Nanotecnología viva.

Sonia Contera. Nanotecnología viva: cómo la tecnología de lo infinitamente pequeños está transformando la medicina y el futuro de la biología. Barcelona : ARPA, 2023. ISBN 9788418741951.

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La nanotecnología es un avance histórico que está revolucionando la medicina de forma que tendrá profundos efectos en nuestras vidas. Desde máquinas a nanoescala que pueden dirigirse a células cancerosas y administrar fármacos con mayor eficacia, hasta nanoantibióticos que combaten bacterias resistentes, pasando por la ingeniería de tejidos y órganos para trasplantes o la investigación en farmacología. El futuro traerá consigo la fusión de la nanotecnología con la biología, la física, la medicina y campos de vanguardia como la robótica y la inteligencia artificial, lo que nos conducirá a una nueva «era transmaterial».

Así lo explica Sonia Contera, investigadora y catedrática de Física en la Universidad de Oxford que publica ahora en España Nanotecnología viva (Arpa Editores) y está de paso en Madrid para presentarlo en la Feria del Libro 2023. Contera destaca que: «al surgir la nanotecnología como arma, fuerza a la ciencia a romper barreras entre disciplinas. Es el momento histórico donde una vez más las ciencias deben de juntarse para entender lo que está pasando.»

La catedrática de física explica lo que hacen en campos como la ingeniería de tejidos: «los tejidos, todos los órganos que tenemos, no solo son estructuras químicas, sino estructuras físicas. Por eso, los ingenieros biomédicos aprendemos como se comunican unas células con otras utilizando técnicas de neosimulación. Una de las cosas que estamos intentando hacer son tejidos artificiales».

En palabras de Contera, se pueden crear elementos vivos entrelazando cuatro elementos fundamentales, como son la electricidad, la química, la mecánica y los genes: «nosotros somos formas capaces de interactuar con el entorno para seguir vivas: en ese proceso usan energía, materia e información y como estas tres cosas interactúan y conforman nuestra asimetría.»

La autora cambia la concepción acerca de los tumores y propone nuevas formas de erradicarlos: «Podemos frenar un tumor con un campo eléctrico. Muchos de nosotros pensamos que una célula de un tumor es una célula perdida. Pero no es así, sino que se comunica con el entorno y lo modifica». La investigadora hace un alegato en favor a la ciencia en el ámbito nacional en donde recalca que: «en España somos muy buenos en nanotecnología. España tendría posibilidades y podría convertirse en líder en muchos casos».

FUENTE: Cadena Ser

Grafeno y análogos del grafeno basados en nanomateriales.

Cesano, Federico — Scarano, Domenica. Graphene and Other 2D Layered Nanomaterial-Based Films: Synthesis, Properties and Applications. MDPI – Multidisciplinary Digital Publishing Institute, 2019.

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Este libro está dedicado a resaltar algunos avances relevantes en el campo de las películas finas y los recubrimientos basados en cristales bidimensionales y nanomateriales en capas.

Debido a su estructura en capas, el grafeno y una variedad de nuevos nanosistemas inorgánicos 2D, llamados «análogos del grafeno», han atraído un enorme interés debido a sus propiedades sin precedentes y a su rendimiento superior, y pueden encontrar aplicaciones en muchos campos desde la electrónica hasta la biotecnología.

Estos sistemas bidimensionales son ultrafinos y, por lo tanto, tienden a ser flexibles, presentando también características distintivas y casi intrínsecas, incluyendo propiedades electrónicas, magnéticas, ópticas, de conductividad térmica y superconductoras. Además, la combinación de diferentes estructuras y efectos sinérgicos puede abrir perspectivas nuevas y sin precedentes, lo que hace que estos materiales avanzados sean ideales para sistemas multifuncionales ensamblados. En lo que respecta al campo de los revestimientos, las nuevas nanoestructuras estratificadas pueden ofrecer propiedades únicas y multifuncionales, incluyendo superficies de barrera de gas, lubricantes, conductivas, magnéticas, fotoactivas, autolimpiantes y/o antimicrobianas.

Este libro contiene nuevos hallazgos sobre la síntesis y las perspectivas de las películas multifuncionales que están a la vanguardia de la ciencia y las tecnologías de recubrimiento.

Evolución de la nanotecnología en España.

FUNDACIÓN ESPAÑOLA PARA LA CIENCIA Y LA TECNOLOGÍA. Documento de trabajo ICONO: Evolución de la nanotecnología en España. (Junio de 2018).

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Documento que presenta una visión global del contexto de las actividades en nanociencia y nanotecnología en el mundo y, particularmente, de su nivel de desarrollo en España a partir de los datos disponibles actualmente.

La definición convencional de nanotecnología se recoge en la página web de la NNI (Iniciativa Nacional en Nanotecnología de los Estados Unidos) que describe la nanotecnología como “la ciencia, ingeniería y tecnología llevadas a cabo en la nano escala, que a su vez se define entre 1 y 100 nm1”. La Comisión Europea, por su parte, define el concepto de nanomaterial como un “material natural, incidental o fabricado que contiene partículas, en un estado no unido o como agregado o aglomerado y donde, para el 50% o más de las partículas en la distribución de tamaños numéricos, una o más dimensiones externas está en el intervalo de tamaños 1nm– 100 nm.” La Comisión Europea también añade que los fulerenos, los copos de grafeno y los nanotubos de carbono de pared simple con una o más dimensiones externas inferiores a 1 nm también deben ser considerados como nanomateriales (European Commission, 2011).
Los orígenes de la nanotecnología, a partir de la cual se pueden elaborar los nanomateriales, se remontan a la conferencia histórica que, en 1959, pronunció Richard Feynman en el Instituto de Tecnología de California: “There´s plenty of room at the bottom”, traducido como “en el fondo hay espacio de sobra”. En su ponencia Feynman plantea la idea de crear objetos a partir de átomos individuales. Sin citar el término “nano”, Feyman hablaba de la manipulación y control de objetos a muy pequeña escala.

NANOELECTRÓNICA: los futuros cables moleculares

High Electrical Conductivity of Single Metal–Organic Chains. Pablo Ares, Pilar Amo-Ochoa, José M. Soler, Juan José
Palacios, Julio Gómez-Herrero and Félix Zamora. Adv. Mater., DOI: 10.1002/adma.201705645.
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Investigadores de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM), el Instituto de Física de la Materia Condensada (IFIMAC) y el IMDEA Nanociencia han conseguido aislar y medir la resistencia eléctrica de cadenas individuales de un polímero metalorgánico. El trabajo demuestra que dichas cadenas se pueden preparar fácilmente desde los precursores en fase líquida y que la corriente medida a través de las mismas sobrepasa las del resto de cables moleculares conocidos hasta la fecha.

Los cables moleculares son componentes esenciales para la futura electrónica a nanoescala. Sin embargo, la preparación de moléculas individuales capaces de conducir corriente eléctrica a largas distancias representa todavía un gran desafío.

Según los autores, “lo que hemos conseguido en la UAM es, en primer lugar, preparar de forma sencilla fibras y cadenas individuales, que tienen aproximadamente un nanómetro de diámetro, de polímeros metalorgánicos MMX, consistentes en secuencias quasi-unidimensionales de átomos de haluros (X) que unen subunidades basadas en dos iones metálicos (MM) conectados por ligandos orgánicos, obteniéndolas de forma directa desde fase líquida».

Sin embargo, según los cálculos teóricos, la conductancia eléctrica encontrada en los experimentos debería ser aún mayor. Aquí se muestra un novedoso y sencillo procedimiento de «drop-casting» para aislar paquetes de pocas cadenas MMX a cadenas MMX individuales. Además, se informa de una dependencia exponencial de la resistencia eléctrica de una o dos cadenas MMX en función de su longitud que no concuerda con las predicciones basadas en su estructura teórica de banda. Esta dependencia se atribuye a la fuerte localización de Anderson originada por defectos estructurales. La modelación teórica confirma que la corriente está limitada por defectos estructurales, principalmente vacantes de átomos de yodo, a través de los cuales la corriente está restringida a fluir. Sin embargo, el transporte eléctrico medible a lo largo de distancias superiores a 250 nm supera al de todos los demás cables moleculares reportados hasta ahora. Este trabajo pone en perspectiva el papel de los defectos en los alambres 1D y su importancia para la electrónica molecular.

 

Los cálculos teóricos del trabajo –que incluyen dichos defectos, principalmente vacantes de átomos de iodo a través de los cuales tiene que circular la corriente– reproducen el comportamiento exponencial observado, que se atribuye a localización de Anderson (una mayor dificultad en el movimiento de los electrones debido a la interferencia que producen los defectos).

 

Nanotransformers: materiales nanoporosos flexibles

Investigadores del Instituto de Ciencia de los Materiales de Barcelona han desarrollado materiales nanoporosos flexibles que pueden pasar de una configuración tridimensional de otra bidimensional de forma reversible. Se pueden aplicar en la separación o absorción de gases, como catalizadores de reacciones químicas, en la encapsulación de fármacos y en la absorción de residuos.

Investigadores del Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona (ICMAB-CSIC) han desarrollado materiales flexibles nanoporosos que pasan de 3D a 2D de manera reversible y utilizables para separar o absorber gases, como catalizadores de reacciones químicas y para encapsular fármacos o recoger residuos.

Según ha explicado José Giner, del Laboratorio de Materiales Inorgánicos y Catálisis del ICMAB-CSIC, estos nuevos materiales se comportan como ‘transformers’, aquellos robots que cambian de forma reordenando sus piezas para transformarse de androide a robot y viceversa.

Se trata de nuevos materiales nano-porosos 3D que, mediante estímulos externos, se transforman en una estructura no-porosa 2D de manera reversible y que luego pueden volver a la estructura nano-porosa 3D original cuando se invierten los estímulos.

Este hallazgo, que publica la revista ‘Advanced Materials’, ha sido posible utilizando moléculas icosaédricas de boro, flexibles y esféricas, como ligandos.

«La forma esférica de los ligandos es el factor clave que permite a las estructuras volver a su forma original, permitiendo la reordenación de las diferentes partes y evitando el colapso de toda la estructura», según Giner.

Los investigadores exploran ahora la síntesis de nuevas estructuras y sus aplicaciones en diferentes campos, como agentes antitumorales, en catálisis, en desalinización de agua o para sensores.

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Referencia bibliográfica:

Fangchang Tan, Ana López-Periago, Mark E. Light, Jordi Cirera, Eliseo Ruiz, Alejandro Borrás, Francesc Teixidor, Clara Viñas, Concepción Domingo, José Giner Planas. «An Unprecedented Stimuli Controlled Single-crystal Reversible Phase Transition of a Metal-Organic Framework and its Application to a Novel Method of Guest Encapsulation». Advanced Materials. May 2018. DOI: 10.1002/adma.201800726.