Actividad antimicrobiana de las nanopartículas por deformación mecánica de la membrana

 

La actividad antibacteriana de las nanopartículas está relacionada con la ruptura de su membrana celular por deformación mecánica; sin embargo, los mecanismos que subyacen la deformación y la ruptura de la célula bacteriana aún no han sido identificados.  

 

En un estudio multinacional, se utilizaron nanopartículas de oro con un tamaño de 100 nm y de formas cuasi-esféricas (AuNSPs) o de estrellas (AuNSTs), caracterizadas por una química superficial ya sea hidrofóbica o hidrofílica, para analizar su efecto sobre la membrana celular.

 

Utilizando una plataforma microfluídica diseñada para el estudio, se comparó la adhesión de ambas NPs en un modelo  biofísico teórico de la membrana lipídica. 

Estos resultados se compararon con las observaciones experimentales hechas mediante técnicas de crio-microscopía electrónica de transmisión (crio-TEM) y de barrido (SEM) que muestran la interacción de las NPs con las membranas de las bacterias Pseudomonas aeruginosa y Staphylococcus aureus

 

Los resultados indican que las NPs adosadas a la membrana celular ejercen un esfuerzo acumulativo de estiramiento y compresión, lo que explica la ruptura de la célula. Las AuNSPs hidrofílicas demostraron ocasionar un mayor efecto antimicrobiano que las hidrofóbicas. 

 

Por otro lado, las AuNSTs mostraron actividad antimicrobiana modesta, lo que contradice la hipótesis de que las protuberancias de algunos nanomateriales contribuyen a destruir las membranas celulares. Las AuNSTs tienen menor área de contacto y baja capacidad de adsorción en la superficie de la membrana celular, por lo que no ejercen un esfuerzo mecánico suficiente. 

 

Estos resultados pueden proporcionar nuevas pautas para la síntesis de coloides antibacterianos universales.

 

El trabajo se publicó en Advanced Materials

Fotodetectores flexibles basados en la oxidación de cobre inducida por láser

 Los fotodetectores son elementos fundamentales de la optoelectrónica. Sus aplicaciones son muy diversas como: imagenología médica, análisis químico y comunicación óptica. Actualmente, el desarrollo de fotodetectores flexibles busca responder a la demanda de electrónica flexible, implantable y portátil.

 

Un candidato para obtener la estructura básica de un fotodetector (unión de Shottky), es decir,  estructura metal-semiconductor (MSM), es el cobre (Cu) por su extremadamente baja resistividad (1.68 μΩcm), bajo costo y alta estabilidad al depositarlo sobre sustratos de plástico. Por otra parte, los óxidos de Cu (Cu_xO) poseen bandas prohibidas que los convierten en ventajosos semiconductores tipo-p : CuO con banda prohibida de 1.3-2.1 eV y Cu₂O, de 2.3-2.6 eV.

 

Los métodos tradicionales  para producir depósitos de Cu_xO no son apropiados para depósitos sobre sustratos flexibles, ya que los plásticos pueden sufrir daño térmico como la  transición a fase vítrea, a una temperatura relativamente baja. 

 

Investigadores de Corea del Sur y EUA presentaron un método sencillo y controlable para fabricar fotodetectores  con estructura MSM a base de Cu, denominado oxidación inducida por láser. El haz láser irradia la película delgada de Cu en una atmósfera rica en oxígeno. La oxidación del Cu ocurre  en un punto por la reacción química entre el oxígeno y el Cu para formar Cu_xO. La sección trasversal de estos puntos muestra  una estructura MSM que consiste en estructuras Cu- Cu_xO -Cu en serie.

 

Estos fotodetectores flexibles podrían fabricarse a gran escala y aplicarse , por ejemplo, al diagnóstico médico. Por otra parte, la oxidación térmica localizada podría desarrollarse como alternativa a la fotolitografía convencional.

 

Los resultados fueron publicados en Applied Surface Science

MXenos de dos metales de transición, materiales 2D con múltiples aplicaciones potenciales

En años recientes ha incrementado significativamente el interés por el diseño de materiales bidimensionales (2D) para aplicaciones tecnológicas como el almacenamiento de energía, la electrónica, membranas, catalizadores y sensores. Entre ellos, los MXenos (del inglés MXenes) son una gran familia de carburos, nitruros y carbonitruros de metales de transición bidimensionales descubiertos en 2011 que ofrecen combinaciones únicas de propiedades electrónicas, ópticas, mecánicas y coloidales.

 

Investigadores de E.U.A presentaron un resumen sobre la síntesis, estructura y propiedades de los MXenos que proporciona una perspectiva para futuras investigaciones en el campo. El artículo se focaliza en MXenos de dos metales de transición (DTM, del inglés double transition-metal). En general, los MXenos son láminas 2D con fórmula M_n+1X_nT_x, donde n + 1 (n = 1 a 4) capas de un metal de transición (M) están intercaladas con n capas de carbono o nitrógeno (X). El símbolo T_x representa las terminaciones de especies de O, OH, F y/o Cl unidas a las capas M externas.

 

Los MXenos DTM poseen estructura ordenada en el plano o fuera del plano y, en algunos casos, son soluciones sólidas aleatorias en las que los metales de transición se distribuyen al azar. El control de la composición del precursor permite ajustar el rendimiento de los MXenos DMT para una variedad de aplicaciones como supercapacitores, semiconductores, electrónica transparente, nanoimanes y materiales estructurales.

 

Los resultados fueron publicados recientemente en MRS Bulletin

Hacia una mejor comprensión de los ácidos de Lewis a base de aluminio en las zeolitas

Las zeolitas son catalizadores heterogéneos para reacciones catalizadas por ácidos, bases y metales en muchas aplicaciones industriales. Su versatilidad catalítica se debe a la coexistencia de aluminio y silicio en su estructura. Las cuestiones fundamentales relativas a la estructura y el papel de los sitios ácidos de Lewis en estos materiales son de particular interés. Los modelos propuestos sobre el origen de tales especies generalmente  consideran, que tienen diferentes estructuras: aluminio fuera de la estructura cristalina; aluminio relacionado con la estructura cristalina y aluminio dentro de la estructura cristalina.

 

Un equipo de científicos de Suiza examinó cada una de estas propuestas y  evaluó su idoneidad para comprender los resultados experimentales y caracterizar la fuerza, multiplicidad, localización y estructura de los sitios catalíticamente activos del ácido de Lewis en zeolitas.

 

El tratamiento con vapor a alta temperatura fue uno de los primeros métodos utilizados para crear sitios ácidos de Lewis en las zeolitas; posteriormente se utilizaron otros métodos. Todos estos son procedimientos simples y económicos que son fáciles de implementar para zeolitas de cualquier topología y relación Si/Al. La formación de sitios ácidos de Lewis de una cierta fuerza y una cierta posición en la estructura porosa de la zeolita está determinada por la distribución de aluminio en la estructura. El progreso en la síntesis racional de zeolitas ácidas de Lewis, complementado por la caracterización metodológica de los sitios activos, ayudará a resolver aspectos sin respuesta de las aplicaciones catalíticas que utilizan sitios ácidos de Lewis en zeolitas. 

 

Los resultados fueron publicados en Nature Materials

Ruptura de simetría de la bicapa de grafeno al girarla 1.3o

 

Actualmente es posible aislar hojas de una sola capa atómica de materiales tipo Van der Waals, como el grafeno, mediante un procedimiento de exfoliación con cinta adhesiva. También se sabe cómo recoger dichas láminas de espesor atómico y ensamblarlas una encima de la otra. Si se  gira la segunda capa con respecto a la primera por un pequeño ángulo de torsión aparece un patrón geométrico llamado patrón de Moiré, producto de la interferencia de las ondas electrónicas de los átomos de la estructura de bicapas giradas.

 

Investigadores de Japón y Estados Unidos estudiaron estados  aislantes correlacionados que pueden ocurrir en heteroestructuras de Van der Waals giradas y que podrían ajustarse cambiando el ángulo de torsión y aplicando un campo eléctrico externo. Presentan mediciones de transporte eléctrico en bicapas de grafeno girado por 1.3^o, y examinaron el papel de la ruptura espontánea de la simetría en el diagrama de fases del material. Los estados metálicos cerca de cada uno de los aislantes correlacionados exhiben caídas abruptas de su resistividad a medida que baja la temperatura, junto con las características curvas corriente-voltaje no lineales asociadas. A pesar de las similitudes cualitativas con la superconductividad, la inversión simultánea en el signo del coeficiente de Hall apunta a la ruptura espontánea de la simetría como el origen de las caídas abruptas de resistividad, mientras que el calentamiento por efecto Joule podría ser responsable del transporte no lineal.

 

Estos resultados sugieren que mecanismos similares son probablemente relevantes en una clase más amplia de heteroestructuras semiconductoras de banda plana  tipo Van der Waals.

 

Los resultados fueron publicados recientemente en Nature Physics

 

Más información en Nanotechnology News

Posibles efectos adversos del consumo de nanopartículas de TiO2

 El dióxido de titanio (TiO₂) es un aditivo alimentario (E171) utilizado como agente blanqueador y abrillantador en dulces, productos lácteos y salsas. Actualmente, no es conclusiva la evidencia de que el TiO₂ y sus nanopartículas (NPs- TiO₂) (<100 nm) son biocompatibles y se ha sugerido que la exposición prolongada a estos nanomateriales puede causar efectos adversos. 

Investigadores holandeses analizaron el nivel de titanio en el hígado y colon de muestras post-mortem de 15 individuos y lo compararon con los niveles reportados en tejidos aislados de animales previamente expuestos de forma oral a TiO₂ y NPs- TiO₂. Los resultados sugieren un posible papel de estos materiales como promotores del desarrollo de tumores colorectales y de enfermedades autoinmunes asociadas a problemas intestinales. 

 

En este estudio se utilizó una potente técnica conocida como “Adverse Outcome Pathways, AOPs”, o “Vías de Resultados Adversos”, que se enriquece con datos experimentales y describe con precisión los mecanismos moleculares, celulares y las vías bioquímicas implícitas en un efecto toxicológico, asociándolas con su efecto en un órgano o sistema. 

 

Los autores concluyen que la exposición oral a TiO₂ y NPs- TiO₂, ocasiona efectos toxicológicos graves, como la inducción del estrés oxidativo e inflamación del hígado y del tejido intestinal. Todavía se desconoce si estos efectos son irreversibles en el humano. 

 

El estudio recomienda realizar ensayos de exposición prolongada de productos con contenido de TiO₂ y NPs- TiO₂, en concentraciones realistas de 1-1000 mg/Kg por peso corporal por día. 

 

Este tipo de estudios ayuda a evidenciar la importancia de la bioseguridad a largo plazo de los nanomateriales utilizados en productos comerciales.

 

Los resultados fueron publicados en la revista Nanotoxicology

Capacitores de iones de Li fabricados con materiales a base de grafeno

Las baterías y los supercapacitores a base de iones de Li son dispositivos para el almacenamiento de energía, con numerosas aplicaciones en aparatos electrónicos, redes eléctricas inteligentes y vehículos eléctricos.

 

Actualmente, los capacitores de iones de Li (LIC ‘s por sus siglas en inglés)  se investigan intensamente para vencer ciertas limitaciones. Una alternativa ventajosa al cátodo de carbono amorfo que se usa hoy en día son los materiales porosos basados en grafeno (GPC, por sus siglas en inglés), que presentan mayor área específica, porosidad controlable, una alta conductividad eléctrica inherente y  química de la superficie que se puede modificar fácilmente.

 

En este trabajo, un grupo interinstitucional de investigadores de China presentó el diseño de un LIC en el que se combinaron un capacitor de doble capa eléctrica como cátodo y una batería de Li como ánodo. Tanto el cátodo como el ánodo contenían grafeno a partir de óxido de grafeno y de resinas fenólicas, con porosidad y microestructura controlable. Debido a la incorporación de grafeno, los LIC’s presentaron un alto voltaje de trabajo (4.2 V), alta densidad de energía de 142.9 Wh kg⁻¹, máxima densidad de potencia de 12.1 kW kg⁻¹ y densidad de energía de 50 Wh kg⁻¹, Además, mostraron funcionamiento cíclico con estabilidad de largo plazo (capacidad de retención de 88%  después de 5000 ciclos).

 

Considerando el alto rendimiento del dispositivo,  así como  el bajo costo y la fácil preparación de los materiales activos, este LIC  basado en grafeno podría tener aplicaciones muy promisorias en sistemas de almacenamiento de energía.

 

Para mayor información, consultar la revista Nanotechnology