Nanotubos de carbono aplicados a la desalinización

El transporte de agua a través de nanotubos de carbono tipo porinas (CNTPs) ha planteado la posibilidad de utilizarlos en la próxima generación de tecnologías para tratamiento de agua. Científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore de California  y de la Universidad Northeastern de Massachusetts encontraron que cuando las moléculas de agua se confinan dentro de CNTPs del orden de 0.8 nanómetros de diámetro, la permeabilidad de los nanotubos aumenta con respecto a la de CNTs con poros más grandes y hasta en 10 órdenes de magnitud con respecto a los transportadores biológicos (acuaporinas). Cuando las moléculas de agua penetran en los CNTPs, reordenan sus enlaces de hidrógeno formando una cadena lineal, lo que permite superar la hidrofobicidad de los nanotubos, aumentando de esta manera la eficiencia en su transporte. Por otra parte, los CNTPs presentan selectividad iónica sintonizable con una configuración semejante a la de un diodo iónico conmutable, capaz de bloquear el transporte de ciertos aniones, incluso en salinidades que exceden los niveles del agua de mar. Estas propiedades hacen de los CNTPs un material prometedor para el desarrollo de tecnologías de membranas de separación.

Esto fue publicado recientemente en Science

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Dispositivo con películas nanoporosas inmunoprotectoras para el tratamiento de la diabetes por reemplazo de células beta

Investigadores de la Univ. de California en San Francisco encapsularon cúmulos de células troncales embrionarias diferenciadas hacia células tipo-β pancreáticas (hES-BC) en una bolsa de un nanomaterial poroso, lo que constituye un  prometedor tratamiento de la diabetes sin tener que suprimir, de modo crónico, el sistema inmunológico de los pacientes. La cápsula contiene un película delgada del polímero policaprolactona con poros de un diámetro que no permite el paso de células del sistema inmune, pero sí el intercambio de oxígeno, nutrientes, glucosa e insulina. Aparentemente, el dispositivo ha funcionado hasta 6 meses después de ser implantado en ratones.

Los resultados fueron publicados en ACS Nano

Nanopartículas magnetizadas funcionalizadas con virus antibacterianos

Los sistemas de tratamientos de agua presentan la formación de biopelículas donde se alojan bacterias  que  producen olores fétidos, además de estar relacionadas con la corrosión de los mismos sistemas. Investigadores de la Universidad de Rice y la Universidad de Ciencias y Tecnología de China desarrollaron cúmulos de nanopartículas magnéticas de óxido de hierro recubiertas con quitosán y funcionalizadas con virus bacteriófagos (virus que infectan y se propagan en bacterias) que, bajo la acción de campos magnéticos débiles, son capaces de penetrar y destruir, las biopelículas. El cargamento letal de virus bacteriófagos de dichos nanocúmulos  impidió la propagación de diferentes especies bacterianas patógenas como E. coli y Pseudomonas.

Los resultados fueron publicados recientemente en Environmental Science: Nano

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Compuerta lógica de ondas de espín para espintrónica y magnónica

El escalamiento de la nanoelectrónica basada en estructuras CMOS está limitado esencialmente por efectos de calentamiento, por lo que se requiere del desarrollo de nuevas tecnologías de ultrabaja potencia de operación. Tal es el caso de la magnónica, que emplea sistemas de ondas de espín y sus cuantos, los magnones, como portadores de datos.

Un grupo internacional de científicos ha desarrollado recientemente un prototipo de compuerta lógica mayorante, basada en la interferencia de ondas de espín en una estructura de guías de onda usando un compuesto Garnet de Ytrio-Hierro. Las ondas de espín poseen frecuencias características en la región de los GHz de modo que sus longitudes de onda pueden ser sintonizadas en la escala de los nanómetros.

La compuerta lógica combina tres entradas con la información codificada en fase de 0 o π, y es mayorante porque la fase de la señal de salida siempre representa la mayoría de los tres estados de fase en las entradas. La compuerta, que puede operar a menos de 1 nanosegundo, podrá ser utilizada en circuitos de suma o en sistemas de protección contra errores.

Los resultados fueron publicados recientemente en Applied Physics Letters

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Reforzamiento gigante del campo electromagnético inducido por nanopartículas dieléctricas de alto índice

Para la miniaturización de elementos de la nanoelectrónica es importante crear campos electromagnéticos intensos concentrados en un volumen mínimo.

Un equipo internacional demostró experimentalmente el reforzamiento de la intensidad del campo magnético en regiones nanométricas del interior de un cilindro dieléctrico de alto índice de refracción. El reforzamiento fue de más de dos órdenes de magnitud con respecto al campo de la onda incidente. Los resultados fueron respaldados por cálculos teóricos que predicen que tal fenómeno es general y que se debe observar en cualquier nanopartícula dieléctrica de dimensiones menores que la longitud de la onda incidente. La nanopartícula dispersa la luz y actúa como un embudo, recogiendo radiación incidente de un área grande y concentrándola en un volumen pequeño. Los investigadores demostraron que el campo no sólo penetra la partícula, sino que la intensidad del campo se refuerza. 

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La combinación grafeno-dicalcogenuros podría favorecer la disociación eficiente de agua para producir energía limpia

Investigadores de Estados Unidos, China y Japón reportaron un nuevo catalizador para la disociación de la molécula de agua y así producir hidrógeno, un combustible limpio . Su propuesta consiste en una aleación de grafeno con disulfuro de tungsteno-molibdeno (W_xMo_1-xS₂). Se trata de una película delgada en la que se alternan capas de grafeno y el dicalcogenuro. Los resultados indican que el catalizador aumenta la eficiencia del proceso ya que, utilizando sólo MoS₂, la  diferencia de potencial requerida para la disociación del agua es de 200 milivoltsy con el nuevo catalizador se reduce a 96 milivolts. Esto se compara favorablemente con el platino, catalizador más comúnmente utilizado para este proceso.

Para mayores detalles consultar ACS Nano, 2017.

Desarrollan nueva forma de carbono más dura que el diamante y flexible como el caucho

La capacidad única del carbono de tener estados de hibridación tipo sp, sp2 y sp3 da lugar a una variedad  de atributos físicos y químicos, que incluyen excelentes propiedades mecánicas y eléctricas.

Un grupo de investigadores de China y de Estados Unidos, mostró que combinando el carbono elástico, (enlaces sp2) con el carbono duro, (enlaces sp3), y comprimiéndolo  a diversas temperaturas se induce la flexión local de las hojas de grafeno  en los nodos sp3. Así se forman redes interpenetrantes de grafeno con desorden de largo alcance y orden de corto alcance a escala nanométrica. 

Este tipo de carbón vítreo presenta una extraordinaria resistencia a la compresión   y simultáneamente una robusta recuperación elástica en respuesta a las deformaciones locales. Este tipo de carbono es ultraligero, óptimo para una amplia gama de aplicaciones multifuncionales.

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