martes, 20 de octubre del 2020 Fecha
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Nuevos Materiales, nuevos procesos, nuevos dispositivos. II

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Nuevos materiales    ~    Comentarios Comments (0)

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Una investigación ha desarrollado una nueva estructura cuántica capaz de emitir fotones individuales de color rojo. El avance, que se publica en la revista Nature Materials, se basa en el confinamiento cuántico que se genera en uno de los puntos y que les permite modular la energía de la luz que emiten.

En trabajo han participado investigadores de la Universidad de Zaragoza, el Institut de Recerca en Energia de Catalunya (IREC), la Universidad de Barcelona y del Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona del CSIC. El investigador Jordi Arbiol de este último explica:

“El resultado final son hilos unidimensionales, de tamaño nanométrico, compatibles con la tecnología electrónica actual, que permitirían crear dispositivos a mayor escala con un control total de la emisión de luz, fotón a fotón”.

Pero centrémonos en el que aquí se prenta hoy y que comienza hablando de los…

nanohilos cuánticos

Nanohilos

No sólo las moléculas, los Nanotubos o el grafeno son las apuestas para sustituir al silicio. Otros elementos como los Nanohilos fabricados a partir de materiales semiconductores o los Nanohilos metálicos tendrán también cierto protagonismo. En concreto, los Nanohilos semiconductores presentan un gran potencial como transistores pero también presentan aplicaciones en campos como octoelectrónica o en la fabricación de censores biológicos. Por otro lado los Nanohilos metálicos, cuya síntesis controlada es más difícil, poseen gran interés como interconectores. En el caso de los Nanohilos formados de materiales Ni, Co o Fe se aprovechar también su potencial comportamiento magnetorresisitivo para ser usados en dispositivos de almacenamiento magnético. Los Nanohilos metálicos son interesantes a su vez porque los efectos de tamaño inducen en ellos la aparición de transiciones de fase martensíticas y la aparición de configuraciones no cristalinas.” Veamos que pasa con las Nanopartículas.

Nanopartículas

Quizás, junto a los nanotubos de carbono, las nanopartículas representan los materiales que tienen una repercución tecnológica más inmediata. Además de sus propiedades intrínsecas, las nanopartículas representan los materiales que tienen una repercusión tecnológica más inmediata. Además de sus propiedades intrínsecas, las nanopartículas, debido a su pequeño tamaño, pueden convertirse en diminutos dispositivos capaces de  realizar otras funciones, transportar un medicamento específico por el torrente sanguíneo sin obstruirlo. Para lograr esto, las nanopartículas deben ser el soporte de capas de moléculas autoensambladas que confieren una funcionalidad adicional a las mismas.

Como su propio nombre indica, el término “nanopartícula” designa una agrupación de átomos o moléculas que dan lugar a una partícula con dimensiones nanométricas. Es decir, que su tamaño está comprendido entre 1 y 100 nm. Dependiendo de cuáles sean los átomos o moléculas que se agrupan se originarán diferentes tipos de nanopartículas. Así, por ejemplo, tendremos nanopartículas de oro, de plata o nanopartículas magnéticas si están formadas por átomos de Fe o Co. Su pequeño tamaño hace que la relación superficie/volumen crezca y por tanto que estas estructuras tengan unas propiedades características y esencialmente distintas a las que presenta el material en volumen.

Una estrategia la formación de nanopartículas es recubrirlas con distintas capas de manera tal que cada una aporte funcionalidades diferentes al sistema. Así, por ejemplo, recientemente se han descrito nanopartículas cuyo interior está formado por un material magnético, como el Co, seguido de una capa intermedia de SiO2 que aporta estabilidad al sistema y finalmente una superficie de oro.

El tamaño final de la nanopartícula es de 3 nm, y estructura laminar hace que tengan un núcleo magnético que posibilite su guiado, y una superficie de oro que facilite  el autoensamblado de moléculas orgánicas o biológicas para diferentes  aplicaciones. Entre éstas destaca su uso como biosensores. Para ello se inmoviliza material biológico, como ácido desoxirribonucleico (ADN) o el llamado ácido nucléico péptidico (PNA, del inglés peptide nucleic acid), que siendo un ácido nucléico artificial, presenta un “esqueleto” molecular formado por enlaces peptidicos y una estructura de bases nucleicas exactamente igual a la del ADN. El PNA puede reconocer cadenas complementarias de ADN, incluso con mayor eficiencia para la hibridación que la que representa el ADN para reconocer su hebra complementaria. Por este motivo, el PNA se ha propuesto como sonda para la fabricación de biosensores altamente eficientes. Estas macromoléculas unidas a superficies o nanopartículas son capaces de detectar diferentes analítos de interés, particularmente otars moléculas biológicas.

Sin embargo, el concepto de nanopartícula debe concebirse en un sentido más amplio ya que no sólo estar basada en un núcleo inorgánico, pudiéndose sintetizar nanopartículas poliméricas. Yendo un poco más allá una cápsida vírica puede entenderse como una nanopartícula formada por una carcasa proteica. Esta cápsida vírica tiene dimensiones  nanométricas y, en muchos casos, burla con facilidad las membranas celulares. Por esta razón este tipo de “nanopartículas” se proponen para su uso en nanomedicina, y son el objeto de estudios básicos  en los que las herramientas como los microscopios de fuerzas atómicas juegan un papel esencial. En particular, estas herramientas nos permiten caracterizar las propiedades mecánicas y las de ruptura de cápsidas víricas así como la en la que dichas cápsidas se comportan ante, por ejemplo, cambios controlados de humedad.

En un discurso recientemente impartido en la Universidad Europea de Madrid, William F. Clinton, ex-Presidente de los EE.UU, afirmó que ” el cometido del siglo XXI será salvar al mundo del cambio climático, regenerar la economía y crear . El futuro más allá será la Nanotecnología y la biotecnología”. El propio W.F. Clinton fue el impulsor de la Iniciativa Nacional de Nanotecnología durante su mandato, convirtiendo durante los últimos 10 años a EE.UU en el líder mundial en la generación de conocimientos básicos y aplicados en el ámbito de la Nanotecnología.

Nadie pone en duda las afirmaciones de W.F. Clinton sobre el papel de la Nanotecnología en nuestro futuro a medio y largo plazo, por lo uqe es imperativo estar suficientemente preparados para construir este paradigma científico. En el caso concreto de España, las dos últimas ediciones del Plan Nacional de I+D+I han encumbrado las investigaciones en Nanociencia y Nanotecnología a la categoría de Acción Estratégica. En la actualidad se están poniendo en marcha varios centros dedicados a Nanotecnología. Dichas iniciativas son producto, por lo general, de costosos impulsos puntuales, locales, dirigidos por científicos con iniciativa, pero no son fruto de una actuación de conjunto, planificada siguiendo una estrategia  quiada por unos objetivos ambiciosos, en los que impere la coordinación y el uso eficiente de los recursos. La actual coyuntura económica no invita al optimismo a este respecto, por lo que sería necesario poner en marcha iniciativas que promuevan la adquisición de infraestructuras, la formación de técnicos, la coordinación entre centros emergentes, etc.

Otro punto sobre el que no hay que descuidarse tiene que ver con la formación, en todos los niveles educativos, en Nanotecnología. En este sentido son numerosas las universidades españolas que ofrecen cursos de master y/o doctorado con contenidos relacionados con la Nanotecnología. Sin embargo, muchos de estos cursos tienen pocos estudiantes inscritos, al igual que ocurre con muchos estudios de grado relacionados con las ciencias básicas. La tarea de fascinar y atraer a nuestros jóvenes hacia la ciencia debe comenzar mucho antes. En este sentido, los conceptos inherentes a la Nanotecnología deben formar parte del conocimiento que debe llegar a los estudiantes de educación secundaria, como ocurre en países como Alemania, Finlandia, Taiwán, Japón, EE.UU., etc. Además, la Nanotecnología es una materia que causa cierta fascinación a los adolescentes por lo que puede ser un buen punto de partida para incentivar las vocaciones científicas. Esta ha sido una de las principales razones por las que los autores de este artículo junto con otros investigadores (Carlos Briones del Centro de Astrobiología y Elena Casero de la Universidad Autónoma de Madrid) accedieron a la petición de la Fundación Española de Ciencia y Tecnología (FECyT) para escribir una Unidad Didáctica de Ciencia y Tecnología. Dicho libro ya se encuentra en todos los institutos españoles de educación secundaria y bachillerato, y se puede desde la web de la FECyT. Esperemos que esta pequeña contribución, junto con otras de mayor calado que deben promoverse desde las diversas administraciones públicas, permita tomar la senda que nos lleve a medio plazo hacia la tan ansiada sociedad basada en el conocimiento.

Imagen de la Página Inicial de la Revista

Fuente: Revista Española de Física. Volumen 23 Nº 4 de 2009

Los Autores:

D. José Ángel Martín Gago, del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid, Concejo Superior de Investigaciones científicas, Centro de Astrobiología /CSIC/INTA), Instituto Nacional de Técnica Aerpespacial, y, D. Pedro A. Serena Domingo, del Instituo de Ciencia y Materiales de Madrid y del Consejo Superior de Investigaciones Científicas.

Noticias de Prensa

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Consulte en PDF la primera página de EL PAÏS, Edición nacionalo, del miércoles 11 de junio

 

La nave ‘Rosetta’ explorará el origen del agua de la Tierra en los cometas

La sonda europea ejecutará un complejo baile espacial en sus maniobras de aproximación al objeto celeste al que se dirige

La sonda europea ejecutará un complejo baile espacial en sus maniobras de aproximación al objeto celeste al que se dirige. / ESA–C. Carreau (ATG medialab)

 

 

¿Cómo es la estructura y la composición del núcleo de un cometa? ¿Trajeron los cometas el agua al planeta Tierra? ¿Pudieron traer las moléculas precursoras de la vida? ¿Cómo funciona la actividad de los cometas cuando se acercan al Sol? Estas son las preguntas fundamentales que pretende responder la nave Rosetta, de la Agencia Europea del Espacio (ESA), resume Laurence O´Rourke, coordinador de operaciones científicas de la misión. Y su colega Michael Kueppers añade que “los cometas están hechos del mismo material del que se formaron los planeas, pero sin procesar, así que estudiándolos se aprender mucho sobre cómo se formó el Sistema Solar”. La Rosetta, tras casi una década de desde que partió de la Tierra, se está acercando ya a su destino final, el cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko, actualmente a unos 600 millones de kilómetros del Sol. El encuentro está previsto para el próximo seis de agosto.

El pasado enero se activó la nave, que había viajado durante dos años y medio en de hibernación, con casi todos los equipos apagados, y los científicos han comprobado ya que todos los instrumentos de toma de datos y análisis, así como las cámaras, funcionan perfectamente, informaron ayer sus responsables en una reunión celebrada en el Centro de Astronomía Espacial Europeo (ESAC), la sede de la ESA en Madrid, que se encargará de las operaciones científicas de la misión.

Trayectoria de la nave `Rosetta´ ponerse en órbita del cometa. / ESA–C. Carreau

 

Una decena de cometas y asteroides han sido visitados ya por satélites, recordó Kueppers. Pero la Rosetta será la primera sonda en ponerse en órbita del núcleo de uno de estos objetos celestes y acompañarlo en su hacia las proximidades del Sol. Lleva cámaras con resolución de 10 centímetros e instrumentos (11 en la sonda y 10 en el módulo de descenso Philae) para realizar investigación directa del cometa. Los de composición del agua del 67P/Churyumov-Gerasimenko (los cometas son bolas de hielo, fragmentos de roca y polvo) deben ayudar a comprender su relación con el agua en la Tierra, explicó Kueppers. “Incluso puede que los cometas trajeran las moléculas que formaron la vida… es una hipótesis”, añadió. “Rosetta va a ayudar también a interpretar los datos que tenemos de otros cometas”, puntualizó Nicolás Altobelli, científico de la misión.

“Incluso que los cometas trajeran las moléculas que formaron la vida… es una hipótesis”

todo el próximo mes de agosto, una vez superadas las varias operaciones de frenado que está haciendo la nave estas semanas para no pasarse de largo del cometa, empezará un complejo baile espacial de maniobras para ir observando de cerca el 67P/Churyumov-Gerasimenko, de unos cuatro kilómetros de diámetro. “No podemos colocar la nave en órbita directamente, así que la Rosetta se quedará, al principio, un poco alejada del cometa”, señaló O´Rourke. Encendiendo sus motores en momentos perfectamente calculados, la sonda irá haciendo sobrevuelos del objetivo diferentes ángulos durante un mes. Y todo eso a una distancia de la Tierra tal que las señales de la sonda espacial, viajando a la velocidad de la luz (casi 300.000 kilómetros por segundo), tardarán 20 minutos en llegar a la Tierra.

El 11 de septiembre la nave se pondrá por fin en órbita del cometa y a finales de ese mes estará dando vueltas a su alrededor a 20 kilómetros de altura, para descender unos 10 kilómetros a mediados de octubre. Un mes después se acercará aún más al 67P/Churyumov-Gerasimenko para soltar el módulo Philae que descenderá hasta el núcleo del cometa. Allí, este artefacto de cien kilos debe funcionar al menos durante una semana con la energía de sus baterías, y luego hasta tres meses con sus paneles solares comentaron los expertos. El lugar de aterrizaje se decidirá con los mapas de la superficie del núcleo cometario que se irán realizando con los que envíe la nave Rosetta a partir de agosto.

Fuentre: El País