jueves, 13 de febrero de 2020

Diagnóstico temprano de la enfermedad de Lyme empleando nanopartículas de oro


La enfermedad de Lyme es causada por la bacteria Borrelia burgdorferi y transmitida por las garrapatas. Ocasiona graves complicaciones médicas en los sistemas nervioso, músculo-esquelético e inmunológico. 
Uno de los primeros signos de la enfermedad es una erupción cutánea. Entre el 10 y el 20% de las personas infectadas no desarrollan la erupción. Esto dificulta el diagnóstico de la enfermedad. Además, los análisis para su detección son lentos, costosos y poco sensibles. 

Investigadores de Estados Unidos fabricaron un dispositivo sensor portátil y desechable capaz de detectar anticuerpos de la bacteria B. burgdorferi presentes en el suero sanguíneo de los pacientes. Emplearon nanopartículas de oro  de 40 nm a las que unieron químicamente 6 diferentes antígenos de la bacteria. Depositaron esta mezcla en una membrana de nitrocelulosa, la que constituye el elemento sensor del dispositivo.   

La respuesta se mide por el cambio de color de reactivos que se agregan a la membrana dentro del dispositivo y los resultados se transmiten mediante una aplicación digital de telefonía celular y se analizan utilizando algoritmos llamados redes neuronales. Se determinó que la prueba, que tan sólo dura 15 minutos, tiene una especificidad del 96.3% y una sensibilidad del 85.7%, por lo que es hasta el momento una de las pruebas más sensibles y confiables. 

Los resultados fueron publicados en ACS Nano

jueves, 6 de febrero de 2020

Fatiga en grafeno


Es bien conocido que los materiales se fatigan cuando se someten a esfuerzos cíclicos inferiores a su resistencia máxima. Entender este comportamiento de la dinámica del material es crítico para evaluar su confiablidad a largo plazo.

En este trabajo, investigadores de Canadá y Estados Unidos demostraron que el grafeno posee una muy alta resistencia a la fatiga (100 GPa de resistencia máxima)  y es capaz de soportar más de 109 ciclos  antes de fracturarse. Aplicaron la microscopía de fuerza atómica y encontraron que las monocapas de grafeno pueden resistir hasta 71 GPa, en promedio, valor que resulta ser 5.6 GPa superior al reportado para cualquier otro material.

Estudiaron también el óxido de grafeno (GO) cuyo comportamiento es diferente. En el caso de grafeno, la falla por fatiga ocurre de manera catastrófica y global. Las simulaciones por dinámica molecular revelaron que el esfuerzo aplicado produce una reconfiguración de los enlaces alrededor de sitios con defectos. Por lo contrario, en el GO los grupos funcionales (terminaciones OH) generan un daño local y progresivo, más común en los procesos de fatiga convencionales.

Este trabajo ofrece una nueva metodología para futuros estudios de las propiedades mecánicas de otros materiales 2D.

El artículo contiene un video que ilustra el modelo propuesto:

Los resultados fueron publicados recientemente en Nature Materials

jueves, 30 de enero de 2020

¿Por qué hay sólidos cristalinos que se encogen al calentarse?


Es cotidiano y clásico en la docencia referirse a la expansión de los sólidos cuando estos se calientan; sin embargo, algunos materiales muestran el comportamiento opuesto, se encogen al calentarse, es decir, poseen un coeficiente de expansión térmica negativo (NTE del inglés negative thermal expansion). En los polímeros y biomoléculas, se explica el comportamiento NTE a través de la elasticidad entrópica de las cadenas libremente articuladas. Para los sólidos inorgánicos cristalinos con NTE los mecanismos subyacentes son objeto del debate científico.

Empleando la difracción de neutrones y con el desarrollo de un modelo teórico cuantitativo, un grupo de investigadores de Estados Unidos y China exponen los mecanismos que explican el comportamiento NTE observado en cristales de ScF3 con simetría cúbica simple, en términos de la elasticidad entrópica de un cristal de red flexible. Su modelo, en analogía tridimensional a los polímeros, considera cada ion escandio limitado por enlaces rígidos en las tres direcciones (hasta los 700 K), mientras que cada ion flúor es libre de vibrar y desplazarse ortogonalmente a sus enlaces Sc-F (a temperaturas superiores a 300 K).

Esta teoría de la red flexible brinda una formidable explicación del fenómeno NTE para  una gran variedad de materiales y concuerda con  evidencias experimentales.

Los resultados fueron publicados en la revista Science Advances

Mas información en  MRS Bulletin

jueves, 23 de enero de 2020

Diseño de catalizadores metal-zeolita para la conversión catalítica de biomasa


Los desechos de biomasa conllevan una serie de consecuencias negativas para el medio ambiente y la salud humana. En esta revisión, científicos de Nueva Zelanda presentan una visión general de los catalizadores basados en zeolitas que pueden contribuir a la conversión de biomasa.

Los cúmulos metálicos y nanopartículas soportados en un enrejado zeolítico ajustan su acidez e incrementan la actividad catalítica del composito. Sin embargo, la aglomeración de nanopartículas de metal, la sinterización y la lixiviación producen una inestabilidad catalítica que debe abordarse.

La encapsulación de cúmulos metálicos sólo en las cavidades de la estructura de la zeolita es una posible solución a estos problemas, especialmente para las transformaciones catalíticas de biomasa que requieren altas temperaturas.

Este artículo de revisión describe desarrollos recientes y presenta las perspectivas que tiene el uso de catalizadores basados en cúmulos metálicos encapsulados dentro de las zeolitas para reducir la contaminación del aire y las emisiones de productos químicos como el metano, que contribuyen al efecto invernadero.

Los resultados fueron publicados en Bioresource Technology

jueves, 16 de enero de 2020

Nuevo material superconductor capaz de conducir en direcciones opuestas




Los superconductores son materiales que conducen electrones con resistencia cero. La mayoría conduce en una sola dirección; sin embargo, un dispositivo fabricado con un material recién descubierto es capaz de transportar la corriente en ambas direcciones.
            Un grupo de científicos de Estados Unidos sintetizó una película delgada policristalina de un compuesto intermetálico de β-Bi2Pd sobre un sustrato de SiOx y midió su conductividad eléctrica. El dispositivo mostró una capacidad poco convencional para hacer circular la corriente en sentido horario y antihorario. Si la topografía tiene forma de anillo, el flujo magnético puede ser no nulo. Dado su carácter cuántico, el flujo magnético sólo puede tener determinados valores discretos y la temperatura crítica de superconducción alcanza sus valores máximos en dichos valores del flujo magnético. Sus desarrolladores afirmaron que este material podría desempeñar un papel en la construcción de la próxima generación de sistemas de computación cuánticas. 

Los resultados fueron publicados en Science.

viernes, 13 de diciembre de 2019

Detección del rechazo a trasplantes mediante nanosensores


Investigadores estadounidenses crearon un sistema de nanosensores para la detección temprana del rechazo a un trasplante de piel. Los sensores se componen de nanopartículas de óxido de hierro conjugadas con el fluoróforo isotiocianato de fluoresceína (FTIC, por sus siglas en inglés), un inhibidor (del inglés quencher) de la señal del FTIC y un péptido. Éste actúa como substrato específico de la granzima B, la enzima responsable de la activación de los linfocitos T que, a su vez, son las células del sistema inmune que responden para rechazar al trasplante. 

Las NPs se administraron por vía sistémica a ratones con un injerto de piel. Se acumularon preferentemente en la zona del tejido donde la granzima B puede seccionar al extinguidor y liberar al indicador fluorescente de la FTIC, que a continuación es excretado del cuerpo mediante la orina. Posteriormente, para detectar si hubo una respuesta al injerto, se analiza la luminiscencia del FTIC presente en la orina. 

Este método podría determinar si hay un rechazo del injerto en etapas tempranas, evitando así realizar biopsias u otros procedimientos invasivos para asegurar la supervivencia del paciente y, en caso necesario, iniciar medidas para solucionarlo. En el futuro estos sensores podrían aplicarse para estudiar la respuesta en otro tipo de trasplantes. 


La noticia se publicó en Nature y en Nature Biomedical Engineering

jueves, 5 de diciembre de 2019

Diodos emisores de luz con puntos cuánticos de InP@(ZnSe/ZnS).


En este trabajo, investigadores de Corea del Sur diseñaron una ruta de síntesis para lograr puntos cuánticos con estructura tipo núcleo-coraza, de alta simetría (casi esféricos) y con una eficiencia cuántica de casi 100%. El objetivo es sustituir elementos  tóxicos como Cd por alternativas más benignas. El sistema consiste de un núcleo de InP y una coraza de ZnSe. El sistema se optimizó con otra capa de ZnS de modo que el dispositivo final es InP@(ZnSe/ZnS). Presentó una eficiencia cuántica externa de 21.4%, una intensidad de la luz de 100,000 candelas por metro cuadrado y una vida útil de un millón de horas a 100 candelas por metro cuadrado. Estos puntos cuánticos tienen un rendimiento comparable con los que contienen Cd. Las diferentes etapas de la construcción del punto cuántico fueron caracterizadas y evaluadas por diversas técnicas analíticas, ópticas y electrónicas.

Los diodos emisores de luz construidos a partir de puntos cuánticos (QD-LED’s por sus siglas en inglés) han resultado ideales para la construcción de pantallas de grandes dimensiones por sus propiedades como: alta eficiencia, pureza de color, repetibilidad y métodos de fabricación con un costo-beneficio muy favorable.

Los resultados fueron publicados en Nature