Archivo de enero, 2009

Nanomáquina de ADN para construir polímeros (Parte II)

Por: Jorge Cazallas 

¿Cómo es realmente el PX-JX2?

El aparato de Seeman mide 110 x 30 x 2 nanómetros y contiene dos aparatos ADN PX-JX2 que adoptan uno de dos estados estructurales dependiendo de cuál de los dos ADN atan sus hebras al aparato. Seeman y su compañero Shiping Liao añadieron más hilos de ADN para constituir el estado de cada uno de los aparatos PX-JX2. Luego añadieron moléculas de ADN DX que ofrecieron componentes para el producto final y actuaron como adaptador entre estos componentes y el aparato.

De esta manera, los científicos utilizaron la máquina para crear una de cuatro secuencias específicas de ADN o moléculas de producto. Aunque en este caso el equipo de investigadores decidió prototipar el aparato, podría también montar otras moléculas de producto.

La nanomáquina es parecida a una hebra de ARNm, que dirige la síntesis de una cadena polipeptídica particular en un organismo, según su composición. Con una diferencia importante. A diferencia de una ribosoma, el aparato de Seeman no puede translocalizar. Como consecuencia, solo puede crear productos que tienen más o mismo un tamaño parecido.

En la imagen de más abajo tomada con ayuda de un icroscopio de fuerzas el dispositivo y en la parte superior un esquema de lo que se esta viendo. Todo esta formado por ADN. Las cinco formas de diamantes están etiquetadas con números romanos y la parte de unión entre ellas están con números normales. La doble hélice del eje central entre el diamante I y doble diamante II-III y entre el otro doble diamante II-III y el IV-V esta el dispositivo programado por las señales de ADN. Si el dispositivo de la izquierda esta sólo y el de la derecha no, los puntos de unión serán el 1 y 2 en la izquierda y 4 y 7 en la derecha.

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Nanomáquina de ADN para construir polímeros (Parte I)

Por: Jorge Cazallas

     Investigadores de la Universidad de Nueva York han fabricado un aparato nanomecánico derivado de ADN que sintetiza distintos productos según su configuración. El aparato podría tener utilidades para la creación de polímeros "de diseño" con la encriptación de datos o como un componente de variable input para la computación basada en ADN.

  Según declaraciones realizadas en un artículo de nanotechweb por Ned Seeman, director del equipo de investigación de la Universidad de Nueva York, este es el primer sistema de traducción basada en un aparato nanomecánico rotario. "Es un prototipo de la transformación de un tipo de información en otro tipo de información. Supone un gran avance en nuestra capacidad de controlar la estructura de la materia a escala nanométrica".El profesor Seeman explica un ejemplo del invento: "Nuestro dispositivo el PX-JX2 es una robusta secuencia-dependencia de nanomáquina de ADN. Esta es controlada por la estructura añadiendo bases complementarias de ADN".

     Seeman y sus colegas tienen previsto el uso de un par de esos dispositivos en la construcción, que convierta la secuencia de ADN en instrucciones de ensamblaje de polímetros ("trasladar las señales de ADN a instrucciones de ensamblaje de polímetros"). Recientemente han desarrollado un aparato que podría hacer posible usar una variedad de estos dispositivos como brazos robóticos. "Una serie de operaciones para estos dispositivos pueden ser efectuadas por la adición de hebras de la estructura". Seeman explica: "No obstante, un tipo más general de control incluiría la habilidad a responder a señales generadas dentro de la solución. Por ejemplo, esas señales podrían informar sobre condiciones de dentro de la estructura del ADN, como la transcripción lógica de los circuitos. La presencia de estas señales harían posible al sistema responder a ciertas condiciones, cada una activarían movimientos nanomecánicos".

 

Artistic rendering by Ken Eward of a DNA truncated octahedron constructed in this laboratory   Ned Seeman

El primer físico cuántico: Albert Einstein

Por Anahí Martínez López

Me ha parecido interesante escribir sobre Albert Einstein y su relación con la física cuántica y la nanotecnología.

Albert Einstein

Creo que la mayoría de las personas (incluída yo hasta hace poco), somos conscientes de que Einstein hizo grandes trabajos para el desarrollo de la física, lo que a la mayoría de las personas se nos escapa, es que Einstein fue el primer físico cuántico.

Para entender un poco la relación que tiene Einstein con la nanotecnología y la física cuántica actual, debemos conocer un poco de la historia de la física.

Todo comienza cuando, en 1900, Max Planck llegó a la conclusión que "todo cuerpo caliente emite luz a una determinada frecuencia ( o color ) en porciones indivisibles" a las que denominó cuantos. Planck introdujo entonces la conocida constante h, introduciéndola en sus ecuaciones para que los resultados fueran correctos, pero sin entender para qué servía. Es entonces cuando aparece en escena Albert Einstein, quiqn, basándose en los resultados de Planck, pudo "descifrar" lo que significaba esta constante. Einstein postuló, a raíz de las observaciones de Planck, que la luz, en lugar de fluir en forma de onda continua de energía (como se había creído hasta entonces) viajaba en paquetes o cuantos de luz. Esto quiere decir que la luz no se transporta de forma continua, sino que se comporta de manera discreta. Para los científicos de la época era "muy duro" admitir esto y Einstein obtuvo muy poco apoyo por parte de los científicos de su tiempo.

Posteriormente desarrolló su teoría sobre el efecto fotoeléctrico, que consiste en suponer que la luz se comporta como un haz de partículas y cuando así lo hace, las partículas que componen este haz de luz arrancan electrones al incidir sobre un metal.

Einstein también concluyó que al aumentar la intensidad de la luz incidente, aumentaba el número de electrones expulsados del metal, pero no la velocidad de éstos.Sólo se puede cambiar la velocidad de los electrones si se cambia el color de la luz que ilumina el metal (es decir, si cambiamos la frecuencia de la emisión de luz o la longitud de onda).

Es necesario aquí introducir la "hipótesis cuántica" que formularé de la siguiente manera, tal y como la formuló Einstein en su tiempo: "La energía de la radiación electromagnética de una determinada frecuencia está discretizada en paquetes elementales de energía llamados cuantos de energía, cuyo valor es E = hf". Importantísimo destacar que la hipótesis cuántica contradice las Leyes de Maxwell, ya que éstas hacen una descripción continua, no discreta, de la materia.

Las aplicaciones del efecto fotoeléctrico son numerosas, de hecho, la mayoría de los aparatos que funcionan con un haz de luz están basados en el efecto fotoeléctrico. Éste está presente en los instrumentos que encienden el alumbrado público, en las fotocopiadoras, en el instrumento que determina el tiempo de exposición en las placas fotográficas, en los fotomultiplicadores, etc…

Einstein era un gran físico, pero no sólo eso…dio el primer paso para que las generaciones futuras se preguntaran: ¿la constante de Plank, hay que introducirla como mero "parche matemático" para que los cálculos salgan bien,o tiene algún otro sentido que desconocemos hasta ahora? Y a partir de esta pregunta, señores, se desarrolló todo lo que hoy conocemos como física cuántica, mecánica cuántica y la nanotecnología…

Albert Einstein obtuvo el premio Nobel de Física en el año 1921, por su explicación del efecto fotoeléctrico y sus numerosas contribuciones a la física téórica y no por su teoría de la Relatividad, ya que en esa época se consideraba muy controvertida por parte de muchos científicos… Y desde luego, el efecto fotoeléctrico es un experimento que revolucionó y puso en duda la validez de muchas de las ideas físicas que se habían defendido durante mucho tiempo, dando lugar a una nueva física, la física cuántica, y todas sus aplicaciones tecnológicas posteriores, como es la "nanotecnología".

http://www.astromia.com/biografias/planck.htm

http://www.astrocosmo.cl/biografi/b-a_einstein.htm

http://es.wikipedia.org/wiki/Albert_Einstein

http://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_fotoel%C3%A9ctrico

http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/19/htm/sec_12.htm

http://es.wikipedia.org/wiki/Cuanto

El sueño de una turbina personal

Por JORGE CAZALLAS

    Durante la última década, investigadores del MIT han trabajado en el proyecto de desarrollar una micro turbina. Esta nueva turbina permitirá desarrollar baterías más pequeñas y potentes. Además podría servir como la base de motores diminutos con múltiples aplicaciones. En un futuro más lejano se dispondrá de hidrógeno como combustible para este tipo de motores obteniendo así una energía limpia, silenciosa y barata.

 Como se puede leer en este enlace, la historia de las turbinas comienza a principios del siglo veinte. En 1903 Aegidus Elling llegó a ser la primera persona en construir con éxito una turbina a gas que producía una gran potencia. Desde entonces se han ido desarrollando y buscando nuevos usos a este invento, desde motores para aviones, tanques, barcos, trenes y una gran lista interminable. Pero el deseo de hacer las cosas cada vez más pequeñas llevo al IHI Aerospace en Japón a desarrollar un generador pequeño que se podía transportar, llamado Dynajet 2.6, el cuál produce 2.6KW y tiene un peso total de 67Kg. También investigadores del instituto federal de tecnología suizo (ETH Zurich) desarrollaron una micro turbina de varios centímetros capaz de producir por encima de los 100 vatios de electricidad en un periodo de varios días. Empujados a llevar más allá esta tecnología, investigadores del MIT desarrollaron en 2007 la construcción por partes de una turbina de un tamaño de 1 mm. No obstante debe ser difícil ver algún parecido entre un gigante como el es GE90 y el milimétrico motor desarrollado por el MIT. El proyecto del MIT comenzó a mediados de los noventa, cuando el profesor de aeronáutica y astronáutica Alan H. Epstein consideró la posibilidad de crear una turbina personal, la cuál fuera capaz de proporcionar toda la demanda eléctrica que necesita una persona de la era moderna, justamente como una gran turbina puede proporcionar la electricidad que demanda una pequeña ciudad.

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   Esta micro turbina tiene los mismos componentes que una gran turbina convencional, pero su tamaño requiere una tecnología de fabricación diferente. Según el profesor Epstein, el diseño milimétrico tiene mucho en común con el diseño de una turbina de tamaño común, incluyendo los mismos problemas básicos, como puede ser el "stress mecánico". Sin embargo, en ocasiones el diseño de una micro turbina presenta ventajas, y es más sencillo que la convencional, eliminándose por ejemplo los problemas de doblado como ocurren en los grandes motores. Tampoco el "stress térmico" es problema para estos tamaños milimétricos. Sin embargo, aún debe estudiarse qué ocurriría si se redujese aún más el tamaño de estas turbinas, hasta intentar fabricar "nanoturbinas".

   La tecnología de fabricación de la turbina milimétrica está basada en las mismas técnicas de fabricación empleadas en el diseño y fabricación de dispositivos basados en materiales semiconductores, ofreciendo menor coste de producción y permitiendo una producción a gran escala.

Un nuevo recubrimiento antirreflector

Por ANA C. MONTES

   Recientemente un grupo de investigadores ha creado un recubrimiento antirreflector que permite que la luz viaje a través de él, pero apenas nada de ella rebote en su superficie. Este recubrimiento es al menos 10 veces más efectivo que el recubrimiento de las gafas de sol o  los monitores de ordenador. Está fabricado a partir de "nanorods" de sílice y puede usarse para canalizar la luz hacia células de energía solar. El descubrimiento realizado por un equipo del Instituto Politécnico Rensselaer de Troy, N.Y., fue publicando en "Nature Photonics" el pasado 1 de marzo, 2007. En este artículo revelan cómo elaboraron el recubrimiento, que refleja casi tan poca luz como las moléculas de aire. Dirigidos por el ingeniero eléctrico Fred Schubert de la "National Science Foundation", los investigadores desarrollaron un proceso basado en un método ya conocido para depositar capas de sílice. Este método permite colocar estratos de "nanorods" que se sitúan en un mismo ángulo (determinado por la temperatura). En un microscopio, la imagen se parece a unas diminutas secciones de una alfombra.

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    Colocando múltiples capas, cada una en un ángulo diferente, los investigadores consiguen crear una película delgada que es capaz de absorber la luz excepcionalmente. Con las capas adecuadas en la configuración correcta, los investigadores creen que incluso podrán crear una película que no reflejase la luz en absoluto. Una aplicación importantísima para este material está en el desarrollo de células solares de nueva generación. Impidiendo la refracción, el recubrimiento permitirá absorber más luz, y en un mayor rango de longitudes de onda. Los ingenieros podrán usar esa técnica para aumentar la cantidad de energía solar que podrá absorber una célula, sobrepasando así los límites actuales de eficiencia. Otra aplicación sería recubrir LEDs para eliminar reflejos que reducen la cantidad de luz que el LED puede emitir. Los investigadores esperan que las mejoras en eficiencia puedan hacer que las fuentes de energía lumínica puedan competir con más eficacia contra las bombillas fluorescentes e incandescentes.

    Está investigación ha recibido un premio de la National Science Foundation, cuya presentación y descripción puede encontrarse aquí.

¿LA NANOTECNOLOGÍA “CASA” CON EL EJERCITO?

Por ANTONIO CASTILLO

    La presentación de este escrito me surgió después de leer el artículo de un ponente de este mismo blog, en el cual abogaba por la posible peligrosidad que pudiera tener "el mundo nano" con la humanidad, si ésta caía en malas manos. Buscando información relacionada con este tema, encontré que verdaderamente la nanotecnología empieza a estar íntimamente relacionada  con el mundo de las fuerzas armandas, y del ejército. La nanotecnología podría llegar a transformar el arte de la guerra tanto como lo hizo en su momento la invención de la pólvora. El ejército estadounidense está convencido de que así ocurrirá y piensa equipar a sus hombres para ello.

    En 2002, el ejercito de los Estados Unidos estableció con el ISN del MIT (Massachusetts Institute of Technology) un contrato de 5 años de 50 millones de dólares dedicado a las investigación en nanomateriales y nanotecnología. El ISN está trabajando con el profesorado y estudiantes de muchos departamentos para revolucionar y avanzar en la protección y supervivencia de los soldados, produciendo historias de éxito en este cometido. Investigadores del MIT dirigido por el professor Yoel Fink han utilizado la nanotecnología para combinar unas capas muy finas de dos materiales distintos, una capa de plástico y otra de cristal, obteniendo como  resultado una nueva fibra que puede reflejar toda la luz que brille sobre ella, pudiendo cambiar su color. El ejercito de los Estados Unidos pretende utilizar este avance para crear códigos de barra ópticos que permitirá distinguir a compañeros del mismo contingente durante la noche.

La investigación de un extraordinario material llamado "buckypaper", el cual se encuentra constituido por nanotubos, está llegando a su fruto. Consiste en un material que es más ligero que el acero, pero 250 veces más fuerte. Además este material posee asombrosas propiedades que lo hacen altamente conductor del calor y la electricidad. El ejercito de los Estados Unidos ha mostrado un gran interés en las aplicaciones militares del "buckypaper", de hecho el Army Research Lab ha concedido recientemente a este grupo de investigación una ayuda de 2,5 millones de dólares, que se une a la concedida por Air Force Office of Scientific Research de 2,2 millones de dólares. Este uniforme también podrá curar posibles hemorragias, fracturas o infecciones hasta que los sanitarios lleguen.

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    Científicos israelíes especializados en nanotecnología están desarrollando armas en miniatura para "resolver" el problema de los cohetes «Qassam», porque como dice el exprimer ministro israelí, Ehud Olmert, no existen «soluciones mágicas» para detener el lanzamiento de los misiles palestinos. Israel pretende afinar su estrategia y diseñar un nuevo armamento con nanotecnología para combatir casa por casa con ingenios minúsculos capaces de perseguir, grabar y matar.

    La nanotecnología es tan importante porque podría tener el potencial para resolver muchos de los problemas de la humanidad, pero si esta empieza a ser utilizada para beneficio propio y lo que es peor para intentar ser más fuerte que otro, su potencial será la de crear problemas a la humanidad. Todo depende de nosotros, LOS HUMANOS, seres tan imperfectos como ventajosa es la nanotecnología.

Otros enlaces de interés:

http://www.clarin.com/suplementos/informatica/2007/03/07/f-00701.htm

http://axxon.com.ar/not/168/c-1680109.htm

http://www.euroresidentes.com/Blogs/noticias/2005/10/buckypaper-un-material-muy-especial.html

http://www.etcgroup.org/upload/publication/224/01/nr_nanotec_un_pequeno.pdf