Archivo de febrero, 2020

¿Podemos saber con detalle qué están haciendo las células?

Enviado por: Alberto Castellano

La respuesta a esta pregunta parece clara, sí, tomemos un microscopio y miremos. Pero es que esto no basta, no es una fuente información completa. Entonces, ¿es qué podemos medir más cosas?, ¿qué tipo de señales?.

Hace poco más de cien años biólogos y profesionales dedicados al ámbito de la medicina se encontraban buscando una explicación ante la morfología y funcionamiento del cerebro. Ramón y Cajal y Camillo Golgi recibieron en 1906 el premio Nobel de Medicina, “en reconocimiento de su trabajo sobre la estructura del sistema nervioso”. En aquella época se aceptó la hipótesis de que el tejido nervioso se constituía de pequeñas células denominadas neuronas con una fisiología definida, inferida por las técnicas de microscopía y tinción de la época. Pero aún quedaba mucho camino por recorrer. La pregunta esencial era qué tipo de proceso provocaba la transmisión del impulso nervioso, y cuál era el origen de este.  Pero no fue hasta pasado más de medio siglo cuando se pudo comenzar a medir las señales involucradas en la activación de las células. Este avance le valió a Erwin Neher y Bert Sakman  el premio Nobel de Medicina en 1991 por el desarrollo de la técnica del patch clamp y “por sus descubrimientos sobre la función de los canales iónicos en las células“.  Sin embargo, todavía quedaban cuestiones por responder y debido a su curiosidad y al avance en la ciencia de materiales, y más concretamente en la nanotecnología (con el desarrollo de nuevos materiales semiconductores con estructuras y morfologías particulares a nivel mesoscópico e incluso nanométrico), se ha conseguido medir con mayor precisión las señales de los procesos electroquímicos que gobiernan las comunicaciones celulares.  La implementación de estas meso- y nanoestructuras permiten no solo conocer cómo se comunican las células sino medir incluso las fuerzas que son capaces de generar en sus contracciones o incluso las deformaciones que experimentan. Del mismo modo se puede controlar las excitaciones de las células individualmente mediante procedimientos y dispositivos similares.  Además, la aplicabilidad de estas nuevas técnicas es expandibles incluso a pequeñas muestras de tejido celular.  En este post vamos a presentar algún ejemplo de este tipo de nanodispositivos basados en semiconductores.

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Nanodispositivo con capacidad de aprender, memorizar e incluso olvidar

Enviado por: Mario Jerez Lucena

Un grupo de investigadores del Instituto Nacional de Ciencia de Materiales de Japón, de la Universidad de Sidney y de la Universidad de California (UCLA) han presentado un dispositivo experimental basado en una red interconectada con características similares a algunos comportamientos del cerebro, tales como el aprendizaje, la capacidad de memorización o del olvido.

El dispositivo está constituido por una red de nanohilos de plata, cuyo diámetro promedio es de tan solo 360 nanómetros. Dichos nanohilos se encuentran recubiertos con un polímero aislante de aproximadamente 1 nanómetro de espesor. El resultando de este dispositivo formado por la mencionada red tiene un tamaño final de tan solo 10 mm2.

Los nanohilos se encuentran unidos aleatoriamente en una matriz de óxido de silicio, formando una estructura interconectada muy similar a las encontradas en el neocórtex cerebral, la parte del cerebro responsable de funciones superiores como el lenguaje, la percepción o el pensamiento consciente.

Dispositivo conformado por una red de nanohilos capaz de asemejar el funcionamiento del cerebro.

Según el estudio, el paso de una corriente eléctrica por el dispositivo provoca que los átomos de plata sufran un proceso de electromigración desde el interior del recubrimiento polimérico y conformen interconexiones superponiéndose entre ellos, dando lugar a una unión muy similar a la sinapsis neuronal del sistema nervioso. La red de nanohilos presenta aproximadamente 10 millones de estas uniones, de modo que, al conectar dos electrodos para estudiar su funcionamiento se observa que, después de fluir la corriente a través de la red, las conexiones entre nanohilos permanecen durante un minuto en algunos casos, algo que se podría asemejar al proceso de aprendizaje y memorización del cerebro. En otros casos, las conexiones se cortan repentinamente al retirar la corriente eléctrica, imitando el acto del olvido.

 Este descubrimiento sin duda será muy útil para la búsqueda de nuevos tipos de “hardware” capaces de procesar conjuntos de datos grandes y complejos, mejorando la capacidad de trabajo de las computadoras actuales, logrando manejar tareas de forma más cercana al modo en que lo hace el cerebro humano.

(a) Imagen HR-TEM que muestra los planos atómicos de un nanohilo de Ag con la capa de PVP nanométrica depositada en la superficie. La barra de escala para las figura es de 2 nm. (b) Esquema del sistema de medición. Dos sondas de tungsteno, separadas por una distancia d = 500 μm, actúan como electrodos, contactando la red de nanhilos depositada en óxido de Silicio.


Para mayor información puede visitar el siguiente enlace.

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Categorias: Nanodispositivos

Electrolitos sólidos (SSE) para la mejora de las prestaciones de las Baterías de Litio

Las baterías de iones de litio se encuentran en todo, desde teléfonos celulares y ordenadores, hasta automóviles. Sin embargo, los incidentes recientes relacionados con incendios o explosiones de estos dispositivos muestran la necesidad de baterías cada vez más seguras. Las baterías tradicionales de iones de litio consisten en un cátodo y un ánodo, separados por un electrolito líquido y una delgada pieza de plástico poroso. Si la batería se daña, por ejemplo, por sobrecarga o por rotura del separador de plástico por deformación, el electrolito puede incendiarse.

Un grupo de investigación de la Universidad de Purdue (West Lafayette, Indiana) dirigido por Ernesto E. Marinero, profesor de ingeniería de materiales e ingeniería eléctrica e informática en la Facultad de Ingeniería han patentado un nuevo modelo de separadores que pueden reducir el riesgo de estas baterías.

El profesor E. Marinero se planteó la necesidad de encontrar soluciones que abordaran este problema de la inflamabilidad, junto con la necesidad de una gran plasticidad en el material dentro de la batería que conecta los electrodos del ánodo y el cátodo.

Para ello, han diseñado un novedoso sistema compuesto de material de electrolitos de estado sólido que comprende nanopartículas cerámicas incrustadas en matrices de poliméricas.

Marinero ha indicado que: “Estos materiales compuestos potencialmente permitirían el uso de ánodos de metal de litio puro y así poder incrementar, en un factor de cinco aproximadamente, la densidad de capacidad volumétrica de las baterías existentes”.

Andrés Villa, coautor de este trabajo junto con Marinero, ha indicado que sólo es necesario menos del 10% en peso de nanopartículas cerámicas en un electrolito compuesto de polímero para superar la conductividad iónica de las películas delgadas del material cerámico, reduciendo así significativamente los costos de producción.

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