosor de dicha capa aislante, pero con el empleo de la tecnología habitual de SiO₂ la posibilidad de reducir el tamaño de los transistores estaba llegando a su límite debido al mayor consumo de energía y generación de calor que se presentan a medida que los tamaños alcanzan niveles atómicos, ya que cuando la capa aislante se hace más fina aumenta la corriente de fuga y disminuye el rendimiento del transistor (se habían llegado a alcanzar los 1.2 nm de espeso, es decir 5 capas atómicas, pero con rendimientos muy bajos debido a la alta corriente de fuga, a pesar de su alta velocidad de procesamiento).

   El problema se consiguió resolver empleando otro material para elaborar dicha capa aislante. Así, en Enero de 2007, Intel anunció que, por primera vez en 40 años, dejaba de utilizar SiO₂ para fabricar la capa aislante entre la Puerta y el Canal, y que pasaba a emplear un nuevo material basado en el � xido de Hafnio (HfO₂), con alta constante dieléctrica (κ), que reduce la corriente de fuga a un 10% de la del SiO₂ e implementado mediante técnicas de deposición molecular en vacío, en vez de las técnicas de litografía de inmersión utilizadas en la tecnología anterior. Sin embargo, el nuevo material resultó ser incompatible con la Puerta del transistor, de modo que los primeros transistores que utilizaban el nuevo material aislante ofrecían un rendimiento por debajo del que proporcionaban los antiguos basados en la tecnología del SiO₂. La solución a este nuevo problema fue utilizar también un nuevo material para la Puerta: una combinación de diferentes materiales metálicos que Intel aún mantiene en secreto.

   La combinación de los nuevos materiales del aislante dieléctrico entre la Puerta y el Canal, y de la propia Puerta, proporciona un incremento de más del 20% en el flujo de corriente y permite obtener transistores con una corriente de fuga muy baja, así como un mayor rendimiento del consumo de energía de los mismos. Además, para aumentar aún más el rendimiento y reducir el consumo de energía, en los nuevos microprocesadores se utilizan, para las interconexiones, conductores de cobre "low κ" (con baja constante dieléctrica).

   Como resultado de estas innovaciones tecnológicas, en Noviembre de 2007 Intel introdujo en el mercado su nueva generación de microprocesadores, los llamados Intel® Core^TM , que utilizan estos nuevos materiales y han sido desarrollados con una tecnología de 45 nm de aislante entre la Puerta y el Canal (con una longitud del Canal de 20 - 30 nm), y contienen 820 millones de transistores por circuito integrado, lo que comparado con el proceso de fabricación anterior, tecnología de 65 nm de aislante entre la Puerta y el Canal, y una longitud del Canal de 30 - 35 nm, ha permitido casi duplicar la cantidad de transistores presentes en la misma superficie, con un ahorro del 30% del consumo de energía.

Y en el futuro inmediato ¿se seguirá cumpliendo la Ley de Moore?

Actualmente Intel está trabajando en una nueva generación de microprocesadores elaborados con una tecnología de 32 nm de aislante entre la Puerta y el Canal (con una longitud del Canal de unos 15 - 20 nm), y que contendrán más de 1,900 millones de transistores por circuito integrado (es decir, más del doble de los que contienen los actuales), esperando comercializarlos para el 2009. Para el 2011 tiene en proyecto introducir una nueva generación, fabricada con una tecnología de unos 22 nm de aislante y una longitud del Canal de sólo unos 10 nm, de modo que la nueva tecnología, basada en el � xido de Hafnio (HfO₂) para fabricar la capa aislante entre la Puerta y el Canal, permitirá confiar en el cumplimiento de la Ley de Moore durante, al menos, una década más.

   La hoja de ruta de Intel apunta a que a partir de 2013 - 2015 se empezarán a desarrollar los transistores de tecnología III-V, que se aplicarán en dispositivos tales como amplificadores de potencia inalámbricos de alta ganancia a frecuencias de 5 GHz y superiores, lo que permitirá presuponer el cumplimiento de la Ley de Moore durante otra década más, hasta que se desarrolle la siguiente revolución tecnológica (¿transistores de tecnología tridimensional?, ¿transistores formados por nanohilos de Silicio o por nanotubos de Carbono?, ¿transistores monoelectrónicos (SET - Single-Electron Transistor) que operarán con el flujo de un sólo electrón?, ¿transistores basados en los estados de los espines de los elementos magnéticos de la Tabla Periódica?, ¿transistores basados en los estados electrónicos fuertemente correlacionados de los elementos de las Tierras Raras Lantánidas?, …).