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La nanotecnología llega al carrito de la compra

Por Gurkhy

La Nanotecnología, nuestro superhéroe favorito, se enfrenta a una nueva misión: la comida; y para superarla debe vencer a un enemigo nada duro de roer: el consumidor.

El consumidor habitual, los hombres y mujeres que pueblan los supermercados no están familiarizados con el lenguaje ni los entresijos de la ciencia. Cuando necesitan pan, piensan en harina y agua y ni pueden llegar a imaginarse a miles de nanocápsulas de aceite de pescado “viviendo” en una rebanada de Bimbo.

Por eso los estudios ahora se enfocan en dos direcciones. Primero, desarrollo de nanopartículas en la alimentación, y segundo, asegurarse de que los consumidores entienden las ventajas del producto, algo que une estrechamente la ciencia con el marketing.

Según el estudio realizado por M. Siegrist del Institute for Environmental Decisions (Zurich) y sus colaboradores de otras instituciones Suizas, el problema se puede explicar a través del siguiente esquema:

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Es decir, la percepción que el consumidor tiene de las nanopartículas en la alimentación afectará al beneficio que percibe de estos productos y también al riesgo. De ambas cosas depende su predisposición a consumir este tipo de artículos.

Por eso la “educación” del futuro cliente es fundamental. Las empresas que están invirtiendo en esta rama de la nanotecnología deben asegurarse de que entienden correctamente las ventajas e inconvenientes, y eliminar los rumores infundados aportando mucha información, o se arriesgan a perder una cantidad de dinero importante. Un ejemplo lo tenemos en Supermercados Eroski, que informan a sus clientes sobre estos avances a través de su newsletter .

Algunos ejemplos sobre la aplicación de la nanotecnología a la industria alimentaria

Por Gurkhy

La nanotecnología está presente en nuestra vida diaria de una manera mucho más importante de la que imaginamos. Prueba de ello es el artículo elaborado por el departamento de Ciencia alimenticia y Biotecnología de la Universidad Chung Hsing (Taiwan) y divulgado por la publicación  “Trends in food Science & Technology ”, que da cuenta de algunas de las aplicaciones de esta rama de la ciencia en un sector tan fundamental como el de la alimentación.

En concreto, se enumeran usos en hasta cuatro ámbitos diferentes:

Procesamiento de comida:

  • Diseño de colores y sabores: ¿Cómo hacer un zumo más sabroso o más atractivo a los ojos del consumidor? Añadiendo nanocápsulas que luego estallan. En este caso la clave es saber cuáles deben estallar, cuándo y con qué frecuencia, para que la mezcla de colores sea la deseada y no nos encontremos con un batido de color sospechoso y sabor extravagante…
  • Purificación de agua: Con la ayuda de nanomembranas. Eso favorecería especialmente a los países en desarrollo, ya que la desalinización y el reciclaje del agua serían mucho más baratos con esta técnica según han demostrado científicos de la Universidad de California con el diseño de una membrana que necesita menos energía para que el agua sea bombeada a través de ella.
  • Desarrollo de hierbas medicinales: Extracción de los principios activos de las plantas medicinales y encapsulación de los mismos.
  • Refinar el aceite usado: Un nanodispositivo catalítico consigue refinar el aceite ya usado para freír.
  • Proteínas de leche: La alfalactoalbúmina, una proteína de la leche, permite formar nanotubos para la nanoencapsulación de moléculas que se quieran incorporar a algunos alimentos, como por ejemplo las explicadas en los puntos anteriores. También se pueden utilizar para hacer gelatinas, soluciones viscosas, etc.
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Envasado de comida:

  • Plata, TiO2, SiO2: Se pueden añadir nanopartículas de estos elementos en los materiales de envasado para incrementar la resistencia al calor, proteger los alimentos de los microbios, de la luz ultravioleta. También pueden hacer los materiales más o menos permeables.
  • Nanocompuestos de nylon: Se utilizan para botellas de cerveza y otras bebidas alcohólicas. Su objetivo es evitar que se evapore y conservar su frescura.

Nutraceutical delivery:

  • Introducción de nanopartículas como antioxidantes o carotenoides en el agua y en los zumos.
  • Nanocápsulas utilizadas para el transporte de vitaminas, minerales y aceites esenciales, y el encapsulamiento de las mismas para protegerlas y preservar el sabor de los alimentos.

Seguridad y detección:

  • Un nanocantilever recubierto de proteínas, que por naturaleza vibra a una determinada frecuencia, es una nueva clase de sensor de silicona extremadamente pequeño para la rápida detección de virus y bacterias. Cuando una bacteria llega al dispositivo, éste comienza a vibrar con una frecuencia distinta, lo que facilita su localización.

BACTERIAS QUE SINTETIZAN NANOPARTÍCULAS

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.

Bacterias que sintetizan nanopartículas 1

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.

Bacterias que sintetizan nanopartículas 2

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

NANOPARTÍCULAS EN LA ALIMENTACIÓN

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.

Nanoalimentos

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

NANOTUBOS DE CARBONO COMO BIOSENSORES DE FÁRMACOS DE CÁNCER (II)

Por Elisa García-Tabarés Valdivieso

Mediante la utilización de biosensores, un grupo de científicos norteamericanos ha conseguido quemar células cancerígenas en cultivo gracias a la creación de una molécula híbrida en la que se combinaron nanotubos de carbono con anticuerpos especializados en la búsqueda de tumores.

Una vez que estas moléculas híbridas alcanzan las células tumorales, y se adhieren a ellas, se les aplica una radiación infrarroja para calentar los nanotubos y que éstos quemen, con su calor, las células enfermas.

Los resultados han sido muy exitosos y suponen un paso adelante en el desarrollo de terapias de nanotecnología, que se cree que, en el futuro, podrán revolucionar la medicina.

Dichos nanotubos son estructuras tubulares, cuyo diámetro es del orden de un nanómetro (milmillonésima parte de un metro). Según han publicado los investigadores en un artículo aparecido en la prestigiosa revista Proceedings of the National Academy of Sciences,  los nanotubos de carbono utilizados son de una sola pared, y emiten calor cuando absorben la energía de la radiación infrarroja cercana.

Los tejidos del organismo son relativamente transparentes para este tipo de radiación, lo que llevó a los científicos a dirigir los nanotubos de carbono hacia las células cancerígenas (gracias a los anticuerpos monoclonales), para a continuación someterlos a una exposición no invasiva a la radiación infrarroja (infrarrojo cercano, 0,78-1,1 µm), se podrían eliminar las células cancerígenas (con el calor que desprendieran los propios nanotubos).

Esta radiación, que es invisible al ojo humano, es la misma que se utiliza en los mandos a distancia de las televisiones, por ejemplo.

La radiación infrarroja cercana puede penetrar los tejidos humanos a una profundidad de 1,30 centímetros aproximadamente.

En cultivos de células cancerígenas de linfoma (de cáncer del sistema linfático), los nanotubos recubiertos con los anticuerpos monoclonales se adhirieron a dichas células cancerígenas. Cuando estas células fueron expuestas a la radiación, los nanotubos se calentaron, generando el calor necesario para quemar las células enfermas y matarlas.

Las aplicaciones biomédicas de las nanopartículas cada vez atraen más la atención de científicos clínicos. Aún quedan grandes obstáculos por superar, como la posibilidad de que los nanomateriales puedan dañar no sólo las células enfermas sino también las sanas del organismo.

NANOTUBOS DE CARBONO COMO BIOSENSORES DE FÁRMACOS DE CÁNCER (I)

Por Elisa García-Tabarés Valdivieso

Una de las grandes áreas del nanodiagnóstico son los nanobiosensores, dispositivos capaces de detectar en tiempo real y con una alta sensibilidad y selectividad agentes químicos y biológicos.

Un biosensor es un dispositivo compuesto por dos elementos fundamentales: un receptor biológico (por ejemplo proteínas, ADN, células,…..) preparado para detectar específicamente una sustancia y un transductor o sensor, capaz de interpretar la reacción de reconocimiento biológico que produce el receptor y traducirla en una señal cuantificable.

El término "nanobiosensor" designa a aquellos biosensores cuyas propiedades vienen moduladas por la escala nanotecnológica con la que están fabricados. Es de esperar que los nanobiosensores tengan una sensibilidad mucho más alta que la de los dispositivos convencionales. Además podrían ser fácilmente introducidos en el interior del cuerpo humano, por lo que podrían proporcionar datos mucho más fiables del estado de salud de un paciente.

Nanobiosensor single olfactory

Dentro de los incipientes desarrollos de nanobiosensores son de destacar los nanobiosensores fotónicos, los basados en nanopartículas de oro o magnéticas, los nanobiosensores tipo FET basados en nanotubos de carbono, los biosensores nanomecánicos tipo MEMS/NEMS, que han surgido como reemplazo de los biochips de ADN, entre los más importantes.

Un modelo empírico de nanotubos para aplicaciones biológicas (y III)

Por Israel Macho Ávila

 

Oscilador ión-nantubo de terahercios 

Estos investigadores descubrieron también un gran ejemplo ilustrativo del efecto de la polarización de los SWNT, que implica el movimiento de un catión K+, dentro de un segmento de SWNT (Fig.3).

 Potential K+ SWNT Figura 3: Potencial de interacción SWNT-K+ y fuerza experimentada por el ión.

La respuesta dieléctrica del SWNT al K+ se computerizó junto con el movimiento del ión. Colocando el ión a lo largo eje largo del nanotubo, examinaron el potencial de la interacción SWNT-K+ (Fig. 3a), (la discusión es algo densa, por lo que os remito al artículo original para más detalles), encontrando cómo los potenciales determinan el acceso, retención y transporte de nuestro ión K+ por el interior del nanotubo. Este escenario se validó comparando las fuerzas que actuaban en el modelo y en DFT(Teoría Funcional de Densidad).

Por otra parte, al omitir el efecto de la polarización, la fuerza (curva negra en Fig.3), llega a ser mucho más débil.

Para dar fundamento y coherencia teóricos al modelo(fusionar la descripción mecanocuántica de la polarizabilidad del SWNT con el movimiento clásico del K+), las cargas parciales atómicas instantáneas del SWNT se actualizaban constantemente como suma de las iniciales y las inducidas.

Oscillator K SWNT Figura 4: Un ión de potasio oscila dentro de un segmento de SWNT  de 16 Å de largo.

Simularon el complejo de SWNT-K+ empleando el modelo de SWNT polarizable. Tras ser lanzado 1.0 Å(10-10 m) fuera del SWNT con velocidad inicial cero, el ión es atraído por el pozo de potencial y comienza a oscilar. Durante la simulación, el ión completó dos ciclos a 0.43 THz(0.43 · 1012 Hz). El movimiento del ión arrastra los electrones del SWNT para oscilar en la misma frecuencia.

Las oscilaciones del ión y la fluctuación de los electrones del SWNT se muestran en Fig.4 con los carbonos coloreados según sus cargas inducidas (rojo: negativo; azul: positivo). Este nanooscilador de terahertzios podría servir como detector de la onda de THz que puede actuar a temperatura ambiente.

Enlace al artículo: http://www.ks.uiuc.edu/Research/nanotube/

Un modelo empírico de nanotubos para aplicaciones biológicas (II)

Por Israel Macho Ávila

Canal de agua SWNT 

En la Fig.1 se comparan cuatro interacciones de potential, a saber:
(1) UL-J: Potencial de Lennard-Jones;
(2) U0: Energía de interacción estática de Coulomb de las cargas parciales atómicas;
(3) Uind: Potencial de Coulomb de las cargas inducidas;
(4) Utot: Potencial de interacción total.

Interacción agua SWNT  Figura 1: Potencial de interacción entre una molécula de agua y un SWNT (6,6) de15 Å.
El primero es simétrico con un solo pozo de potencial en el centro del tubo, y U0 afecta fuertemente la energía del agua entrando al tubo. A la izquierda en el diagrama, una molécula de agua encuentra un pequeño pozo de potencial seguido de una alta barrera. Experimenta una pequeña barrera y un pozo de potencial al entrar en el SWNT desde la derecha en la orientación fijada, desapareciendo prácticamente el potencial U0 a la mitad del tubo.

Analizando estos potenciales, concluyeron que la transferencia de carga entre el hidrógeno y los carbonos producía sacudidas en el potencial de interacción total que podían retrasar el transporte de las moléculas de agua vía SWNT. Los estudios anteriores indicaron que la corriente está limitada principalmente por las barreras de potencial presentes a la entrada y salida del nanotubo.

Los campos eléctricos externos normalmente se utilizan para aumentar o disminuir el flujo del ión.

Water-SWNT   Figura 2: Electrones del SWNT arrastrados por una molécula de agua que pasa.

Una vista intuitiva del efecto de la polarización del SWNT: La Fig. 2 muestra cómo las cargas inducidas del SWNT van cambiando conforme una molécula de agua pasa a través del nanotubo. El SWNT está coloreado según las cargas inducidas (azul: positivo, rojo: negativa).

Un modelo empírico de nanotubos para aplicaciones biológicas (I)

Por Israel Macho Ávila

Modelo de Nanotubos de Carbono Polarizable

Estudiar los usos biológicos de los segmentos de SWNT (nanotubos de carbono de pared única), como canales moleculares artificiales conductores de agua, protones, iones o polímeros, requiere desarrollar un modelo exacto y eficiente utilizable junto con simulaciones moleculares dinámicas.

Para ello, es necesario considerar la saturación de los bordes, las cargas parciales atómicas y la polarizabilidad (la facilidad de un átomo para ser distorsionado por un campo eléctrico), para obtener una descripción más realista de los SWNT. Los químicamente acortados están saturados en sus extremos abiertos por grupos carboxílo (fragmentos -COOH) que previenen la reconstrucción de la geometría en los bordes del tubo. Por lo que saturar estos bordes parece una solución apropiada para obtener SWNTs de longitud finita.

Por otra parte, podría darse una cantidad significativa de transferencia de carga entre el grupo de la saturación y los carbonos del borde. Por esta razón, las cargas parciales atómicas de la molécula deben determinarse cuidadosamente, siendo también importante incluir la polarizabilidad (o respuesta dieléctrica) en el modelo por ser notable en el caso de SWNTs.

Las investigaciones teóricas revelaron que los nanotubos metálicos pueden proyectar hacia fuera eficazmente potencial coulómbico de largo alcance en dirección axial, mientras que esta proyección es más débil en nanotubos semiconductores.

En publicaciones recientes, estos expertos desarrollaron un modelo semiempírico de SWNT para estudiar sistemas biomoleculares. En este modelo, se saturaron los SWNT con átomos de hidrógeno y las cargas parciales atómicas se parametrizaron para SWNT (6.6) a varias longitudes, calculando la respuesta dieléctrica de un SWNT en base a un modelo auto-consistente de TB. Los resultados mostraban una buena correlación con los cálculos de la teoría funcional de densidad (DFT).

La significación de este modelo se ilustró examinando el potencial de interacción entre una molécula de agua y segmentos cortos de SWNT (6.6), así como la dinámica del complejo SWNT-K+ (nuestro nanotubo ligado a un catión de potasio).

Nanotecnología de nuevos materiales inspirada en la naturaleza

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.

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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.

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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".

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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