Archivo para la categoría 'Nanotecnología y Salud'

Nanocemento y aplicación de nanopartículas de sílice en su composición

Por: J. Hortelano

La construcción ha sido uno de los principales retos del ser humano desde el principio de su existencia, gracias a lo cual, ha sido uno de los campos donde más se ha invertido, lo que le ha hecho evolucionar desde las construcciones más básicas hasta edificios de formas imposibles y alturas impensables.

 Este progreso ha sido capaz gracias al avance de la física y la ingeniería y, con ello, de la aparición de nuevos materiales que han hecho realidad la imaginación de los arquitectos. Materiales que han ido apareciendo y evolucionando, de forma continua, dependiendo de las necesidades y retos que se planteasen. Así el cemento, material que se emplea desde la Antigua Grecia y Roma, ha evolucionado de mano de la nanotecnología mejorando sus prestaciones, coste o impacto ambiental, ya que la fabricación de cemento produce entre el 5% y el 10% del CO2 del mundo. Dentro de la fabricación del cemento, uno de los constituyentes más importantes es la sílice, obtenida de la arena, ya que comprende en torno al 20% de su composición. Pese a ser indispensable para la fabricación del cemento, el polvo producido durante su procesado contiene sílice en forma cristalina, perjudicial para la salud, ya que provoca una grave enfermedad pulmonar conocida como silicosis.

El nanocemento, cemento que contiene elementos constitutivos con dimensiones entre 1 y 100 nm, tiene un amplio campo de estudio ya que se trata de un material poroso donde existen huecos de tamaño nanométricos, en donde se produce el proceso de hidratación e interacción entre componentes para su fraguado. Un nanomaterial correctamente diseñado y desarrollado produce resultados mejores y más económicos que los materiales tradicionales, gracias a la estabilización y refuerzo de la materia a dicho nivel nanométrico. Así, creando una nanopartícula de sílice, la interacción entre ella y la caliza (esencial para el fraguado del cemento) es más rápida y está más controlada, rellenando los poros nanométricos y produciendo una mejor cohesión, convirtiendo las partículas de nanosílice en partículas de nanocemento.

nanocemento

Imágen de microscopía electrónica de nanosílice.                 

La nanosílice es un producto creado y desarrollado por la compañía Cognoscible Technologies  bajo el nombre de “Gaia nanosílice” y que supera con creces las características que se obtenían con las partículas de sílice utilizadas hasta el momento, de las cuales las más importantes son:

· Económicas:

La utilización de nanocemento supone una gran disminución en el coste, tanto en la fabricación como en la utilización.

La fabricación de un nanocemento supone un menor empleo del principal componente del cemento, el clinker, de cómo mínimo un 40% menos, lo que supone un  gran ahorro de recursos. En cuanto al uso, disminuye el empleo de aditivos como plastificantes, endurecedores, etc. ya que la nanosílice confiere dichas características y, gracias a ello, también disminuye la relación agua/cemento.

· Mecánicas:

La nanosílice produce un incremento notable de la resistencia mecánica, sobre todo a edades muy tempranas obteniendo resistencias superiores tanto a tracción como a compresión  frente  a  los cementos clásicos.  Así  se  ha demostrado que lo que antes requería una viga de 2 metros de grosor para aguantar correctamente a los puentes, ahora sólo requiere 75 cm. Si antes había que esperar 28 días para alcanzar altas resistencias, ahora sólo hay que esperar 1 día.

Mejora las características frente al desgaste y una mayor resistencia frente a la aparición de grietas, lo que implica un menos mantenimiento.

Reduce la permeabilidad y porosidad, grandes resistencias químicas y no contiene cloruros ni ningún otro material, lo que le hace ideal para su uso en hormigón armado.

estudio resistencia

Estudio de resistencia a compresión.

· Medioambientales:

Es el aspecto más importante por todo lo que implica pese a la gran importancia de las características mecánicas y económicas. Esto es debido a que los nanocementos reducirán las emisiones de CO2 en su fabricación en un 50% por producirse a temperaturas más bajas que los clásicos. Y durante su utilización, durante el proceso de fraguado, debida a la emisión de oxígeno en lugar de CO2 gracias a la incorporación de picocatalizadores.

Además, al manejar la sílice en forma de nanopartícula, ésta se crea y emplea en dispersión en líquido, por lo que no existe desprendimiento de polvo y por lo tanto no hay peligro hacia la salud de los trabajadores que lo fabrican y manipulan.

La Nanotecnología y algunas aplicaciones deportivas.

Por: Víctor Martín Sanz 

Muchas veces en el deporte a nivel profesional la diferencia entre ser primero o segundo reside en pequeños detalles, pequeños en su tamaño pero ni mucho menos insignificantes. El lema olímpico de los antiguos griegos en latín era “Citius, Altius, Fortius” (Más rápido, más alto, más fuerte). Hoy en día, y gracias a la nanotecnología, en algunos deportes el avance ha permitido que esto sea así y se puedan mejorar registros en numerosas disciplinas como atletismo, natación, ciclismo, golf, tenis, deportes de motor, etc…

Por ejemplo en el atletismo donde se puede pensar que es un deporte donde el cuerpo de cada atleta es lo único importante, puede verse beneficiado por la nanotecnología, como por ejemplo con un nuevo dispositivo que es capaz de medir “in situ” biomarcadores, es decir proteínas que revelan detalles sobre el estado de un cuerpo, que pueden ser claves a la hora de indentificar lesiones o condiciones médicas sobre el terreno y por lo tanto evitar el riesgo de daños a largo plazo a través de mejores planificaciones de entrenamiento y alimentación. Procedimientos similares se usan para la detección y diagnóstico de células cancerígenas.

También la nanotecnología es aplicada a la ropa deportiva incluyendo en ella nanocircuitos de silicio flexibles, transistores capaces de almacenar datos, o incluso de que estos tejidos mediante el uso de nanofibras con huella magnética que, en un futuro, puedan adaptarse mediante un ordenador a cada atleta, la ropa respondería a un estímulo o podría interactuar con la persona que lo llevase para que obtenga mejores resultados.

tejidos inteligentes

Tejidos inteligentes

En natación se usan bañadores de tejidos inteligentes que soportan los rayos ultravioletas, repelen la humedad y quedan totalmente secos con sólo sacudirlos, esto se consigue con un material sintético llamado microfibra, más flexible, ligero y cómodo que la seda, para hacernos una idea la microfibra es 60 veces más fina que un pelo, con la ayuda de la nanotecnología se está desarrollando la ultramicrofibra, un tejido casi sin gravedad que además podría dejar pasar los rayos de sol.

En deportes como el ciclismo también aparece la nanotecnología. Hay equipos ciclistas que ya disponen de bicicletas con estructuras de fibras de carbono que integran matrices de resina reforzadas con nanotubos de carbono, un material ya bueno resulta ser mejorado y proporciona una ligereza, fuerza y resistencia aerodinámica muy superior a anteriores modelos.

Qué decir de deportes como el golf o el tenis, en el primero hay empresas que han descubierto como alterar los materiales de una pelota de golf a nivel molecular para que el peso de dentro se mueva menos mientras gira la pelota. Cuanto menos se mueva, más recto y más lejos viaja.

pelotas inteligentes

Pelotas modificadas mediante técnicas de nanotecnología.

También en las pelotas de tenis donde se consigue aumentar la vida útil de las mismas ya que tardan mucho más en desinflarse.  Y por supuesto influye en estos deportes el tema de palos y raquetas reforzadas, de nuevo, con nanotubos de carbono con lo que se obtiene un objeto mucho más ligero pero más duro y rígido, que dota de una mayor precisión de golpeo al jugador.

En los deportes de motor, la nanotecnología tiene un amplio margen de maniobra debido a la gran cantidad de factores que influyen en el funcionamiento de las máquinas, desde hacer combustibles más eficientes, materiales que friccionen más para hacer más efectivo el uso de los frenos, o menos, para mejorar la aerodinámica, como también en los compuestos de los neumáticos, carrocería y piezas que los unen y todos los detectores de las piezas eléctricas que indican cualquier anomalía en el funcionamiento de la máquina.

Todos estos avances que se usan ya a nivel profesional, según avance la tecnología para su fabricación (hay que tener en cuenta que para poder producir estos objetos a nivel nanométrico es necesario máquinas que trabajen a esa escala) y se abarate su coste, hará que tarde o temprano también los podamos disfrutar los deportistas amateurs en nuestro día a día.

La ciencia y el deporte unidos de la mano.

Nanohilos de silicio: más cerca de los ordenadores cuánticos

Por Ivan Rodríguez Duran

Los nanohilos de silicio son cilindros de silicio con un diámetro típico de unas decenas de nanómetros. Están entre los más prometedores sistemas unidimensionales para futuras aplicaciones en el campo de la nanoelectrónica y ya se ha demostrado la posibilidad de utilizarlos para realizar transistores de dimensiones nanoscópicas. Posee una buena estabilidad mecánica y, bajo ciertas condiciones, una movilidad de los electrones mucho más elevada que en dispositivos tradicionales de silicio.

13.png

http://www.fisicahoy.com/la_fisica_hoy/de_la_micro_a_la_nanoelectronica (nanohilo de Si)

Al igual que en dispositivos convencionales, si se quieren utilizar los nanohilos como elementos de alguna aplicación (nano)electrónica, es necesario doparlos, es decir, añadir unas impurezas que modifiquen de la manera deseada sus propiedades electrónicas.

Que lo nano está de moda, es una realidad palpable que nos llega desde hace ya unos años. A la vista está la cantidad de aplicaciones de estos nanohilos en infinidad de campos de lo más variopintos.

Me gustaría citar alguna de ellas y luego meternos de lleno en la que nos compete en el artículo, para centrar un poco al lector de lo que estos pequeños “seres alargados” son capaces de hacer.

Conocida es la aplicación de los nanohilos de silicio en la fabricación de baterías de litio, estudio llevado a cabo por la “Universidad de Standford” y del cual se hace referencia en varias entradas en la red.
http://www.ciencias.es/los-nanohilos-y-las-baterias-de-litio/
http://blogs.creamoselfuturo.com/nano-tecnologia/2009/04/22/baterias-de-ion-litio-con-nanohilos-de-silicio-ii/
http://blogs.creamoselfuturo.com/nano-tecnologia/2008/03/31/nanohilos-y-baterias-de-litio/
http://blogs.creamoselfuturo.com/nano-tecnologia/2009/04/20/baterias-de-ion-litio-con-nanohilos-de-silicio-i/

¿Quién no tiene una abuela, un tío o un familiar o un conocido que sufra de diabetes? Desgraciadamente la diabetes es una enfermedad crónica muy extendida que resulta bastante engorrosa porque además de un estricto control alimentario es necesario realizar medidas periódicas de la glucosa en sangre.

Un medidor continuo de glucosa podría ser la base del sistema microelectrónico de un “páncreas” artificial, que produjera insulina sólo cuando fuera necesaria. Avances recientes nos indican que esta posibilidad no se puede descartar en un futuro no muy lejano.

14.pngOs recomiendo echar un vistazo a estos links:
http://javier-ramos.es.tl/Glucometros-implantados.htm
http://francisthemulenews.wordpress.com/2008/02/21/diabeticos-con-suerte-dentro-de-lo-que-cabe-o-nanosensores-de-glucosa-integrables-en-chips-de-silicio-y-pancreas-artificiales/
http://www.estudiabetes.org/group/nanotecnologa/forum/topics/sensor-de-glucosa

Esto tan solo es un pequeño aperitivo de la cantidad de aplicaciones que presentan estos nanomateriales, pero voy a contaros que relación existe entre estos nanohilos y algo que nos puede parecer  venido de otra galaxia como son los ordenadores cuánticos.

Resulta que científicos de la Universidad de Purdue, la Universidad de Melbourne y la Universidad de Nueva Gales del Sur  han inventado los nanohilos  más pequeños del mundo  de silicio, con una capacidad de conducción de corriente  equivalente al de los cables de cobre.

El cable de silicio en cuestión,  tiene cuatro átomos de ancho y un átomo de altura, ¿no os parece asombroso?

15.png

Imagen:Universidad de Purdue  / Sunhee Lee, Hoon Ryu y Klimeck Gerhard

La forma de hacerlos ha resultado peculiar, como era de esperar, pues lo han conseguido por inserción de una cadena de átomos de fósforo en un cristal de silicio. Esta imagen de arriba representa una simulación por ordenador, en la que se muestra la densidad electrónica. Los cables son 20 veces más pequeños que los cables disponibles  por  medir sólo cuatro átomos de ancho por un átomo de alto de fósforo.

Los investigadores también han demostrado que el cable basado en el silicio conserva una mínima capacidad de resistencia a pesar de que su espesor es de 20 veces  menos que el  de los cables de cobre tradicionales que se utilizan en los microprocesadores.

Estos hallazgos ayudarán a los investigadores a desarrollar la próxima generación de dispositivos de cómputo a  “nanoescala”.

Gerhard Klimeck,  Director de la Red de Nanotecnología Computacional, así como profesor de ingeniería eléctrica e informática en Purdue University, afirmó que: “ la innovación de los investigadores de la Universidad de Melbourne se basa en  un enfoque “de abajo hacia arriba” en donde los circuitos se construyeron átomo por átomo, lo que es contrario a los procedimientos de construcción de lo existentes microprocesadores.

El equipo  de Klimeck ayudó al equipo australiano mediante la ejecución de numerosas simulaciones para comprender la variabilidad de estos materiales a nanoescala.

De acuerdo con Michelle Simmons, quien como investigador principal del proyecto y el Director de la Universidad de Nueva Gales del Sur y el Centro de Excelencia para la computación cuántica y la comunicación, el objetivo del proyecto es el diseño de futuras computadoras cuánticas en el que los átomos individuales puedan ser utilizados para el cálculo.

Por tanto parece mucho más cercana la llegada de los ordenadores cuánticos… miedo me da el avance de la ciencia.

http://www.purdue.edu

Nanopartículas en cremas solares

Por Yolanda Rodríguez García

Normalmente la industria cosmética impone como requisitos a sus productos para protección solar una alta protección frente a la radiación ultravioleta y una buena apariencia estética. De acuerdo con esto, la nanotecnología ha supuesto un gran avance que está siendo ya explotado comercialmente.

La aparición de pigmentos basados en nanopolvos o nanopartículas, ha hecho posible el desarrollo de compuestos que presentan una elevada capacidad para absorber la radiación ultravioleta y, que a su vez, son más transparente que las cremas convencionales a fin de evitar la antiestética capa blanca sobre la piel. Las nuevas nanopartículas usadas actualmente permiten un espectro mayor de protección contra la luz ultravioleta, a la vez que son, desde el punto de vista estético, mucho más atractivas.

En los compuestos inorgánicos, los electrones no se encuentran ligados a átomos concretos, sino que forman parte del conjunto del cristal, lo que hace que haya un enorme abanico de niveles de energía disponibles a los que los electrones pueden pasar excitándose mediante la absorción de diferentes radiaciones. No obstante, para cada material en concreto existe una longitud de onda característica por encima de la cual ese material no puede absorber la luz, ya que los fotones con esas longitudes de onda tienen menor energía que la de la banda prohibida del material y, por tanto, no pueden hacer que los electrones se exciten. Los compuestos inorgánicos utilizados en estas cremas solares, dióxido de titanio y óxido de cinc, permiten absorber prácticamente la radiación procedente de todo el espectro de luz ultravioleta (cuyas longitudes de ondas están aproximadamente entre 15 y 380 nm), ya que tienen una banda prohibida de 3,2 eV y 3,37 eV, respectivamente.

Al contrario de lo que ocurre con las antiguas cremas solares, las cuales además de bloquear la luz ultravioleta dispersan la luz visible, dando a la crema un color blanquecino, los nanopolvos son transparentes. Usualmente, las partículas de ZnO y TiO2 utilizadas en las cremas tradicionales, tienen un tamaño superior a 200nm y dispersan todas las longitudes de onda del espectro visible (380-750nm) originando el color blanco. Con la nanotecnología, se ha conseguido que el diámetro de las nanopartículas sea mucho menor que la longitud de onda de la luz visible. De esta forma estas son atravesadas por la luz visible y no resultan perceptibles para el ojo humano. Al resultar transparente, la gente repite más a menudo su aplicación, facilitando así una mayor protección contra los rayos UV.

16.png

Crema solar transparente. Fuente: Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO).

 

Una ventaja adicional que presentan estas cremas es que, gracias a su pequeño tamaño, todas la partículas se encajan y ajustan perfectamente unas a las otras y se facilita su absorción, por lo que la piel resulta mejor protegida.

Teniendo en cuenta las dimensiones del mercado de la cosmética, el desarrollo del uso de nanopolvos en este sector aparece como particularmente interesante. Así L’Oréal, empresa que dedica unos $600 millones de dólares de sus $17.000 millones de ingresos anuales a la investigación, es el líder actual del sector nanotecnológico en cuanto a patentes. Pero otros rivales, como Procter&Gamble, Estée Lauder, Christian Dior y Shiseido también incorporan nanopartículas en sus productos.

No obstante, es importante señalar que existe en la actualidad una gran controversia en cuanto a la toxicidad de este tipo de productos, estando prohibido incluso en algunos países la fabricación de los mismos en su territorio a la espera de informes toxicológicos fiables. Este factor determinará, por tanto, el desarrollo comercial de estas cremas.

La toxicología de las nanopartículas es aún en gran medida desconocida por la simple razón de que se ignora todo, o casi todo, de los dos factores de la ecuación del riesgo. Para poder medir el peligro, hay que saber qué patología estudiar: por ejemplo, el mesotelioma en el caso del amianto, la silicosis, en el caso de las partículas de carbono, el asma en el caso de la famosa familia de los polvos aéreos PM10. Pero no está claro en la actualidad cuáles pueden ser las demás patologías causadas por las nanopartículas que, al menos si existen, dependerían de su naturaleza química.

La consecuencia de esta incapacidad de evaluar el peligro es que no se puede estimar la exposición. De hecho debe expresarse en una unidad de medida que refleje lo que los especialistas denominan la “toxicidad efectiva”, que es el principal componente de la toxicidad. Para los PM10, es la masa y se los cuantifica por lo tanto en microgramos/m3; para el amianto, son las fibras, y la unidad de medida es el número de fibras por m3.

En el caso de las nanopartículas no se puede decir por el momento. El único punto de acuerdo entre los investigadores es que su superficie debe tomarse en cuenta. Por simples razones geométricas, mil partículas de 100 nanómetros de radio tienen una superficie bien superior a una partícula de 1 micrómetro de radio, de ahí una desmultiplicación de las posibilidades de contacto con los tejidos biológicos.

Philip Moos y sus colegas señalan que hay un consenso progresivo en cuanto a la toxicidad potencial de las nanopartículas. Dichas nanopartículas podrían tener propiedades químicas y físicas bastante diferentes de las de partículas mayores.

La exposición indeseada de los niños a nanopartículas de óxido de zinc contenidas en las cremas protectoras solares ingeridas en un momento de descuido de sus acompañantes adultos, es un caso típico que ha motivado el estudio de los efectos de los nanomateriales en el colon.

En los experimentos que el equipo de investigación llevó a cabo con cultivos de células del colon, los efectos de las nanopartículas de óxido de zinc fueron comparados con los causados por el óxido de zinc vendido como polvo convencional. Los científicos encontraron que las nanopartículas resultaban dos veces más tóxicas para las células que las partículas mayores.

Otros estudios apuntan a que las nanopartículas pueden ser peligrosas si se inhalan causando efectos tales como la inflamación, enfermedades cardiovasculares y efectos negativos en los órganos internos y cáncer después de la exposición prolongada. También se sospecha que la presencia de las nanopartículas en los protectores solares representa un riesgo para la salud cuando ésta se aplica sobre la piel dañada.

Otras fuentes consultadas:

http://www.idepa.es/sites/web/EuropaI_D_i/Repositorios/galeria_descargas_EuropaI_D_i/Aplicaciones_industriales_07.pdf
http://parabenos.es/index.php/que-hacen-las-nanopartculas-en-los-protectores-solares/
http://www.solociencia.com/medicina/10060204.htm
http://blog.espol.edu.ec/edfe/2010/11/25/nanotecnologia-que-tiene-ver-con-las-cremas-solares/
http://ec.europa.eu/research/rtdinfo/47/01/print_article_3570_es.html

Nanotecnología y medicina: Biochips y nanotransistores

Por Mecum

De la mano de la nanotecnología nos adentramos en la era del diagnóstico médico a nivel molecular, que hace posible identificar enfermedades genéticas, infecciosas o incluso pequeñas alteraciones de proteínas de forma precoz.

Uno de los grandes avances en esta disciplina es la creación de biochips, que permiten la obtención de grandes cantidades de información trabajando a una escala muy pequeña. Con los biochips a nanoescala es posible conseguir en poco tiempo abundante información genética, tanto del individuo como del agente patógeno, que permitirá elaborar vacunas, medir las resistencias de las cepas de la tuberculosis a los antibióticos o identificar las mutaciones que experimentan algunos genes y que desempeñan un papel destacado en ciertas enfermedades tumorales.

Nanotecnología y medicina: biochips y nanotransistores

Un ejemplo de estos avances está en la lucha contra el cáncer. El combate de la enfermedad a escala molecular permite detectar precozmente la enfermedad, identificar y atacar de forma más específica a las células cancerígenas. Por eso, el Instituto Nacional del Cáncer de Estados Unidos (NCI) ha puesto en marcha la"Alianza para la nanotecnología en el cáncer", un plan que incluye el desarrollo y creación de instrumentos en miniatura para la detección precoz.

Nanotecnología y medicina: Biochips y nanotransistores2También en la administración de medicamentos, las nuevas técnicas son ya un hecho. "Los nanosistemas de liberación de fármacos actúan como transportadores de fármacos a través del organismo, aportando a éstos una mayor estabilidad frente a la degradación, y facilitando su difusión a través de las barreras biológicas y, por lo tanto el acceso a las células diana", explica María José Alonso, investigadora de la Universidad de Santiago de Compostela, que trabaja en esta línea desde 1987. En el tratamiento del cáncer, asegura, "estos nanosistemas facilitan el acceso a las células tumorales y reducen la acumulación del fármaco en las células sanas y, por tanto, reducen los efectos tóxicos de los antitumorales".

Desde Estados Unidos, el nanotecnológo James Baker ha desarrollado otra alternativa basada en unas moléculas artificiales conocidas como dendrímeros. Se trata de estructuras tridimensionales ramificadas que pueden diseñarse a escala nanométrica con extraordinaria precisión. Los dendrímeros cuentan con varios extremos libres, en los que se pueden acoplar y ser transportadas moléculas de distinta naturaleza, desde agentes terapéuticos hasta moléculas fluorescentes. En su estudio, Baker aplicó una poderosa medicina contra el cáncer, metotrexato, a algunas ramas del dendrímero. En otras, incorporó agentes fluorescentes, así como ácido fólico o folato, una vitamina necesaria para el funcionamiento celular.

Además de los biochips hay otras vías de investigación en el mundo de la nanomedicina. Hace poco, un equipo de científicos de la Universidad de Harvard descubría que se pueden utilizar hilos ultrafinos de silicio para detectar la presencia de virus individuales, en tiempo real y con una gran precisión. El dispositivo es realmente un nanotransistor, integrado en un nanocable con forma de V, de tamaño inferior al de muchos virus y que puede introducirse en el interior de una célula y registrar su actividad sin trastornarla, de hecho el nuevo dispositivo tiene un diámetro 100 veces menor que los utilizados hasta ahora. Son aceptados por la membrana celular, de forma similar a lo que sucede con virus y bacterias, cuando los recubren de una doble capa de fosfolípidos, parecida a la estructura de la membrana

"Estos nanotransistores de efecto de campo (conocidos como nanoFET) representan la primera medida del interior de una célula con un dispositivo semiconducto", asegura Charles M. Lieber  profesor de Química en Harvard y director del proyecto, cuyos resultados se publican en Science. Asegura que las posibilidades de estos detectores "podrían introducirnos en una nueva era en materia de diagnósticos, seguridad biológica y respuestas a brotes víricos". Los científicos afirman que estos transistores se pueden utilizar para medir el flujo de iones o las señales eléctricas en las células, especialmente en las neuronas. También se pueden asociar a receptores u otros elementos biológicos para detectar la presencia de compuestos bioquímicos en el interior de una célula.

Referencias y enlaces de interés

http://www.cienciaysociedad.info/nano/

http://echinacea.harvard.edu/

http://www.portalciencia.net/nanotecno/nanomedicina.html

http://www.scielo.org.ar/scielo.php?pid=S0025-76802007000500016script=sci_arttext

http://www.nanomercado.com/noticias-de-nanotecnologia/178-nanocables-de-oro-para-reparar-el-corazon

http://nano.cancer.gov/

http://www.cienciaysociedad.info/nano/2008/09/la-nanotecnologia-en-el-mundo-de-la-medicina/

http://www.euroresidentes.com/Blogs/avances_tecnologicos/2004/06/nanotecnologia-y-cancer.htm

http://www.etcgroup.org/upload/publication/598/02/nanomedicinespanishfin.pdf

http://copublications.greenfacts.org/es/nanotecnologias/index.htm

http://spie.org/x47374.xml?ArticleID=x47374

Próxima parada de la nanotecnología: la Medicina

Por Francisco Javier Caballero Solana

Próxima parada de la nanotecnología: la medicinaSe habla mucho de las futuras y prometedoras aplicaciones de la nanotecnología en el campo de la electrónica, donde se espera que la miniaturización de los actuales dispositivos  de silicio llegue a sus límites en 2015. Pero también se experimentará en la medicina y la biología una revolución gracias a la nanotecnología: la nano-exploración, el nano-diagnóstico, la nanomedicina, y la ingeniería de neuroprótesis para reemplazar tejidos u órganos. A continuación os voy a presentar algunos ejemplos impactantes de investigaciones que se están desarrollando actualmente en estos campos.

Recientemente, los investigadores de la Universidad Rice en Houston han experimentado con un sistema de nano-esferas de oro capaz de destruir los cánceres inoperables (http://www.abc.net.au/science/news/health/HealthRepublish_981679.htm). Estas nano-esferas, formadas por pequeñas partículas de sílice de 110nm de diámetro, y cubiertas por una capa de oro de 10nm de espesor, son calentadas cuando se las ilumina con radiación en el infrarrojo cercano, lo que provoca la destrucción de las células cancerosas en los alrededores. Los investigadores han conseguido que las nano-esferas solo afecten a los tumores, vinculando estas nano-esferas a los anticuerpos que atacan exclusivamente a las células cancerosas. Esta nueva técnica se probará en pacientes con cáncer pulmonar grave.

Continuando con la lucha contra el cáncer, James Baker, de la Universidad de Michigan, está tratando de hacer de estas nanopartículas sistemas moleculares responsables de dirigir el fármaco a una célula. Baker utilizó polímeros esféricos conocidos como dendrímeros para el transporte de metotrexato a una célula, un producto que ataca a ciertos tipos de células cancerosas. En experimentos realizados en células tumorales, el metotrexato ha eliminado cien veces más células cancerosas cuando se administra a través de nanopartículas que cuando se acaba de agregar al cultivo celular.

Otra investigación interesante, llevada a cabo recientemente por Alberto Bianco del CNRS en Estrasburgo, ha demostrado que los nanotubos de carbono pueden ser utilizados para penetrar en el interior del núcleo de las células para inyectar medicamentos y vacunas (http://nanotube.msu.edu/nt06/presentations/NT06-Bianco.pdf). Como se indica en http://www2.cnrs.fr/journal/1325.htm: "Estos estudios no han hecho más que empezar, pero se intuye que los nanotubos podrían algún día servir como instrumentos de una precisión increíble, para alterar el ADN en una parte específica de la célula".

Científicos de la Universidad de Harvard, han desarrollado nanosondas, más finas que el cabello humano. Estas nanosondas han sido probados con éxito para detectar mutación genética específica de fibrosis quística. Según los investigadores, estas nanosondas ultra-sensibles podrán estar a disposición de los cirujanos y médicos dentro de unos 5 años. El profesor Charles Lieber, quien lidera la investigación, asegura una revolución en el diagnóstico: es suficiente una gota de sangre, un poco de saliva u orina para detectar en cuestión de minutos una enfermedad genética o un virus.

Otros científicos americanos de la Alianza Nanosistemas en Biología, estudian la construcción de nano-herramientas que algún día podrían permanecer dentro de la célula. Estas herramientas consisten en unas prometedoras nanosondas-batería capaz de detectar miles de proteínas segregadas por una célula. Jim Heath y su equipo del Instituto de Tecnología de California en Pasadena, están trabajando en un chip de un centímetro cuadrado de silicio que puede realizar varios diagnósticos y que podría estar disponible en un futuro próximo. Este chip reunirá más de 1.000 nanocables semiconductores con un diámetro de 8 nm y con un espacio entre ellos de solo 8 nm. Cada uno de estos nanocables podrían ser un anticuerpo, un oligonucleótido, o una secuencia corta de ADN que reconocen secuencias específicas de ARN (ácido ribonucleico). "Con un solo chip, se pueden hacer mil experimentos en la misma célula".

Por su parte, los investigadores de la Universidad de Bloomington, Indiana, creen que es posible utilizar virus asociados con partículas de oro para obtener "nano-cámaras" que permitan observar eventos que tienen lugar dentro de células vivas. Normalmente para la monitorización de estos procesos se usa la espectroscopía Raman, sin embargo, la intensidad de la luz desviada por efecto Raman generalmente es muy pequeña, lo que limita sensiblemente el uso de esta técnica. Las nanopartículas de oro presentan la particularidad de amplificar esta señal; pero el hecho de que las células traten estas partículas como cuerpos extraños hace que acaben por expulsarlas de su interior. El uso de virus asociados a las nanopartículas podría resolver este problema gracias a su capacidad de penetrar y permanecer en el interior de las células. Así, el uso de esta técnica podría permitir observar fenómenos con resoluciones del orden de 30 nm, que es una resolución un orden de magnitud mayor que la que se puede alcanzar con microscopios ópticos convencionales.(http://www.newscientist.com/article/dn4615-nanotech-spy-eyes-life-inside-the-cell.html)

Para finalizar, investigadores del Instituto Weizmann de Israel han desarrollado una "computadora molecular", que consiste esencialmente en una mezcla de ADN sintético y enzimas. En última instancia, este equipo puede detectar señales químicas tempranas del cáncer y reaccionar liberando fármacos contra el cáncer: (http://www.rtflash.fr/newsletter/289).

Nanotecnología en la alimentación

Por Ángela García

Una alimentación inteligente es aquella que se adapta al gusto del consumidor.

alimentos1.png La nanotecnología en la alimentación, va a permitir que disfrutemos de alimentos más saludables, más resistentes y de mayor durabilidad. Sin embargo, todo lo que es nuevo es observado con cierto escepticismo y existen razones para ello, durante estos últimos meses la Comisión Europea ha estado estudiando junto a los científicos la posibilidad de regular todas aquellas aplicaciones nanotecnológicas relacionadas con la alimentación.

Es difícil identificar los nanoalimentos existentes. Los fabricantes han comprendido que la incertidumbre que hay en torno a estas tecnologías puede asustar a los consumidores. No comunican con claridad acerca de su uso. De acuerdo con las informaciones recibidos de la ONG “Amigos de la Tierra”, toda la cadena alimentaria está actualmente contaminada. En un informe titulado “Del laboratorio a nuestra mesa: nanotecnología en la alimentación y la agricultura”, lista 106 productos alimenticios, como jugos de frutas enriquecidos, o suplementos vitamínicos, o un nano-té.

Distintas organizaciones que velan por los intereses de los consumidores quieren que este campo se regule y se aumente la prudencia con respecto a los materiales nanotecnológicos, se plantea la necesidad de conocer cómo pueden afectar estas nuevas aplicaciones a nuestro organismo y al medio ambiente

El muy difícil controlar el comportamiento de las nanopartículas. No cumplen las leyes de la física clásica, sino las de la mecánica cuántica. Construir partículas, átomo a átomo, manipular la materia a nivel molecular, es penetrar en un mundo de total incertidumbre. Las propiedades de las partículas, como su toxicidad o su persistencia biológica, varían mucho con el tamaño. Los conocimientos actuales sobre los efectos tóxicos de las nanopartículas son muy limitados.
En cuanto a su producción y comercialización, los fabricantes se atienen a la directiva europea REACH. Algo insuficiente. Sólo son enviados los productos químicos que se producen en cantidad superiores a una tonelada al año. Dado el tamaño de las nanopartículas, semejante peso no se produce siempre. Tampoco existe un requisito de etiquetado, y sólo ahora el Parlamento Europea empieza a abordar esta cuestión.

alimentos2.png

La ética y la prudencia serán aspectos dominantes en el código, siempre se deberá velar por el medio ambiente y por la salud humana. Por el momento, es el único planteamiento viable dado que no se puede regular algo que todavía no ha generado ningún problema o riesgo, regular algo desconocido sería como vetar la investigación y por tanto, las mejoras que se pueden lograr.

La nanotecnología aplicada a la alimentación proporcionará enormes beneficios a la industria y al consumidor, por fortuna la mayoría de las investigaciones en este campo dentro del sector alimentario están orientadas a mejorar la salud de los alimentos, pero no olvidemos que los transgénicos también se desarrollaron inicialmente para mejorar la calidad de los productos y la alimentación humana, algo que en algunos casos ha sido un fiasco.

Por el momento, las empresas alimentarias no dan a conocer sus investigaciones o invitan a otros investigadores a contrastar resultados, los trabajos y estudios se desarrollan en secreto y existen desconocimiento sobre el riesgo real que pueden provocar los nanomateriales. Como sabemos, la nanotecnología alimentaria manipula todo tipo de sustancias con tamaños inferiores a una micra y con las que se pretende potenciar cualidades organolépticas, saludables, etc. Ya hace algunos años que se habla de los alimentos nanotecnológicos o nanoalimentos, éstos se han ido introduciendo en el mercado y las etiquetas de los productos alimentarios no especifican su presencia, información que los consumidores deberíamos conocer.

Para que los nanoalimentos puedan ser valorados y aceptados, es imperiosa una política de transparencia total en la que se impliquen todas las agencias de seguridad alimentaria, sería necesario crear un registro público online en el que se dieran a conocer todos los alimentos que se han desarrollado utilizando la nanotecnología. Además debería aplicarse la legislación correspondiente que exigiera la inclusión en las etiquetas de los productos, de la información sobre los nanomateriales empleados. Por otro lado las empresas deben poner a disposición de las comisiones pertinentes la información detallada sobre cómo funcionan este tipo de materiales y cómo interactúan con el organismo.

http://www.directoalpaladar.com/otros/nanotecnologia-agroalimentaria-para-mejorar-los-productos-y-la-alimentacion
alimentos3.png

El olor y el sabor de los alimentos ecológicos son mucho más significativos y valorables que los que pueden ofrecer los alimentos obtenidos a través de la producción industrial, esto es algo que los consumidores de productos ecológicos saben. Estas cualidades han sido constatadas por la Unión Española de Catadores en el marco de un estudio presentado por FEPECO (Federación Española de Empresas con Productos Ecológicos) y el MARM (Ministerio de Medio Ambiente y Medio Rural y Marino), en el que se pretendía realizar la primera valoración organoléptica y sensorial de alimentos ecológicos en España.

http://juanca22-nanotec.blogspot.com/2010/09/fuente-reuters-lunes-septiembre-20-2010.html
http://www.gastronomiaycia.com/2010/01/11/alimentos-desarrollados-con-nanotecnologia-demasiados-secretos/
http://www.sertox.com.ar/modules.php?name=News&file=article&sid=2639

Té verde y nanotecnología

Por Ángela García

La aplicación de la nanotecnología al té verde permitirá ofrecer sus beneficios en cualquier tipo de bebidas.  El Alzheimer, ciertos cánceres, la salud cardiovascular y el control de peso podrán ser tratados con nuevos productos alimenticios.

te.png

“¿Es posible contar con las propiedades del té verde sin que se degrade en el tiempo ni enturbie las bebidas? Sí. Gracias a técnicas que permiten encapsular el compuesto epigalocatequin galato (EGCG) del té verde en proteínas de suero de leche”

Esta proteína modificada termalmente puede nanoencapsular el EGCG y producir partículas más pequeñas de 50 nanómetros que tendrían una mayor transparencia y que podrían añadirse a las bebidas claras.

Esta nanotecnología será de especial utilidad en aquellas bebidas claras en las que el tamaño de las partículas sirve para proteger el EGCG sin causar turbiedad y manteniendo las propiedades sensoriales del producto.

El té verde contiene entre 30% y 40% de polifenoles extraíbles del agua que se encuentran en su mayoría en las hojas de té.

El principal obstáculo del potencial uso de extractos purificados de EGCG para el tratamiento del cáncer es la baja biodisponibilidad que presenta como consecuencia de su pobre absorción intestinal y su elevada metabolización. Sólo 0.1-1.1% de la dosis administrada llega a sangre, concentración insuficiente para que pueda ejercer acción anticancerígena.

Una de las estrategias para incrementar la biodisponibilidad del EGCG es su encapsulación en nanopartículas utilizando polímeros biodegradables y biocompatibles. Mediante el uso de la nanotecnología se consigue no sólo aumentar la absorción intestinal sino también hacer más eficiente su distribución puesto que la liberación mediada por las nanopartículas se puede realizar de forma específica y selectiva sobre las células cancerígenas y como consecuencia se requiere menor concentración eficaz.

Por lo tanto nanopartículas de EGCG extraído del té verde pueden constituir una importante arma para conseguir pasar de los resultados anticancerígenos in vitro a los resultados in vivo, ya sea en animal de experimentación en primer lugar y en humanos a continuación.

Según los responsables de la investigación, la combinación con la nanotecnología ha demostrado ser más eficaz que el calor ya que, con una concentración menor de conservantes, la inhibición de patógenos es mayor y durante un periodo de tiempo más largo. La encapsulación de los extractos naturales, por tanto, es más efectiva en la reducción de patógenos en los alimentos procesados como la carne. Además de demostrar que los extractos de uva son eficaces en la lucha contra los patógenos y la oxidación de este alimento, también se ha comprobado su poder para mantener el color rojo. Una de las razones es la capacidad de este componente natural para resaltar sus efectos antioxidantes y su aporte de pigmentos.

http://www.consumer.es/seguridad-alimentaria/ciencia-y-tecnologia/2011/02/02/198658.php
http://www.clubdarwin.net/seccion/importacion/bebidas-transparentes-y-milagrosas
http://www.revistareduca.es/index.php/reduca/article/viewFile/286/305
http://es.globedia.com/sistema-filtrar-agua-nanotecnologia

Nanopartículas de oro: ayuda en la lucha contra el cáncer

Por José Ignacio Urgel

Para vencer el cáncer hay que derrotar las células tumorales especialmente hábiles en eludir el efecto tóxico de las terapias por lo que logran sobrevivir durante años. Uno de sus principales enemigos es el oro aunque es difícil aplicarlo sólo en determinadas zonas.

jose1.png

Propiedades

Las nanopartículas de oro (AuNPs) presentan unas propiedades tanto físicas como químicas excelentes destacando especialmente sus peculiares e inesperadas propiedades fototérmicas, por las que al ser activadas en presencia de luz láser, desprenden calor. Las AuNPs presentan, en principio una baja toxicidad y unas propiedades peculiares e increíblemente interesantes las cuales pueden ser, modificadas mediante su funcionalización con múltiples ligandos, con la finalidad de obtener nanosistemas óptimos para las distintas aplicaciones terapéuticas.

La peculiaridad de las propiedades ópticas y fototérmicas de las AuNPs proviene de las oscilaciones resonantes de sus electrones libres en presencia de luz («Resonancia localizada de plasmón de superficie»), gracias a la cual las nanopartículas pueden radiar luz (Mie scattering) o absorber luz que se transforma rápidamente en calor. En efecto, las AuNps emiten un intenso calor cuando son estimuladas con la frecuencia correcta de luz láser u otra fuente de calor (microondas, radiofrecuencia, ultrasonidos…); así una colección de pequeñasAuNPs puede calentar localmente un área de mil veces su tamaño, actuando como auténticos «calefactores nanoscópicos activados por la luz». (http://www.analesranf.com/ranf/index.php/mono/article/viewFile/994/1028)

Utilización

Las nanopartículas de oro se pueden diseñar para ser sensibles e “iluminarse” ante la presencia de concentraciones muy bajas de determinadas moléculas. http://www.youtube.com/watch?v=uyhxRIvw_cY&feature=related

jose2.png

Por ejemplo, ya se ha desarrollado un nanosensor capaz de detectar sustancias dopantes, como los esteroides que utilizan algunos deportistas, y con un sensibilidad superior a la que proporcionan otras técnicas. Lo que se esta haciendo ahora es extender esa metodología a los marcadores del cáncer. La idea es detectar concentraciones muy reducidas de determinadas moléculas o marcadores en una muestra de sangre de un paciente. Esto permitiría detectar un cáncer en un nivel de desarrollo muy temprano, lo que también facilitaría su curación.

 

jose3.png

 

Por otra parte, puntos cuánticos (nanocristales de materiales semiconductores como el selenio de cadmio) son otras herramientas prometedoras para realizar los diagnósticos de laboratorio  (http://www.revistaesalud.com/index.php/revistaesalud/article/viewArticle/45/102). Un producto a la búsqueda de desarrollar nuevos métodos para cosechar energía solar, son estos nanocristales cubiertos de material de semiconductor, que actúan como fuentes de luz molecular, cuyos colores dependen solamente del tamaño de la partícula. Cuando se han unido a un anticuerpo o a otra molécula capaz de unirse a una sustancia de interés, los puntos cuánticos actúan como un faro que emite luz cuando se realiza la unión. Por causa de la multitud de colores con los cuales se pueden emitir luz, los puntos cuánticos pueden ser combinados para crear ensayos capaces de detectar sustancias múltiples simultáneamente.

¿Y en el futuro?

Físicos como Romain Quidant (Dijon-Francia, 1975), premio Fresnel Prize 2009 (http://www.plataformasinc.es/Entrevistas/Las-nanoparticulas-de-oro-iluminadas-con-luz-pueden-ayudar-a-luchar-contra-el-cancer) se encuentran al frente de esta investigación trabajando en un chip que integre multitud de nanoestructuras metálicas para que pueda actuar como un “nano-laboratorio” que realizara muchos análisis en paralelo a partir de una gota de sangre. Las dos ventajas principales de este dispositivo son su pequeño tamaño (que facilitaría su uso -por ejemplo- en países en desarrollo donde no hay laboratorios), y su gran sensibilidad, que permitiría detectar enfermedades por debajo del nivel de las técnicas actuales, lo que daría a los médicos más seguridad en su diagnóstico y tratamiento. En la próxima década se dispondrá de este chip, que además de las aplicaciones médicas también se podrá utilizar para otros usos, como el control agroalimentario o la detección de drogas o sustancias industriales peligrosas. http://www.nature.com/nrc/journal/v5/n3/abs/nrc1566.html

Nanopartículas y el “targeting”

Por Jose María Vásquez

La nanotecnología o "ciencia de lo pequeño" trabaja y manipula las estructuras moleculares y sus átomos con el fin de fabricar materiales, aparatos y sistemas con unas propiedades exclusivas, a partir de su reordenamiento. Cada día esta ciencia tiene mas aplicaciones tecnológicas y biomédicas, tanto es asi, que se han desarrollado nano-aparatos que pueden detectar una zona tumoral en las primeras etapas de desarrollo con una precisión muy elevada, pudiéndose transportar fármacos que se dirijan exclusivamente a la zona tumoral, con el fin de erradicarla.

Nanopartículas y targetingEn este artículo me centraré en cómo funcionan los "medicamentos inteligentes" o dicho de otra manera en cómo gracias a nanopartículas mágneticas asociadas al medicamento, podemos transportarlo hasta donde es necesario.

Hoy en día los medicamentos son administrados por vía oral o por vía intravenosa, y esto acarrea numerosas desventajas, ya que el medicamento no sólo funciona en aquella zona donde es necesario, sino que lo hace en todo el organismo, dando lugar a una gran pérdida de efectividad y a muchos más efectos secundarios. Esto se hace mas patente en enfermedades que necesitan que se administren medicamentos muy potentes como en el caso de la quimioterapia para tratar el cáncer.

¿Cómo logramos guiar los medicamentos?

Pues bien, lo primero que hemos de conseguir es unir la droga a una nanopartícula magnética que ha de actua como portador y que evidentemente ha de ser bio-compatible. Una vez conseguido, se introduce en la sangre del paciente el complejo fármaco-portador (ferrofluido biocompatible) y se concentra en la zona del cuerpo deseada mediante un campo magnético externo. Cuando tenemos el complejo en la zona donde queremos que se libere el medicamento, éste puede liberarse de diversas formas, dependiendo de cómo haya sido diseñado (por actividad enzimática, cambios de temperatura, cambios de pH…), afectando así únicamente a la región que se quiere tratar.

En el caso concreto del cáncer, el "guiado" o transporte selectivo de fármacos puede combinarse con la hipertermia localizada. Si aplicamos un campo magnético alterno a las nanopartículas magnéticas estas comenzarán a calentarse por inducción. De esta forma, una vez el complejo ha llegado al tumor y ha liberado el medicamento, podemos calentar por inducción las nanopartículas para producir una hipertermia localizada en la región a tratar. Con esto lo que conseguimos es aumentar aún más la eficiencia del tratamiento, ya que en las zonas mejor irrigadas del tumor, el calor se disipa más rápidamente, pero la quimioterapia actúa mejor, mientas que en aquellas con peor irrigación el efecto es inverso, la quimioterapia es menos eficaz, pero la célula no puede deshacerse del calor que recibe y termina muriendo.

¿Cómo se fabrican estas partículas?

A la hora de clasificar las técnicas de fabricación de estas partículas podemos hacerlo en dos grandes bloques, métodos físicos (la nanolitografía, sputtering...) y métodos químicos.

¿Como las podemos caracterizar?

Podemos utilizar distintos métodos para saber cómo son las partículas que hemos fabricado. Sin embargo, los más usados son la microscopía de transmisión y la microscopía de alta resolución, que nos facilitan el tamaño y cómo están distribuidas (su dispersión) y también nos dan información sobre su orden de corto y de largo alcance.

Es muy posible que en un futuro no demasiado lejano, viendo la línea de las investigaciones actuales, sea posible la aplicación de esta técnica en el campo de la oncología. Podremos someternos a un tratamiento con una elevada efectividad gracias al guiado del medicamento directamente hacia el tumor, y no a otras partes del cuerpo, y aumentar su efectividad aun más con la aplicación localizada del calor, reduciendo considerablemente la cantidad de medicamento a suministrar y los efectos secundarios que sufriría el paciente, con un precio accesible. Tal vez, cuando esto sea posible, el cáncer pase a ser otra enfermedad más.