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El semiconductor fuera de serie: inflexible durante el día, pero dúctil durante la noche

Escrito por CMCnoticies 15-06-2018 en cmc. Comentarios (0)

Un grupo de científicos ha descubierto que un tipo de semiconductor inorgánico que no es posible deformar sin romper en presencia de luz puede doblarse hasta un impresionante 45 % respecto de su forma original en la oscuridad.

Debido a su fragilidad, los materiales inorgánicos semiconductores tienden a ceder cuando son sometidos a fuerzas externas. Sin embargo, los semiconductores inorgánicos fácilmente moldeables, fuertes y resistentes son necesarios para una gran variedad de aplicaciones electrónicas.

Yu Oshima y sus colegas estudiaron la deformación de los cristales de sulfuro de zinc bajo diferentes condiciones de iluminación: luz blanca, luz ultravioleta y oscuridad completa. La microscopía mostró que, bajo las dos condiciones de luz diferente, el material inorgánico semiconductor se resquebrajaba inmediatamente cuando los investigadores intentaban deformarlo, tal como se esperaba; en cambio, el sulfuro de zinc soportó una importante deformación, de hasta un 45 %, en la oscuridad total.


La razón de esta diferencia reside en la naturaleza de los defectos que se producen en los cristales de sulfuro de zinc durante su deformación. En los núcleos de estos defectos, la luz provoca que los electrones y huecos estén aprisionados con mayores niveles de energía.

El movimiento causado por esta energía y el aprisionamiento provocan la fractura. En la seguridad que aporta la oscuridad, los electrones no quedan atrapados de esta manera, lo que permite que el material sea deformado y posteriormente devuelto a su forma original. (Fuente: AAAS)


Prueban métodos para monitorear la identidad de las células madre pluripotentes

Escrito por CMCnoticies 15-06-2018 en cmc. Comentarios (0)

  

El avance de las técnicas que permiten transformar células adultas en células madre pluripotentes inducidas (iPS, por sus siglas en inglés) ha llevado a la generación de grandes colecciones de linajes celulares, que contienen material genético de miles de individuos y que suelen compartirse entre distintos grupos de investigación.

La importancia de implementar en la rutina de los laboratorios un método de monitoreo –capaz de confirmar la identidad de cada linaje celular y detectar eventuales casos de cambio de material o contaminación cruzada– fue el tema de un artículo publicado en la revista Stem Cell Research por científicos de la Universidad de São Paulo (USP) que trabajan en el Laboratorio Nacional de Células Madre Embrionarias de Brasil (LaNCE).

“Analizamos los distintos métodos de monitoreo disponibles comercialmente. Y demostramos que mediante el análisis de marcadores de tipo STR [Short Tanden Repeat, o regiones repetitivas polimórficas], con aparatos sencillos y de bajo costo, es posible crear una especie de código de barras capaz de diferenciar a cada individuo”, comentó Lygia da Veiga Pereira, coordinadora del LaNCE e investigadora del Centro de Terapia Celular (CTC), uno de los Centros de Investigación, Innovación y Difusión (CEPIDs) que la Fundación de Apoyo a la Investigación Científica del Estado de São Paulo – FAPESP financia.

En 2016, el equipo del LaNCE empezó a desarrollar una colección de células madre pluripotentes capaz de reflejar la mezcla genética de la población brasileña. Los linajes se generan con base en muestras de sangre donadas por participantes en el estudio multicéntrico ELSA-Brasil (Estudio Longitudinal de Salud del Adulto), que se viene realizando desde 2008 en seis universidades brasileñas de distintos estados del país. En total se lleva adelante el seguimiento 15.105 varones y mujeres con edades entre 35 y 74 años.

“Tenemos material congelado de 2.000 participantes y hemos generado linajes de células iPS a partir de 60 de esos individuos”, dijo Da Veiga Pereira.

El equipo del LaNCE hace uso de una técnica premiada con el Nobel de Medicina en 2012 y descrita en 2006 por Shinya Yamanaka, de la Universidad de Kioto, en Japón. Este método consiste en insertar en células adultas –en ese caso, células de la sangre periférica de los voluntarios del ELSA– ciertas proteínas capaces de reprogramar el genoma celular.

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Colonia de células madre pluripotentes inducidas. (Foto: LaNCE)

Esos factores de transcripción, tal el nombre con que se los conoce, activan genes relacionados con el estadio embrionario de las células y desconectan otros genes que deberían estar activos luego de la madurez. Así se crean células madre pluripotentes inducidas que pueden –con el debido estímulo– diferenciarse en los más diversos tejidos del cuerpo humano.

“Contamos con células de aproximadamente 200 personas que padecen hipertensión. Algunas de éstas responden bien al tratamiento, en tanto que otras son resistentes. Uno de nuestros objetivos consiste en usar los linajes generados para estudiar la respuesta a medicamentos antihipertensivos”, comentó la investigadora.

El uso de células iPS en el modelado de enfermedades y en el descubrimiento de nuevos fármacos se ha venido mostrando bastante prometedor. Sin embargo, este tipo de investigación implica un manipuleo concomitante de células de distintos individuos, lo cual eleva las probabilidades de contaminación cruzada.

Datos existentes en la literatura científica indican que errores de identificación afectan al menos al 15% de los linajes analizados, con impactos sobre la validez de una parte significativa de los descubrimientos científicos.

Según Da Veiga Pereira, la adopción de métodos de monitoreo de la identidad celular constituye actualmente una rutina en los grandes repositorios públicos de células, pero éstos son aún raros en los laboratorios de las universidades y de los centros de investigación.

“Cuando empezamos a montar nuestra colección, surgió la preocupación de incluir ese monitoreo como parte de nuestro control de calidad. Decidimos entonces estudiar cuál de las opciones disponibles era más ventajosa en términos de practicidad y costo”, dijo la coordinadora del LaNCE.

Las plataformas de monitoreo más sofisticadas, según explicó Da Veiga Pereira, evalúan alrededor de un millón de marcadores moleculares de tipo polimorfismos de un solo nucleótido (SNPs, por sus siglas en inglés), y generan un perfil genético de la muestra celular bastante extenso y detallado.

“La desventaja reside en que se trata de un método caro. Además se hace necesario enviar las muestras para su evaluación en otro lado. Por eso decidimos poner a prueba métodos más antiguos y más sencillos”, explicó.

Entre las opciones examinadas, el grupo optó por la tecnología hasta ahora más utilizada en estudios de ADN en todo el mundo, que consiste en analizar marcadores de tipo STR, que son únicos en cada individuo. Este método requiere el empleo de aparatos relativamente fáciles de hallar en facilities de biología molecular: de PCR (reacción en cadena de la polimerasa) y secuenciadores de ADN. Su costo se ubica en alrededor de 50 dólares por linaje, un monto aceptable, a juicio Da Veiga Pereira.

“Este método permite crear una especie de código de barras a partir de 15 marcadores que suministran un patrón específico de cada individuo. Posteriormente podemos comparar el patrón del linaje celular y ver si combina con el del ADN presente en la muestra de sangre del donante. La idea es efectuar esa verificación de tiempo en tiempo”, explicó.

Durante los análisis que dieron origen al artículo que ahora ha salido publicado, el equipo del LaNCE detectó dos casos de linajes celulares identificados erróneamente.

“La creación de este código de barras permite que otros grupos de investigación –en caso de que compartamos nuestro material con colaboradores– también efectúen la verificación de la identidad celular con una cierta frecuencia”, dijo Da Veiga Pereira. (Fuente: AGÊNCIA FAPESP/DICYT)


Nuevos materiales para baterías sostenibles y de bajo costo

Escrito por CMCnoticies 15-06-2018 en cmc. Comentarios (0)

La transición de la humanidad desde el uso de energías sucias al uso de las limpias y renovables depende de tecnologías que permitan el almacenamiento temporal barato de electricidad obtenida a partir de fuentes renovables, dado que la electricidad es necesaria también cuando el sol no brilla y cuando el viento no sopla. Un nuevo y prometedor candidato para ello son las baterías de aluminio, que están hechas de materias primas baratas y abundantes.

El equipo de Maksym Kovalenko, del Instituto Federal Suizo de Tecnología de Zúrich (también conocido como Escuela Politécnica Federal de Zúrich o ETH Zúrich), trabaja en el desarrollo de baterías de este tipo. Estos investigadores han identificado ahora dos nuevos materiales que podrían traernos avances esenciales en el desarrollo de las baterías de aluminio. El primero es un material resistente a la corrosión para las piezas conductoras de la batería; el segundo es un material para el polo positivo de la batería que puede ser adaptado para una amplia gama de requerimientos técnicos.

Dado que el fluido electrolítico en las baterías de aluminio es extremadamente agresivo y corroe el acero inoxidable, e incluso el oro y el platino, los científicos están buscando materiales resistentes a la corrosión para las partes conductoras de estas baterías. Kovalenko y sus colegas parecen haber encontrado uno: el nitruro de titanio, un material cerámico que exhibe una conductividad lo bastante alta. Este compuesto está hecho de los elementos titanio y nitrógeno, ambos abundantes, y es fácil de elaborar.

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Los investigadores produjeron pilas de botón de aluminio en el laboratorio. La carcasa de la batería está hecha de acero inoxidable con nitruro de titanio en el interior para hacerla resistente a la corrosión. (Foto: ETH Zurich / Kostiantyn Kravchyk)

El segundo nuevo material puede utilizarse para el electrodo (polo) positivo de las baterías de aluminio. Mientras que el electrodo negativo en estas baterías está hecho de aluminio, el positivo está hecho normalmente de grafito. Ahora, Kovalenko y su equipo ha encontrado un nuevo material, el polipireno, que rivaliza con el grafito en cuanto a la cantidad de energía que una batería hecha parcialmente de él es capaz de almacenar. En los experimentos, las muestras del material (en particular aquellas con las cadenas moleculares congregadas de una manera desordenada) demostraron ser ideales. Queda mucho espacio entre las cadenas moleculares, y esto permite que los iones relativamente grandes del fluido electrolítico penetren en el material del electrodo y carguen este fácilmente.

Dado que tanto el nitruro de titanio como el polipireno son materiales flexibles, pueden tener usos para los cuales otros materiales no sirven.


Asombroso material que se vuelve elástico en la oscuridad

Escrito por CMCnoticies 15-06-2018 en cmc. Comentarios (0)

Unos investigadores han dado con un material semiconductor inorgánico que es quebradizo cuando está expuesto a la luz, pero que resulta flexible en la oscuridad, incluso a temperatura ambiente. El material, pese a que no se deforma bien bajo la luz, puede doblarse un extraordinario 45 por ciento desde su forma original cuando está sumido en la oscuridad.

Los semiconductores inorgánicos como el silicio son indispensables en la electrónica moderna porque poseen una conductividad eléctrica ajustable entre la de un metal conductor y la de un aislante. Sin embargo, los semiconductores inorgánicos son quebradizos, lo que puede llevar a que un dispositivo falle y a limitar su rango de aplicación, en particular en la electrónica flexible.

Atsutomo Nakamura, Yu Oshima y Katsuyuki Matsunaga, de la Universidad de Nagoya en Japón, estaban estudiando la deformación de unos cristales de sulfuro de zinc bajo diferentes condiciones de luz: con luz visible blanca, con luz ultravioleta y en completa oscuridad.

Las observaciones mediante microscopio mostraron que, en las dos situaciones con luz, el material semiconductor inorgánico se rompió cuando los investigadores intentaron deformarlo, como resultaba previsible; en cambio, los cristales de sulfuro de zinc lograron soportar una deformación sustancial, de hasta el 45 por ciento, estando en total oscuridad.

La razón para esta diferencia está relacionada con la naturaleza de los defectos que se producen en cristales de sulfuro de zinc durante la deformación. En los núcleos de estos puntos, la luz causa que electrones y huecos se vean atrapados en niveles de energía extra; el movimiento resultante de esta energía y aprisionamiento causa la fractura. En la seguridad de la oscuridad, los electrones no se ven atrapados de esa forma, permitiendo que el material se 

    

Los cristales de sulfuro de zinc (A) muestran una fracturación catastrófica tras pruebas mecánicas cuando están expuestos a luz en niveles ordinarios (B). Sin embargo, en la nueva investigación se ha comprobado que pueden ser deformados plásticamente de manera notable bajo ciertas circunstancias que incluyen la oscuridad total (C). (Fotos: Atsutomo Nakamura)

No se tienen noticias de que, antes de este estudio, se haya investigado la influencia de la oscuridad total sobre las propiedades mecánicas de los semiconductores inorgánicos.

Lo descubierto por el equipo de la Universidad de Nagoya sugiere que la fortaleza, la fragilidad y la conductividad de los semiconductores inorgánicos podrían ser reguladas mediante exposición a la luz, abriendo ello una vía muy interesante hacia la optimización del rendimiento de los semiconductores inorgánicos en la electrónica.


Combustibles y plásticos elaborados a bajo costo a partir de vegetales con ayuda de bacterias

Escrito por CMCnoticies 15-06-2018 en cmc. Comentarios (0)

¿Qué tiene en común el combustible de los aviones a reacción con las medias y las botellas de plástico de gaseosa? Todos son productos que actualmente se obtienen a partir del petróleo. Unos científicos han demostrado ahora una nueva tecnología basada en bacterias biomodificadas y en fuentes renovables vegetales de materia prima, que promete ser una alternativa económicamente viable a la elaboración petroquímica de productos como los citados.


La lignina es uno de los componentes de las partes leñosas de los vegetales. Este componente aporta resistencia y rigidez a las plantas, pero, las dificultades para lograr su descomposición han venido siendo un serio obstáculo para lograr una extracción barata de energía de la material vegetal, que permita la expansión definitiva de los biocombustibles vegetales a escala comercial. Esta situación parece que ahora va a cambiar drásticamente.

Juntando mecanismos procedentes de otros sistemas de degradación de lignina conocidos, Seema Singh, Fang Liu y Weihua Wu, las dos primeras de los Laboratorios Nacionales estadounidenses de Sandía y el último ahora en la empresa de biotecnología Lodo Therapeutics Corp., han modificado la bacteria E. coli para convertirla en una factoría celular de bioconversión eficiente y productiva.

"Durante años, hemos estado buscando formas rentables de descomponer la lignina y convertirla en sustancias valiosas", explica Singh. "Aplicamos sobre la E. coli nuestros conocimientos acerca de los sistemas de degradación de la lignina natural porque esa bacteria crece rápido y puede sobrevivir a procesos industriales hostiles".

La lignina es el componente de las paredes celulares de las plantas que les proporciona su increíble fortaleza. Rebosa energía, pero conseguirla es tan costoso y complejo con los métodos convencionales que el biocombustible resultante no puede competir económicamente con otras formas de energía para el transporte.

Seema Singh, a la izquierda, y Fang Liu sostienen frascos de vanilina y de caldo de fermentación, que son esenciales para convertir a la materia vegetal en biocombustibles y otras sustancias químicas. (Foto: Dino Vournas)

Una vez descompuesta, la lignina tiene otros beneficios que ofrecer, en forma de sustancias valiosas que pueden ser convertidas en nilón, plásticos, fármacos y otros productos valiosos.

En su trabajo de investigación y desarrollo, Singh, Liu y Wu han resuelto tres problemas cruciales sobre la conversión de la lignina en las sustancias químicas deseadas, uno sobre la velocidad de una fase del proceso, otro sobre la toxicidad potencial del proceso para las bacterias E. coli y el tercero sobre el coste económico. Ahora el proceso es lo bastante rápido, inocuo y barato como para que su eficiencia le sitúe en el umbral de la rentabilidad económica y su comercialización.