Arreglo nanobiosintético fotoactivo para la producción de hidrógeno

Un grupo internacional de investigadores desarrolló un método para generar hidrógeno utilizando una bomba de protones transmembranal, sintetizada en el laboratorio, compuesta por nanodiscos lipídicos que contienen embebidas enzimas llamadas bacteriorodopsinas. Posterior a su ensamble, la bomba de protones se acopla con nanopartículas de Pt/TiO₂.  Bajo la acción de luz visible o verde monocromática, en condiciones de pH neutro y temperatura ambiente, este arreglo nanobiosintético genera una corriente de electrones que permite la producción de hidrógeno a partir de agua con metanol. El sistema produce 240 μmol de hidrógeno/μmol proteína-h con luz verde monocromática y 17.74 mmol de hidrógeno/μmol proteína-h con luz blanca.

Los resultados se publicaron recientemente en ACS Nano, 11.

Más información en Science Daily.

Medidas de alta precisión del acoplamiento electrón-fonón

Muchas de las nuevas propiedades en materiales complejos surgen del acoplamiento de diferentes grados de libertad como la carga, el orbital, el espín y la red cristalina. En particular, la correlación cooperativa entre las interacciones electrón-fonón y las electrón-electrón se sugiere teóricamente como la causante de la superconductividad no convencional; sin embargo, la verificación experimental ha estado faltando.

Un grupo internacional determinó cuantitativamente la intensidad del acoplamiento electrón-fonón mediante medidas de muy alta precisión en películas epitaxiales de FeSe crecidas sobre sustratos de SrTiO₃. Los investigadores combinaron dos experimentos realizados en el dominio del tiempo, acoplados coherentemente  en la región de los THz,  lo que posibilita extraer la información de un modo fonónico con alta precisión. Así, se excita la red cristalina con pulsos ultra rápidos (en femtosegundos) de fotones del infrarrojo, la dinámica del desplazamiento de la red (en niveles subpicométricos) se mide por difracción de rayos-X, y el corrimiento de la energía de la banda (en milielectronvolts)  se determina por espectroscopía de fotoemisión. La metodología desarrollada provee una técnica puramente experimental, libre de simulaciones que brinda una información completa en tiempo, espacio, moméntum y energía con alta sensibilidad y precisión y, además, concuerda con los cálculos teóricos publicados anteriormente

Los resultados pueron publicados recientemente en Science.

Más información en MRS Bulletin News.

Diseño controlado de puntos cuánticos en 2D

Investigadores de la Universidad de California en Santa Bárbara, Estados Unidos,  lograron producir arreglos ordenados de puntos cuánticos, controlando posición y el tamaño de los mismos en materiales bidimensionales (2D) como  disulfuro de molibdeno (MoS₂), 

La configuración de los puntos cuánticos en una superestructura 2D permite ajustar la brecha de banda entre 1.81 eV y 1.42 eV sin pérdida del rendimiento fotoluminiscente.  Con este método se producen matrices de puntos cuánticos en amplias zonas de la superficie con densidad espacial a escala nanométrica. Los puntos cuánticos interfieren entre sí y crean cristales artificiales. Así se pueden fabricar dispositivos emisores de luz como láseres con materiales en 2D a longitudes de onda deseadas. Esta técnica también abre la posibilidad de montar sistemas de información cuántica a gran escala y  materiales  artificiales en 2D.

Los resultados fueron reportados recientemente en : Scientific Reports 7

Mas información en: Nanotechnology News

Nanopartículas nucleantes para impresiones 3-D de aleaciones de aluminio

La impresión de materiales en 3-D es una tecnología que se está desarrollando en industrias como la aeroespacial, biomédica, automotriz y otras. En la actualidad sólo AlSi₁₀Mg, TiA_l6V₄, CoCr e Inconel 718 pueden ser utilizadas para impresión en 3D. Más de 5,500 aleaciones presentan problemas al fundir y solidificarlas ya que generan fisuras y fallas en la microestructura. Investigadores de la Universidad de California (Santa Bárbara) y de los laboratorios HRL, introdujeron  nanopartículas de nucleantes para controlar la solidificacíón de la aleación durante el proceso de manufactura aditiva. Las nanopartículas se escogieron de acuerdo a su cristalografía y se ensamblaron sobre polvos de aluminio tipo 7075 y 6061. Los aluminios, que antes eran incompatibles con la manufactura aditiva, se pudieron procesar aplicando la fusión selectiva con (a) láser. El material resultó libre de fisuras, con microestructura de granos finos, equiaxiales y con una resistencia equivalente a la del metal forjado. Así, se establecen las bases para la manufactura aditiva de otras aleaciones como las super-aleaciones de níquel y los intermetálicos.

Los resultados se publicaron recientemente en Nature,549

Tratamiento de infecciones cutáneas por hongos usando nanopartículas

Las infecciones fúngicas de la piel, el cuero cabelludo o las uñas afectan alrededor del 25% de la población mundial y representan millones de tratamientos médicos anualmente. Tales infecciones se limitan principalmente a las capas superficiales de la epidermis. No obstante, estos hongos  son capaces de invadir la dermis y tejidos subcutáneos, especialmente tejidos sensibilizados por traumas o inmunosupresión. Actualmente, estas infecciones fúngicas requieren terapias sistémicas, las cuales generan efectos secundarios indeseables. En un estudio realizado por investigadores de  Estados Unidos se demostró la eficiencia antifúngica de nanopartículas de un composito de hidrogel/vítreo (~ 100 nm) capaz de contener y liberar óxido nítrico contra estos hongos dermatofitos.

Los resultados fueron publicados recientemente en Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine

Mas información en Nano Werk News

Identificación directa de sitios catalíticos activos por ruido electrónico

La actividad de los catalizadores heterogéneos está determinada por la estructura electrónica de sitios superficiales específicos que ofrecen las condiciones óptimas para las reacciones intermedias. De este modo, el desarrollo de catalizadores o electro-catalizadores orientados a cierta aplicación demanda que tales sitios puedan ser identificados durante la reacción.

En este trabajo, investigadores de diferentes instituciones alemanas demostraron que el microscopio de barrido de efecto túnel puede ser utilizado para mapear la actividad catalítica de superficies con muy alta resolución espacial en la escala nanométrica. Mostraron que identificando los cambios relativos en el ruido de la corriente de “tunelamiento”, se pueden distinguir los sitios activos de manera cuantitativa según sus capacidades de catalizar la reacción de generación de hidrógeno o la de reducción de oxígeno. El método desarrollado puede ser aplicado a diversos sistemas; asimismo,  contribuirá al diseño  de catalizadores heterogéneos más específicos.

Los resultados fueron publicados en Nature 549, 74–77 (07 September 2017)

Mas informacion en Nature   

Híbridos bacteria-nanopartículas para la conversión de dióxido de carbono en compuestos orgánicos

Debido al impacto negativo de las emisiones de CO₂ en el calentamiento global, es extremadamente importante desarrollar tecnologías energéticas sostenibles. En los últimos años se ha prestado mucha atención a los sistemas bio-híbridos fotosintéticos, que combinan las propiedades de los microorganismos con las de materiales inorgánicos. Utilizando la luz solar, estos sistemas permiten la conversión del CO₂ en compuestos de C de mayor contenido energético.

 

En estudios recientes, investigadores del National Institute of Advanced Industrial Science and Technology y de la Universidad de Hokkaido, Japón,  demostraron que algunas bacterias acetogénicas (que producen acetato) son capaces de transportar electrones extracelulares,  al permitir el intercambio electrónico con nanomateriales extracelulares. Estas bacterias llevan a cabo una electrosíntesis microbiana, en la cual se producen compuestos del C más complejos (p.ej. el acetato) a partir del CO₂, usando la electricidad como fuente de energía. Los sistemas bio-híbridos producidos recientemente constan de bacterias acetogénicas decoradas con nanopartículas de CdS y son capaces de realizar una fotoelectrosíntesis microbiana, en la que la conversión de CO₂ en compuestos de C más complejos se logra utilizando la luz como única fuente de energía.

Los resultados fueron publicados recientemente en Applied Microbiology and Biotechnology