jueves, 13 de diciembre de 2018

Bicapa híbrida 2D incrementa el rendimiento de baterías litio-azufre (Li-S)


Las baterías de litio-azufre (Li-S) han llamado la atención por la alta densidad de energía que pueden almacenar, por su bajo costo y por ser amigables con el ambiente. Sin embargo, su vida útil resulta muy corta por la solubilidad de los polisulfuros resultantes. 

Dos grupos de investigadores de China abordaron este problema fabricando bicapas funcionalizadas que consisten en una capa de grafeno exfoliada electroquímicamente, ensamblada a una nanolámina de Co(OH)2que funciona como barrera para los polisulfuros y se coloca entre el cátodo y un separador de polipropileno comercial (ver Figura).

La estructura híbrida resultante (2D EG/Co(OH)2) forma apilamientos de hasta 5.5 μm, con una alta conductividad eléctrica de 900 S/cm, capacidad  de descarga de hasta 918 mAh/g-1a 0.5 C en comparación con 831 mAh/g que se obtienen con estructuras sin la capa intermedia. Además, las baterías de Li–S con las capas intercaladas de EG/Co(OH)2mantienen una capacidad de descarga de 565 mAh/g después de 300 ciclos a 0.5 C, lo que corresponde a una tasa de pérdida de sólo 0.13 % por ciclo. La estrategia de intercalar capas híbridas a base de nanocapas de 2D ofrece la oportunidad de diseñar baterías de larga vida y alta densidad de energía.

Los resultados fueron publicados en la revista Journal of Physics Energy del Institute of Physics (IOP).

martes, 4 de diciembre de 2018

Obtención de nanotubos a partir de cristales de proteínas


El diseño y la construcción de nanomateriales a partir del ensamble de proteínas constituye una importante área de investigación en la biocatálisis y la biomedicina. Sin embargo, existen retos muy importantes para la construcción de estas nanoestructuras, entre ellos, que las proteínas en solución acuosa bajo condiciones variables de pH y temperatura tienen pobre estabilidad estructural. 

Un grupo de   investigadores del Instituto Tecnológico de Tokio  reportó un nuevo método para obtener nanotubos estables a partir de proteínas RuBisCo. Éstas se autoensamblan formando decámeros (15nm) que, apilados mediante residuos de cisteína colocados en su superficie, generan una estructura cristalina de subunidades de la proteína de aproximadamente 60 nm de longitud. Al ensamblar estas subunidades se obtuvieron estructuras supramoleculares cristalinas de nanotubos. Posteriormente, estas estructuras se separaron en una solución alcalina y se obtuvieron nanotubos de proteína. Por otro lado, los investigadores reportaron que los nanotubos mantuvieron la actividad enzimática de la proteína RuBisCo. 

Los nanotubos generados por este método pueden utilizarse en diversas áreas, por ejemplo, el transporte de fármacos.

El trabajo de investigación fue publicado en Chemical Science.
Para más información R&D.

viernes, 30 de noviembre de 2018

Dominios ferroeléctricos nanoestructurados de bajas pérdidas y sintonizables a microondas en los GHz


El ordenamiento de la polarización ferroeléctrica en dominios y la rapidez de su conmutación en respuesta a un campo eléctrico son esenciales para la operación de memorias no volátiles, transductores, dispositivos electro-ópticos, entre otros. Sin embargo, para la fabricación de dispositivos de telecomunicaciones que requieren del control por voltaje de la capacitancia y su operación a muy altas frecuencias, las paredes de dominio se convierten en un obstáculo. De modo natural, el movimiento de estas paredes de dominio promueve altas pérdidas dieléctricas e histéresis en sus respuestas.
Un amplio grupo de investigadores de diferentes instituciones, ha establecido teórica y experimentalmente que, con diseños e ingeniería de dominios ferroeléctricos, se pueden obtener películas delgadas con estructuras de paredes de dominio específicas. Demostraron que dichas paredes pueden oscilar de modo dinámico bajo campos eléctricos muy débiles y ser sintonizadas en el intervalo de frecuencias de las microondas de 1 a 8 Gigahertz. Sus resultados demuestran que las pérdidas dieléctricas disminuyen de 1 a 2 órdenes de magnitud con respecto a las paredes de dominio del bulto.

Los resultados fueron publicados recientemente en Nature.

Mas información en MRS Bulletin.

martes, 20 de noviembre de 2018

Ánodos de Li metálico cubiertos con nanotubos de carbono aumentan la eficiencia de baterías



La creciente demanda de almacenamiento de energía sostenible ha reavivado la necesidad de usar litio metálico  como ánodo en la próxima generación de baterías recargables. Sin embargo, la formación de dendritas durante la carga y descarga en la superficie de los ánodos de Li limita la vida útil y la seguridad de la batería.

Un grupo de científicos de la Universidad de Rice mostró que películas delgadas de nanotubos de carbono de pared múltiple colocadas sobre ánodos de Li metálico (Li-MWCNT) actúan como una interfaz  que controla la difusión de Li  y suprimen el crecimiento de las dendritas  al regular el flujo de iones de Li+durante el ciclo de carga / descarga, alargando la vida de la batería. 

Los resultados muestran que la película de Li-MWCNT eliminó las dendritas durante 580 ciclos de carga / descarga de una batería de prueba con un cátodo de litio sulfatado, conservando el 99.8 por ciento de su eficiencia coulómbica.

Este trabajo muestra que el Li-MWCNT puede ser una solución eficaz y simple para la estabilización de los ánodos de Li metálico.

Los resultados fueron publicados recientemente en Advanced Materials.

Mas información en phys.org.

jueves, 15 de noviembre de 2018

Porfirinas acopladas mecánicamente a nanotubos de carbono



Las porfirinas son cromóforos orgánicos que se han estudiado extensamente. La propiedad de las metaloporfirinas de coordinar reversiblemente ciertos gases ocurre en la naturaleza, por ejemplo, cuando el grupo hemo de la hemoglobina transporta el oxígeno. 

La combinación de porfirinas y nanotubos de carbono (CNT) les brinda propiedades físicas excepcionales.

Un grupo internacional de investigadores sintetizó moléculas de bisporfirina en forma de U que se envuelven alrededor de un nanotubo de una sola pared (SWCNT), formando un anillo alrededor del nanotubo, tipo rotaxano. En este arreglo, las porfirinas están acopladas mecánicamente con los SWCNT.

Este arreglo molecular puede tener aplicaciones en campos como la fabricación de sensores de gases, catalizadores, modelos de sistemas fotosintéticos y otros dispositivos optoelectrónicos.

Los resultados fueron publicados recientemente en la revista Chemical Science de la Royal Chemical Society.

viernes, 9 de noviembre de 2018

Electrocatálisis en sitios individuales platino-oro


Un grupo internacional de investigadores reportó la síntesis de una serie de nanopartículas bimetálicas de platino-oro (Pt-Au) con diámetros del orden de 7 nm, cuya superficie tiene una estructura predeterminada (a la medida). Las partículas pobres en Pt, particularmente Pt4Au96, presentaron una actividad electrocatalítica sin precedente para la oxidación de ácido fórmico. Se obtuvo una densidad de corriente directa de 3.77 A mgPt-1para Pt4Au96, valor que resulta dos órdenes de magnitud mayor al observado en la estructura núcleo-coraza Pt78Au22y a la densidad de corriente de un nanocatalizador de Pt comercial. 

La estructura de la superficie de estas nanopartículas se caracterizó mediante estudios muy detallados y se realizaron simulaciones con teoría del funcional de la densidad electrónica de aquellos catalizadores con mayor rendimiento. Estos estudios revelaron estructuras donde cada sitio ocupados por átomos de Pt en la superficie se rodea de átomos de Au, lo que sugiere que la superior actividad y selectividad catalíticas se deben a esta peculiar estructura y a las propiedades del enlace de la aleación de los átomos individuales en este catalizador.

Los resultados fueron publicados recientemente en Nature Materials.

martes, 23 de octubre de 2018

Nanomaterial de carburo de titanio para la eliminación de urea.


La insuficiencia renal es una enfermedad que puede ser mortal, y para eliminar el metabolito urea los pacientes deben realizarse una diálisis de manera regular. Los dispositivos más modernos de diálisis son caros y todavía demasiado grandes y pesados para ser llevados cómodamente en el cuerpo. Recientemente, un grupo internacional de investigadores reportó  un nuevo nanomaterial bidimensional que llamaron MXene, construido de nanoláminas bidimensionales de carburo de titanio, las cuales intercalan las moléculas de urea entre sus capas nanoestructuradas. Se probó que eliminan hasta 94% de urea en pruebas de sangre. En ensayos a temperatura corporal (37 ºC), el MXene duplicó la cantidad de urea absorbida por gramo de material. 

Por otra parte, en pruebas de biocompatibilidad el MXene no resultó tóxico ni indujo apoptosis en las células sanguíneas, lo que sugiere que es biocompatible. Este material selectivo para la urea presenta nuevas oportunidades para el diseño y miniaturización de un sistema que podría funcionar como un riñón artificial portátil.

Esta investigación fue publicado recientemente en la revista de la American Chemical Society ACS NANO.

jueves, 18 de octubre de 2018

Conmutación de la magnetización en la nanoescala mediante migraciones iónicas



La manipulación de la magnetización en la escala nanométrica por medio de campos eléctricos puede aplicarse para el almacenamiento de información en la naciente espintrónica de baja potencia.

Por otra parte, lejos de ser perjudicial, la variación controlada de la estequiometria local de los materiales, de los perfiles de defectos y estructuras cristalinas, ofrece una plataforma versátil y conveniente para sintonizar sus propiedades físico químicas.

Investigadores de instituciones de China reportan un estudio teórico-experimental enfocado a la tecnología, sobre el control de la conmutación de la magnetización en la nanoescala mediante la migración de iones inducida por campo eléctrico. Demuestran que la migración de iones, tanto los participantes del ordenamiento magnético como los que provienen de fuentes externas, pueden modular la magnetización de un modo efectivo en películas delgadas ferromagnéticas. Este efecto resulta de fácil integración en la fabricación de dispositivos espintrónicos de baja potencia.

Los resultados fueron publicados recientemente en MRS Communications de la Materials Research Society

jueves, 11 de octubre de 2018

Síntesis a temperatura ambiente de láminas micrométricas de grafeno a partir de moléculas simples.


Científicos brasileños demostraron un método sencillo, barato y reproducible de síntesis química del grafeno en condiciones ambientales normales  de temperatura y presión, a partir de moléculas simples, como el benceno o el n-hexano, como precursores. La síntesis de monocapas de grafeno de dimensiones laterales micrométricas se llevó a cabo en la interfaz líquido/líquido  de agua y aceite, utilizando el alto poder oxidante del cloruro férrico sólido. También se sintetizó grafeno dopado con N utilizando piridina como precursor. 

El potencial del nuevo método reside en que se pueden utilizar diversas combinaciones de líquidos inmiscibles para producir grafeno o sus variaciones dopadas empleando otros precursores.

Por otra parte, el método propuesto resuelve el problema tecnológico de transferir el grafeno sintetizado a cualquier tipo de sustrato.

Los resultados de esta investigación fueron publicados recientemente en la revista Chemical Science

viernes, 5 de octubre de 2018

Oxidación espontánea de una monocapa de MoS2 expuesta al aire


El plano basal libre de defectos del MoS2es estable y, por lo tanto, químicamente inerte, lo que le resta versatilidad química y actividad catalítica. 
Sin embargo, un equipo internacional de científicos encontró por primera vez, que una monocapa de MoS2se degrada rápidamente en condiciones ambientales, oxidándose y convirtiéndose en una solución sólida MoS(2-x)Ox. Sin embargo, en las investigaciones estructurales de la monocapa de MoS2se revela que los átomos de oxígeno se incorporan espontáneamente al plano basal durante la exposición al ambiente. Por medio de la microscopía de efecto túnel (STM por sus siglas en inglés) se encontró una reacción en la que algunos átomos individuales de azufre se sustituyen por átomos de oxígeno, formando la solución cristalina 2D de MoS(2-x)Ox. Los sitios del oxígeno presentes en el plano basal actúan como centros de reacción, aumentando sustancialmente la actividad catalítica para la reacción electroquímica de producción de H2.

Los resultados fueron publicados recientemente en Nature Chemistry.

Mas información en Nanotechnology News.

martes, 18 de septiembre de 2018

Nanopartículas metálicas que se transforman en átomos individuales estables


Los catalizadores compuestos por átomos de metales nobles y cúmulos metálicos muy pequeños, tienden a sinterizarse y formar nanopartículas a temperaturas elevadas. Un grupo de investigadores de instituciones de China, reportaron el efecto contrario: nanopartículas de metales nobles (Pd, Pt, Au) soportadas en distintos sustratos se transforman en átomos individuales térmicamente estables, a temperaturas superiores a 900 °C, en atmósfera inerte. 

Este efecto se confirmó mediante microscopía electrónica de transmisión y barrido (STEM) con aberración corregida y por estudios de la estructura fina en la absorción de rayos X (EXAFS). La dinámica del proceso de transformación entre nanopartículas y átomos individuales, se registró in situ en un microscopio electrónico de atmósfera controlada, y se observó una competencia entre el proceso de sinterizado y el  de atomización. Los cálculos realizados con la teoría del funcional de la densidad electrónica, revelaron que esta transformación se debe a la formación de una estructura termodinámicamente más estable Pd-N4, que muestran superior actividad y selectividad en procesos de semi-hidrogenación de acetileno.

Estos estudios fueron publicados en Nature Nanotecnology.

miércoles, 12 de septiembre de 2018

Nuevo nanomaterial terapéutico que abate síntomas ocasionados por la artritis reumatoide


La artritis reumatoide es una enfermedad que ocasiona inflamación crónica en las articulaciones y es una de las principales causas de discapacidad motriz. Los terapéuticos biológicos actuales como las anti-citosinas no han obtenido los resultados esperados debido a la compleja red de interacciones intermoleculares en los sitios de inflamación. 

Un grupo de la Universidad de California en San Diego, desarrolló un nanomaterial que consiste en nanopartículas esféricas de aproximadamente 50 nm de un polímero de ácido poliglicólico (PLGA),  recubiertas con membranas de células del sistema inmune (neutrófilos). 

Estos compositos adquieren los receptores de la membrana celular y se comportan como nanoesponjas, absorbiendo de manera específica las moléculas que desencadenan el proceso inflamatorio. En pruebas in vivo, las  nanoesponjas también mostraron alta penetrabilidad en el tejido con colágeno y protegieron contra daños posteriores.

Esta nanotecnoIogía abre el camino hacia nuevos materiales biomiméticos, biodegradables y de  mayor eficiencia que las terapias tradicionales. 

El trabajo fue publicado recientemente en Nature Nanotechnology.

más información en Phys.org.

jueves, 6 de septiembre de 2018

Comportamiento dieléctrico anómalo del agua confinada en la nanoescala


Teóricamente se predice que la constante dieléctrica del agua interfacial debe ser mucho menor que el valor ε ≈ 80 correspondiente al agua en bulto, debido esencialmente a la pérdida de la libertad de rotación de los dipolos.

Empleando la microscopía de fuerza atómica y con la construcción de un arreglo experimental basado en canales delgados fabricados con nitruro de boro hexagonal (hBN) aislante, situados sobre una base de grafito conductor, un grupo internacional de investigadores, estudió el comportamiento dieléctrico del agua confinada en dichos canales, cuya altura puede variar de 1 a 300 nm. Sus experimentos revelan que, en capas interfaciales, el agua exhibe una polarización muy pequeña con ε de aproximadamente 2.  Demostraron que una capa de agua de 2 a 3 moléculas de espesor es dieléctricamente inactiva. 

Los resultados son de gran utilidad para las teorías que describen las interacciones superficiales mediadas por el agua y abre el camino a la investigación de las propiedades dieléctricas de otros fluidos o sólidos bajo condiciones de confinamiento.

Los resultados se publicaron recientemente en Science.

Mas información en MRS Bulletin.

miércoles, 29 de agosto de 2018

Micrografía multifotónica de baja irradiancia con nanocristales aleados de NaYF4 dopados con lantánidos


Uno de los métodos más comunes de generar imágenes de células y tejidos en un cuerpo vivo consiste en introducir partículas fluorescentes cuya luminiscencia es excitada por un láser. Sin embargo, para evitar los daños por radiación que sufren las células por la excitación con el láser, es necesario reducir la potencia de la radiación,  lo que a su vez reduce en gran medida la sensibilidad del método.

Un equipo de físicos estadounidenses recientemente descubrió que el uso de nanopartículas con una estructura de coraza inerte y un núcleo activo de tetrafloruros NaYF4dopados con iterbio y erbio, puede mejorar significativamente la sensibilidad  de la microscopía multi-fotón utilizada para la obtención de imágenes de tejidos in vivo. Estas partículas, de aproximadamente 12 nm de tamaño,   producen imágenes en ratones con un contraste mayor a 25 veces la relación de señal/fondo, a profundidades de varios milímetros de tejido y con una potencia de irradiación de solo 0,1 Watts/cm2.  

Los investigadores demostraron que, al aumentar la concentración de iones emisores de Er3+ en la coraza, se incrementan los procesos de absorción, impidiendo la saturación de los átomos sensibilizadores de Yb3+, así como la absorción directa de fotones.  

Como resultado aumenta la sensibilidad del método, lo que hace posible, en condiciones in vivo, obtener imágenes detalladas de tejidos humanos y animales localizados a mayor profundidad de la superficie. En el futuro, tales nanopartículas contribuirán a desarrollar métodos para la visualización  no destructiva de los tejidos profundos.

Los resultados fueron publicados recientemente en Nature Communications.

jueves, 23 de agosto de 2018

Cúmulos de plata que emiten luz


Los cúmulos de átomos de plata atrapados en zeolitas, un material poroso con pequeños canales y cavidades, tienen notables propiedades emisoras de luz. Un equipo interdisciplinario de físicos y químicos de Bélgica demostró por primera vez el mecanismo de estas propiedades.
Los cúmulos de plata fueron irradiados en la Instalación Europea de Radiación Sincrotrón en Grenoble, lo que proporcionó información sobre la estructura y las propiedades del material. Se obtuvo evidencia de que se trata de cúmulos de cuatro átomos de plata en forma de tetraedro rodeados por moléculas de agua.

Los cúmulos, aunque tienen una estructura compuesta de varios átomos, tienen propiedades electrónicas parecidas a las de un solo átomo por lo que se les llama “superátomos”. Las propiedades ópticas de los cúmulos se originan en dos electrones que se mueven libremente.

Al ser excitados con la luz del sincrotrón, estos electrones decaen de un nivel de energía más alto a uno más bajo, emitiendo luz en el intervalo de frecuencia del verde. Estas observaciones experimentales se confirmaron mediante cálculos teóricos avanzados.

Los resultados de este trabajo podrán tener aplicaciones en fuentes de iluminación alternativas, entre otras cosas.

El estudio se publicó recientemente en Science.

miércoles, 15 de agosto de 2018

Autoensamble de nanojaulas inorgánicas de alta simetría dirigido por micelas surfactantes



A partir del ADN, ARN o proteínas, es posible ensamblar objetos de tamaño nanométrico, con estructuras simétricas y con forma de cajas poliédricas, particularmente con simetría icosaédrica, para aplicaciones en biología o medicina. Este logro se debe por una parte a los avances en el desarrollo de materiales biológicos en los que se puede programar el autoensamble. 

Por otra parte, se ha logrado caracterizar con alta resolución estructuras biológicas a  partir de imágenes de nanopartículas individuales producidas por el microscopio electrónico criogénico.
Sin embargo, esta técnica no se había aplicado para identificar nanomateriales inorgánicos sintéticos con forma de jaulas altamente simétricas.

En este trabajo un grupo internacional de investigadores (E.U.A. y Bélgica) propone la existencia de nanojaulas de sílica (menores a 10 nm) con estructura dodecaedral, a partir de microscopía electrónica criogénica y reconstrucciones en 3D de partículas aisladas. Las nanojaulas con alta simetría y auto-ensambladas se forman a partir de cúmulos de silica en solución acuosa sobre la superficie de micelas surfactantes cargadas pero con signos opuestos.

Este descubrimiento abre el camino para una amplia variedad de materiales inorgánicos que podrán usarse como elementos de construcción y aplicaciones como materiales funcionales avanzados.

Los resultados fueron publicados recientemente en la revista Nature.

martes, 7 de agosto de 2018

Sensores nanoestructurados para la detección de alimentos descompuestos

El protocolo de comunicación de campo cercano (NFC, por sus siglas del inglés near field communication) es una tecnología inalámbrica diseñada para que dispositivos móviles transmitan datos de manera instantánea y a corta distancia. Esta tecnología se utiliza actualmente para desarrollar sensores acoplados a teléfonos inteligentes que puedan detectar la calidad del ambiente e indicadores biométricos.

Un grupo internacional de investigadores desarrolló un sensor NFC de gases para aminas volátiles biogénicas, como las que  produce   la carne en descomposición. Este sensor  se compone de polímeros nanoestructurados de polianilina dopada con Fe(III) sulfonato de p-tolueno con dimensiones de entre 60 – 200 nm,  que funcionan como interruptores de   corriente cuando la concentración de las aminas volátiles aumenta en los alimentos. Este sensor de gas-NFC es sensible a concentraciones de hasta 5 ppm de aminas como la putrescina, la cadaverina y el amonio. La sensibilidad del sensor de gas-NFC detectó concentraciones de aminas volátiles menores a las que se producen durante las etapas iniciales de la putrefacción.


La noticia fue publicada recientemente en Nano Letters.

miércoles, 20 de junio de 2018

Bioestructuras minimalistas inspiradas en priones diseñadas para crear nanomateriales



La naturaleza provee de una gran cantidad de ejemplos de materiales auto-ensamblados; por ejemplo, las nanofibras formadas por las proteínas cerebrales llamadas amiloides, que a su vez están asociadas a muchas enfermedades degenerativas. Los priones son un subconjunto de proteínas amiloides con capacidades sorprendentes para conmutar entre una conformación soluble y un estado amiloide auto-perpetuante. Las estructuras amiloides sintéticas se han convertido en un método de la biotecnología que, imitando la naturaleza, logra nuevos materiales avanzados para la biomedicina y la nanotecnología.

Investigadores de Barcelona han generado cuatro péptidos, moléculas de menor tamaño que las proteínas y las más pequeñas sintetizadas hasta ahora, que pueden auto-ensamblarse de manera controlada, y a partir de ellas sintetizaron nanomateriales. Demostraron que un diseño adecuado puede permitir que el tamaño de la secuencia de los priones sintéticos se reduzca a sólo 7 aminoácidos sin perder sus propiedades de autoensamblaje.

El autoensamblaje de proteínas en fibras estables permite crear estructuras supramoleculares que pueden ser usadas como nanoconductores, estructuras fotovoltaicas y catalizadores. 

Los resultados fueron publicados recientemente en ACS Nano

Mas información en Nanotechnology News.

jueves, 14 de junio de 2018

Nuevo bolómetro basado en grafeno



El bolómetro es un dispositivo monitor de la radiación electromagnética a través del calentamiento de un material absorbente. Se utiliza principalmente por astrónomos para medir la radiación de objetos en el Universo. 

La mayoría de estos dispositivos tienen un ancho de banda limitado y deben funcionar a temperaturas ultrabajas, de Helio líquido en algunos casos. Un grupo internacional de investigadores desarrolló una alternativa de bolómetro basado en grafeno, ultrarrápido, más sensible, que puede funcionar a temperatura ambiente y es menos costoso. La baja capacidad calorífica electrónica y el débil acoplamiento electrón-fonón del grafeno lo hace un medio bolométrico sensible que permite medir anchos de banda mayores.   

El desarrollo de este nuevo bolómetro facilitará observaciones astronómicas en un espectro más amplio de emisiones y, como subproducto, el desarrollo de nuevos sensores de calor y dispositivos de procesamiento de información.

Los resultados fueron publicados en la revista Nature Nanotechnology

Mas información en Nanotechnology News

jueves, 7 de junio de 2018

Crecimiento de nanolistones de MoS2 por vía vapor-líquido-sólido


El depósito de películas delgadas a partir de la descomposición química de vapores (CVD por sus siglas en inglés) generalmente implica la descomposición química de un vapor para obtener un material sólido, a partir de un precursor en fase vapor, siguiendo una ruta vapor-sólido-sólido. En este trabajo, un grupo internacional de investigadores  reporta un nuevo proceso que implica una transformación vapor-líquido-sólido para obtener una monocapa de MoS2con forma de nanolistones. El crecimiento del nanolistón se inicia con la reacción de MoO3y NaCl que produce gotas de Na-Mo-O. Estas gotas constituyen el paso intermedio para el crecimiento de MoS2cuando se saturan con azufre. La orientación muy bien definida de los nanolistones revela el movimiento horizontal de las gotas durante el proceso de crecimiento. Utilizando microscopía electrónica de transmisión en modo barrido (STEM) de alta resolución, así como microscopía de generación de segundo armónico, se demostró que los nanolistones crecen de modo homoepitaxial sobre monocapas de MoS2. Estos resultados demuestran la potencialidad de crecer de modo controlado, arreglos nanoestructurados de dimensiones atómicas para posibles aplicaciones en dispositivos nanoelectrónicos.

Los resultados fueron publicados recientemente en Nature Materials.

jueves, 31 de mayo de 2018

Nano-vehículos para la entrega de nutrientes en plantas

Entre las estrategias actuales más prometedoras de administración de fármacos se encuentran los nano-vehículos basados en micelas de fosfolípidos, también llamados liposomas. Sin embargo, la utilidad de tales nano-vehículos ha sido poco explorada en las plantas. Un grupo del Israel Institute of Technology demostró que los liposomas pueden utilizarse como nano-vehículos para la entrega controlada de nutrientes por aspersión en cultivos de interés comercial, como el tomate. Los liposomas se produjeron a partir de cadenas saturadas de lecitina de soya y se caracterizaron mediante dispersión de la luz en modo dinámico  y criomicroscopía electrónica de transmisión (cryoTEM). En un experimento control, se aplicaron liposomas de entre 80 -100 nm, cargados con EuCl3a plantas sanas y se demostró que los liposomas penetran las hojas y entregan su carga. La carga puede llegar incluso hasta las raíces. 

Las plantas de tomate tratadas con liposomas cargados con Fe y Mg revirtieron la deficiencia aguda de nutrientes, debido a que se asimilaron los nutrientes hasta en un 33%, en comparación con menos del 1% cuando se aplican los nutrientes sin vehículo.


Publicado recientemente en Nature Scientific Reports
Mas información en Science News

jueves, 24 de mayo de 2018

Influencia de las fronteras de grano en la conductividad iónica de anti-perovskitas


El desarrollo de electrolitos sólidos como el compuesto anti-perovskita Li3OCl ha permitido la fabricación de baterías de iones de Li totalmente de estado sólido, de gran interés para la industria electrónica portátil. Tales baterías superan a las comerciales de electrolitos líquidos en cuanto a la duración y seguridad debido a que los electrolitos sólidos no son volátiles  ni inflamables. Sin embargo,  un problema por resolver a escala atómica es el efecto de las fronteras de grano (GB, del inglés grain boundaries) sobre el transporte iónico del Li, que lleva a inconsistencias entre la alta conductividad de bulto de los compuestos anti-perovskita y los bajos valores observados experimentalmente en policristales. 

Empleando la simulación mediante dinámica molecular, un grupo de investigadores del Reino Unido y Francia estableció un modelo de electrolito policristalino que permite cuantificar el impacto de las fronteras de grano sobre la conductividad en función del tamaño de grano. Sus estudios demuestran que los compuestos anti-perovskita como el Li3OCl desarrollan mayores concentraciones de fronteras de grano comparados con perovskitas como el SrTiO3. Estas fronteras ofrecen alta resistencia al paso de los iones de Li entre los granos; su efecto es más fuerte para tamaños de granos < 100 nm donde la conductividad es dominada por las fronteras de grano. 

Los resultados fueron publicados recientemente en Journal of American Chemical Society.

Mas información en MRS Bulletin News.

viernes, 18 de mayo de 2018

Síntesis “de abajo hacia arriba” de grafeno nanoporoso multifuncional

La inclusión de poros de dimensiones nanométricas en el grafeno, puede convertirlo  de semi-metal a semiconductor y transformarlo de una película de membrana impermeable a un tamiz molecular muy efectivo. Sin embargo, producir  poros hasta de un nanómetro y al mismo tiempo cumplir con las estrictas restricciones estructurales impuestas por las aplicaciones, representa un gran problema para las estrategias de síntesis existentes "de arriba hacia abajo".  Los autores, de varias instituciones de España, proponen un nuevo método de síntesis de "abajo hacia arriba", para sintetizar grafeno nanoporoso con  una matriz ordenada de poros, cuyos tamaños se pueden ajustar  hasta 1 nanómetro. El tamaño, la densidad, la morfología y la composición química de los poros se definen con precisión atómica mediante el diseño de los precursores moleculares. El grafeno nanoporoso es un semiconductor altamente versátil que presenta propiedades de  tamizado y detección eléctrica de especies moleculares, simultáneamente.
Los resultados fueron publicados recientemente en Science.

viernes, 11 de mayo de 2018

El hemateno, nuevo material bidemensional a partir de la hematita

A partir del descubrimiento del grafeno, el material bidimensional más estudiado, se han sintetizado muchos materiales inorgánicos que consisten de una capa bidimensional (2-D). Los minerales son los mejores precursores para producir capas atómicas altamente ordenadas y de grano grande mediante exfoliación. A partir de la exfoliación de mineral de hierro, hematita (α- Fe2O3), un grupo internacional de investigadores de la Universidad de Rice, en EUA, procesó un nuevo material bidimensional  al que denominaron “hemateno”. La morfología bidimensional del hemateno se confirmó por microscopía electrónica de transmisión. Las mediciones magnéticas junto con los cálculos de la teoría funcional de la densidad confirman el orden ferromagnético en el hemateno, mientras que la hematita exhibe un orden antiferromagnético. Cuando se carga en matrices de nanotubos de titanio, el hemateno mejora la actividad fotocatalítica con luz visible.

Publicado recientemente en Nature Nanotechnology

Mas información en Phys.org/Nanotecnology

miércoles, 2 de mayo de 2018

Confinamiento de plasmones en una heteroestructura van der Waals en el espacio de un átomo.

En un reporte reciente, investigadores del Instituto de Ciencias Fotónicas de Barcelona, España, anunciaron que es posible confinar luz en una heteroestructura tipo van der Waals, formada por monocapas de grafeno y de nitruro de boro hexagonal (hBN) (aislante) y sobre ésta un arreglo de rodillos metálicos. Utilizaron grafeno porque se comporta como guía de luz debido a las oscilaciones electrónicas (plasmones) que interactúan fuertemente con la luz y observaron la propagación de plasmones entre la capa metálica y el grafeno. Para alcanzar el máximo confinamiento, redujeron el espacio entre el grafeno y el metal, hasta que el separador aislante de hBN consistió de una monocapa, y el confinamiento de la luz se mantuvo sin registrar pérdidas de energía adicionales. Así, fue posible continuar con la excitación de los plasmones, que se propagaron libremente confinados en ese reducido espacio de un átomo de anchura. Controlaron el proceso aplicando un voltaje, demostrando así la posibilidad de propagar luz a lo largo de canales con dimensiones inferiores a un nanómetro.

Los resultados se publicaron recientemente en Science.

viernes, 20 de abril de 2018

Diseño de un nanorector biocatalítico para el tratamiento de cáncer de mama.



El tamoxifeno es la terapia endócrina estándar para el cáncer de mama, y requiere la activación metabólica de las enzimas del citocromo P450 (CYP). Sin embargo, las bajas concentraciones  y actividad limitada del CYP en algunas células tumorales, que las dosis administradas de tamoxifeno sean altas y, por lo tanto, generan efectos secundarios como daño al ADN y quimiorresistencia. 

Recientemente, un grupo de investigadores del CNyN-UNAM, México, desarrolló un nanorreactor biocatalítico que incorpora CYP dentro de una cápside viral del bacteriófago P22, la cual está funcionalizada con un fotosensibilizador y estradiol. Este diseño, proporciona una terapia dirigida y combinada que reduce la dosis necesaria de tamoxifen. Las nanopartículas funcionalizadas con estradiol son reconocidas e internalizadas por las células tumorales de mama ER+, incrementando la actividad intracelular del CYP y produciendo especies reactivas de oxígeno (ROS) tras la irradiación con UV (365nm). La generación de ROS en sinergia con la actividad enzimática CYP mejora drásticamente la sensibilidad al tamoxifeno in vitro, inhibiendo la proliferación de las células tumorales. 

Los resultados fueron publicados recientemente en Journal of Nanobiotechnology.

jueves, 12 de abril de 2018

Nueva microscopía de rayos-X duros con resolución de 10 nm.



Una nueva técnica de microscopía multimodal de barrido que emplea rayos-X duros ha sido desarrollada en el National Synchrotron Light Source II del Brookhaven National Laboratory por investigadores del laboratorio y de otras universidades de  EUA.  La microscopía desarrollada utiliza un haz coherente y monocromático de alta energía (12 keV), que permite lograr imágenes con una alta resolución espacial de 10 nm. Varias técnicas se usan para caracterizar y verificar el área focalizada y la resolución de la imagen. Lo multimodal de la técnica  consiste en un análisis simultáneo de contraste de absorción, fase y fluorescencia. Esta técnica tiene gran potencial de aplicación en la ciencia de materiales, y particularmente en la nanociencia y el desarrollo de nanotecnología.

Los resultados fueron publicados recientemente en Nano Futeres del IOP

Mas información enanotechweb.org 

jueves, 5 de abril de 2018

Desarrollo de un nanocompuesto funcionalizado que emite UV para tratamiento del cáncer aplicando terapia fotodinámica indirecta


La terapia fotodinámica através de nanocompuestos es un tratamiento prometedor para combatir el cáncer. Sin embargo, su aplicación en tumores profundos es limitada debido a la baja penetración de la luz visible. Recientemente, la terapia inducida por rayos X ha adquirido relevancia por su penetración ilimitada en tejidos.
Investigadores del CNyN-UNAM y CICESE desarrollaron un nanocompuesto centellante tipo núcleo-coraza basado en aluminato de itrio dopado con praseodimio y recubierto con sílice mesoporoso, funcionalizado con protoporfirina IX y ácido fólico para su potencial aplicación en este tipo de terapias. Los resultados mostraron que la emisión en la región ultravioleta genera especies reactivas de oxígeno en las protoporfirinas que se encuentran dentro de la coraza mesoporosa.
Mediante estudios in vitro, los investigadores demostraron que las células cancerosas que expresan el receptor específico de folato, presentaron afinidad hacia el nanocompuesto. 
En líneas celulares de cáncer de mama y próstata, demostraron in vitroque la radiación directa con luz ultravioleta (254 nm) indujo la producción de especies reactivas de oxígeno por la activación de la protoporfirina IX, lo cual ocasionó muerte de las células canceroras. Estos resultados indican que los nanocompuestos sintetizados tienen un excelente potencial para su uso en la terapia futura con rayos X en tumores profundos. 

Los resultados fueron publicados recientemente en Journal of Nanobiotechnology

jueves, 22 de marzo de 2018

El efecto ignorado del género celular en la absorción de nanopartículas



La absorción celular de nanopartículas (NP) depende de la naturaleza del sistema nano-bio, que incluye: 1) los componentes sólidos, por las propiedades físico-químicas de las NP; 2) las nanobiointerfaces, como la composición protéica de la corona; y, por otro lado, 3) las características celulares, por ejemplo, el tipo de célula y su penetrabilidad. El papel del género de la célula en la captación de NP no se había considerado en los estudios de la interfaz nano-bio. Una colaboración internacional de investigadores ha demostrado que el género de las células afecta significativamente la facilidad con la que absorben las nanopartículas. Las células madre amnióticas humanas (human amniotic stem cells) (hAMSCs) masculinas y femeninas presentan diferencias en la penetrabilidad y la absorción de NP, siendo mayor en las femeninas.

Los resultados fueron publicados en la revista de American Chemical Society, ACS Nano.

jueves, 15 de marzo de 2018

Método para crecer grafeno cristalino en áreas grandes


Existe un gran interés por la fabricación de materiales bidimensionales (2D) monocristalinos de gran tamaño. Por lo general, el crecimiento epitaxial se considera el método de elección para la preparación de películas delgadas monocristalinas, pero requiere sustratos monocristalinos para el depósito. Un grupo de científicos del Laboratorio Nacional Oak Ridge de Estados Unidos, desarrolló un nuevo método para producir películas de grafeno monocristalinas sobre sustratos policristalinos.
La realización experimental del método se basa en el enfoque de selección evolutiva. El método consiste en la "autoselección" de la orientación de dominio de crecimiento más rápido, que eventualmente sobrepasa los dominios de crecimiento más lento y produce una película 2D continua de un monocristal.
Las películas de grafeno de 30 cm de ancho muestran crecimiento lineal a una velocidad de hasta 2,5 cm h-1 y poseen la calidad de un monocristal. Se anticipa que el enfoque propuesto podría adoptarse para la síntesis de otros materiales 2D y heteroestructuras.

Los resultados fueron publicados recientemente en Nature Materials


Mas información en Nanotech News

jueves, 8 de marzo de 2018

Nanorobot de DNA activado con señales moleculares in vivo en terapias para cáncer



Aplicando estructuras tipo origami de DNA, investigadores de  University of Chinese Academy of Sciences y National Center for Nanoscience and Technology  de Beijing, China,  construyeron robots autónomos programados para transportar fármacos y llevarlos a tumores específicos. Los nanorobots, funcionalizados en su exterior con aptámeros de DNA enlazan nucleolina, (proteína que se expresa específicamente en tumores asociados a células endoteliales) con la trombina proteasa (responsable de la coagulación de la sangre) que se encuentra en cavidades en su interior. El aptámero utilizado para ubicar la nucleolina tambien se utiliza para disparar la señal que abre mecánicamente al nanorobot. De esta manera, la trombina contenida en su interior queda expuesta y activa la coagulación en los vasos sanguíneos del tumor e inducen una trombosis intravascular que genera necrosis inhibiendo el crecimiento del tumor.  Se probó la inocuidad de los nanorobots que resultan inmunológicamente inertes en ratones y cerdos Bama. Los datos demuestran que los nanorobots de DNA representan una estrategia prometedora para el transporte y dosificación precisa en terapias de cáncer.                     

Estos resultados fueron publicados recientemente en Nature Biotechnology


Mas información en nanotechweb.org