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Los nanotubos de carbono causan cáncer de la misma manera que el asbesto
Los nanotubos de carbono son cancerígenos y el mecanismo por el cual causan cáncer parecería ser el mismo que en el caso del amianto, según un artículo publicado en Current Biology por autores del Medical Research Council (MRC) del Reino Unido.
Los nanotubos de carbono (CNTs) son un material maravilloso muy anunciado, más fuerte que el acero y un conductor eléctrico superior debido a su naturaleza bidimensional enrollada. Sin embargo, la naturaleza cancerígena de las fibras largas de CNT indica cautela en cómo se usan, concluyen los investigadores.
Se están desplegando y experimentando en múltiples áreas de la nanoelectrónica. Sin embargo, los CNT deben manejarse con cuidado. Su naturaleza nanoscópica los hace difíciles de controlar y dificulta asimismo la protección de los agentes de producción. Las mismas lecciones probablemente deberían trasladarse al uso de muchos de los denominados materiales biopersistentes en la escala de nanómetros.
Uno de los grandes problemas con el asbesto en el pasado, y con los CNTs ahora, es que su naturaleza inducida por el cáncer es un efecto a largo plazo. Una vez que se toman en las fibras son difíciles de purgar y permanecen inadvertidas en los pulmones. Es el efecto inflamatorio a largo plazo de las fibras largas atraídas a los pulmones lo que abre las vías químicas y bioquímicas al cáncer, aunque los mecanismos moleculares que subyacen al mesotelioma de latencia larga aún no se conocen.
La investigación del MRC muestra que las fibras largas biopersistentes inducen la enfermedad pleural, incluyendo el mesotelioma, en la misma vía que el asbesto. Los investigadores afirman:»Dado que la creciente fabricación de fibras largas de CNT aumenta el potencial de exposición humana, nuestros hallazgos refuerzan la necesidad de precaución al usar estos agentes si se quiere evitar el daño a largo plazo».
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Material inteligente basado en grafeno
Un papel fabricado con óxido de grafeno cambia de forma ante distintos estímulos (puede incluso “caminar” por una superficie lisa e incluso girar) y podría ser la puerta a nuevos dispositivos inteligentes. Al exponer el material a luz o cuando se calienta ligeramente este material activo se pliega y permite desarrollar sistemas flexibles que cambian de forma. Se cree que podría ser usado en ropa inteligente capaz de cambiar de forma (y de estilo) como respuesta a la temperatura corporal, o a los cambios ambientales. También podría permitir desarrollar paneles solares que se orienten hacia la posición del Sol. O incluso músculos artificiales para robots, sensores capaces de activar dispositivos de seguridad, etc.
El artículo es Jiuke Mu et al., “Origami-inspired active graphene-based paper for programmable instant self-folding walking devices,” Science Advances 01: e1500533, 06 Nov 2015, doi: 10.1126/sciadv.1500533.
Más información divulgativa en César Tomé (Próxima), “Un material inteligente cargado de ideas,” Next, Voz Pópuli, 11 Nov 2015; Mª Victoria S. Nadal, “Un papel de grafeno se mueve y camina solo gracias a la luz y al calor,” Materia, El País, 12 Nov 2015; Sarah Romero, “Mini robots origami hechos con papel de grafeno,” Muy Interesante, 12 Nov 2015.
Ampliar en: La Ciencia de la Mula Francis
IBM investigará en el desarrollo de computación cuántica y cerebros sintéticos
Nuevas investigaciones, así como nuevos proyectos e inversiones de IBM podrían llevar el futuro en dirección de lo que en muchas ocasiones parece tecnología de ciencia ficción como ordenadores que imitan el cerebro humano o la tan famosa computación cuántica.
IBM invertirá 3000 millones de dólares para investigación y desarrollo de estas tecnologías se concentran en dos grandes campos: desarrollo de componentes nanotecnológicos para los chips de silicio para grandes volúmenes de datos y sistemas de nubes, y la experimentación con microchips «post-silicio». Supratik Guha de IBM señala que los microprocesadores y la escalada en innovación en este sentido está llegando a su fin y que es importante ponerse en marcha para este nueva tecnología.
En cuanto a la otra gran área de inversión, IBM ha estado investigando la viabilidad de la tecnología de la construcción que puede imitar la cognición humana desde hace años. IBM ha estado en la búsqueda de un nuevo lenguaje de programación que se utilizará para el aprendizaje de las máquinas y sistemas de computación cognitiva como Watson, que podemos ver en el siguiente vídeo a prueba:
Google X pospone el proyecto de ascensor espacial
Google X, el departamento de investigaciones secretas de la empresa de Mountain View, ha confirmado que estudiaban construir el ascensor espacial. Sin embargo, han decidido congelar el proyecto para centrarse en uno de sus componentes: los nanotubos de carbono.
Puede que Google se convierta en algo más grande de lo que ya es. Y es que hace unos días se confirmaba desde Google X (el departamento supersecreto de investigación de la empresa americana) que habían estado trabajando en un ascensor espacial. Este proyecto ha sido congelado porque aún no existen los medios adecuados para llevar a cabo esta idea.
El Jefe del Equipo de Evaluación Rápida, Rich DeVaul, ha confirmado las intenciones de su departamento al mismo tiempo que apuntaba que el coste inicial de la obra sería inmenso. Sin embargo, una vez construido, el ascensor podría operar con un gasto mínimo ya que apenas consumiría energía. La razón que Dan Piponi, investigador de Google X, esgrime para la congelación del proyecto es que se debería usar un material 100 veces más fuerte que el acero actual. Y eso tan solo es posible con los nanotubos de carbono. El problema es que nadie ha conseguido hacer este material con más de un metro de largo.
Así pues, el ascensor espacial se ha quedado congelado hasta que los materiales sean asequibles. En este sentido, Mitch Heinrich de Google X, aseguraba que el equipo de investigación había decidido centrar sus investigaciones en el campo de los nanotubos y posponer el proyecto del ascensor hasta que sea factible.
Fuente: ALT1040
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Nano-antenas de grafeno pueden permitir redes de pequeñas máquinas
Las redes de máquinas a escala nanométrica ofrecen interesantes aplicaciones potenciales en la medicina, la industria, la protección del medio ambiente y la defensa, pero hasta ahora hay un problema: la limitada capacidad de las antenas a nanoescala fabricadas a partir de componentes metálicos tradicionales.
Con antenas hechas de materiales convencionales como el cobre, la comunicación entre nanomáquinas de baja potencia sería virtualmente imposible. Pero mediante el aprovechamiento de las propiedades electrónicas únicas del material conocido como grafeno, los investigadores ahora creen que están en el buen camino para conectar dispositivos alimentados por pequeñas cantidades de energía.
Sobre la base de una red de nido de abeja de átomos de carbono, el grafeno podría generar un tipo de onda de superficie electrónica que permitiría antenas de sólo una micra de largo y de 10 a 100 nanómetros de ancho para hacer el trabajo de antenas mucho más grandes. Mientras que como operan estas nano-antenas aún no se han demostrado, los investigadores dicen que sus modelos matemáticos y las simulaciones muestran que las nano-redes que utilizan el nuevo enfoque son factibles con el material alternativo.
«Estamos explotando la propagación peculiar de los electrones en el grafeno para hacer una pequeña antena que pueda irradiar frecuencias mucho más bajas que las antenas metálicas clásicas del mismo tamaño», dijo Ian Akyildiz, profesor Ken Byers en la Escuela de Ingeniería Eléctrica y Ingeniería Informática en el Instituto de Tecnología de Georgia. «Creemos que esto es sólo el comienzo de un nuevo paradigma de las comunicaciones en red y basada en el uso de grafeno.»
Patrocinado por la Fundación Nacional para la Ciencia, la investigación está programada para ser publicada en la revista IEEE Journal of Selected Areas in Communications (IEEE JSAC). Además de las antenas a nanoescala, los investigadores también están trabajando en transceptores a nanoescala basados ??en el grafeno y los protocolos de transmisión que serían necesarios para la comunicación entre las nanomáquinas.
El desafío es que en las comunicaciones en la escala del micrón, las antenas metálicas tendrían que operar a frecuencias de cientos de terahercios. Si bien esas frecuencias pueden ofrecer ventajas en la velocidad de comunicación, su rango estaría limitado por las pérdidas de propagación a unos pocos micrómetros. Y ellos requieren mucha potencia – más que las nanomáquinas pueden tener.
Akyildiz ha estudiado nanonetworks desde finales de 1990, y llegó a la conclusión de que la comunicación electromagnética tradicional entre estas máquinas podría no ser posible. Pero entonces él y su Ph.D. estudiante, Josep Jornet – quien se graduó en agosto de 2013 y ahora es profesor adjunto en la Universidad Estatal de Nueva York en Buffalo – comenzó a leer acerca de las sorprendentes propiedades del grafeno. Estaban especialmente interesados en cómo se comportan los electrones en las hojas de una sola capa de material.
«Cuando los electrones en el grafeno son excitados por una onda electromagnética entrante, por ejemplo, empiezan a moverse hacia atrás y adelante», explicó Akyildiz. «Debido a las propiedades únicas del grafeno, esta oscilación global de la carga eléctrica se traduce en una onda electromagnética confinada en la parte superior de la capa de grafeno.»
Conocido técnicamente como surface plasmon polariton (SPP) wave, el efecto será permitir que las nano-antenas puedan operar en el extremo inferior del rango de frecuencia de terahercios, entre 0,1 y 10 terahercios – en lugar de al 150 terahertz requerido por las antenas de cobre tradicionales en tamaños nanométricos. Para la transmisión, las ondas de SPP se pueden crear mediante la inyección de electrones en la capa dieléctrica por debajo de la hoja de grafeno.
Los materiales tales como oro, plata y otros metales nobles también pueden apoyar la propagación de las ondas SPP, pero sólo en frecuencias mucho más altas que el grafeno. Los materiales convencionales como el cobre no son compatibles con las ondas.
Al permitir la propagación electromagnética a frecuencias de terahercios inferiores, las ondas SPP requieren menos energía – poniéndolas al alcance de lo que podría ser factible para nanomáquinas operadas por tecnología de recolección de energía por primera vez por Zhong Lin Wang, profesor en Georgia Tech’s School of Materials Science and Engineering.
«Con esta antena, podemos reducir la frecuencia en dos órdenes de magnitud y reducir las necesidades de energía de cuatro órdenes de magnitud», dijo Jornet. «Con el uso de esta antena, creemos que las técnicas de recolección de energía desarrolladas por el Dr. Wang nos daría la energía suficiente para crear un enlace de comunicaciones entre las nanomáquinas.»
Las nanomáquinas en la red de Akyildiz y Jornet Envision incluirían varios componentes integrados. Además de los nanogeneradores de recolección de energía, habría detectores a nanoescala, procesamiento y memoria, las tecnologías que están en desarrollo por otros grupos. La antena y el transceptor de trabajo a nanoescala que se realiza en Georgia Tech permitiría que los dispositivos se comuniquen la información tienen la sensación y el proceso con el mundo exterior.
«Cada uno de estos componentes podría tener una medida a escala nanométrica, pero en total tendríamos una máquina de medición de unos pocos micrómetros», dijo Jornet. «Habría un montón de ventajas y desventajas en el uso y el tamaño de la energía.»
Más allá de dar a las nanomáquinas la capacidad de comunicarse, cientos o miles de conjuntos de antena de transceptor de grafeno podrían ser combinados para ayudar a que los teléfonos celulares y portátiles conectados a internet se comunican más rápido.
«La banda de terahercios puede aumentar las tasas actuales de datos en las redes inalámbricas en más de dos órdenes de magnitud», señaló Akyildiz. «Los tipos de datos en los sistemas celulares actuales son hasta un gigabit por segundo en redes LTE avanzadas o 10 gigabits por segundo en las llamadas ondas milimétricas o sistemas de 60 gigahertz. Esperamos que la transmisión de datos en el orden de los terabits por segundo en la banda de terahertz «.
Las propiedades únicas de grafeno, Akyildiz dice, son fundamentales para esta antena – y otros dispositivos electrónicos en el futuro.
«El grafeno es un nanomaterial muy poderoso que dominará nuestras vidas en el próximo medio siglo», dijo. «La comunidad europea va a apoyar un gran consorcio formado por muchas universidades y empresas con una inversión de mil millones de euros para llevar a cabo la investigación sobre este material.»
Hasta ahora, los investigadores han evaluado numerosos diseños nano-antena utilizando técnicas de modelado y simulación en el laboratorio. El siguiente paso será el de fabricar en realidad una nano-antena y operar utilizando un transceptor también basado en el grafeno.
«Nuestro proyecto muestra que el concepto de nano-antenas basadas ??en el grafeno es factible, sobre todo si se tiene en cuenta los modelos muy precisos de transporte de electrones en el grafeno», dijo Akyildiz. «Quedan muchos retos abiertos, pero este es un primer paso hacia la creación de nanomáquinas avanzada con muchas aplicaciones en los campos biomédicos, ambientales, industriales y militares.»
La investigación descrita aquí fue apoyada por la National Science Foundation bajo el número de concesión CCF-1349828. Las opiniones o conclusiones son las de los autores y no necesariamente reflejan los puntos de vista oficiales de la NSF.
Georgia Institute of Technology (2013, December 12). Graphene-based nano-antennas may enable networks of tiny machines. ScienceDaily.
Fabrican fibras para la ropa que almacenan electricidad
Huisheng Peng (Universidad de Fudan en Shanghai, China) y sus colegas han fabricado fibras elásticas para tejer ropa recubiertas de un supercondensador (supercapacitor) de nanotubos de carbono que almacena electricidad como si se tratara de una batería recargable. Estas fibras servirán para alimentar con electricidad la ropa inteligente que llevará dispositivos electrónicos cableados en los propios hilos del tejido. Una aplicación sorprendente de los supercondensadores basados en nanotubos de carbono que todavía tardará unos años en llegar al mercado y que tendrá que competir con otras tecnologías basadas en hojas planas que se pueden coser a la ropa. Nos lo resumen en ”Power storage in stretchy fibres,” Nature 504: 10, 05 Dec 2013, siendo el artículo técnico Zhibin Yang et al., “A Highly Stretchable, Fiber-Shaped Supercapacitor,” Angewandte Chemie, AOP 8 Nov 2013.
La imagen muestra el proceso de fabricación. Se recubre una fibra de caucho con una capa fina de H3PO4-poli (alcohol polivinílico, llamado PVOH o PVA), que actúa como electrolito. Luego se deposita una capa de nanotubos de carbono sintetizados por deposición química de vapor, que actúa como electrodo bobinado en la fibra. Este proceso se repite dos veces más, aplicando un nuevo recubrimiento con el electrolito seguido de una deposición del electrodo de nanotubos de carbono.
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Impresión en una nueva dimensión, impresoras 4D
Imagínese un recubrimiento de automóvil que cambia su estructura para adaptarse a un ambiente húmedo o a una carretera cubierta de sal, para proteger mejor el coche de la corrosión. O pensemos en el uniforme de un soldado que podría alterar su camuflaje o proteger más eficazmente contra el gas venenoso o metralla al contacto .
Tres investigadores universitarios de University of Pittsburgh’s Swanson School of Engineering, Harvard School of Engineering and Applied Sciences, y la University of Illinois proponen avanzar un paso , o mejor dicho , una dimensión aún más sobre la impresión 3D . Gracias a una subvención de 855000 $ de la Oficina de Investigación del Ejército de Estados Unidos , el equipo espera desarrollar materiales 4D, que pueden exhibir un comportamiento que cambia con el tiempo .
Los tres científicos integrarán su experiencia en manipular nano y micro materiales para producir, a través de impresión 3D, materiales que pueden modificar sus estructuras a través del tiempo en el nivel macro. La impresión tridimensional, también conocida como fabricación aditiva, es el proceso de crear un objeto en 3D sobre la base de un modelo digital mediante el depósito de capas sucesivas de material.
«En lugar de construir un material estático o uno que simplemente cambia de forma, estamos proponiendo el desarrollo de la adaptación, compuestos biomiméticos que reprogramar su forma, propiedades o función de la demanda, en base a estímulos externos», explicó Balazs . «Mediante la integración de nuestra capacidad para imprimir en tres dimensiones materiales precisos , jerárquicamente estructurados, sintetizar componentes estímulo – respuesta, y predecir el comportamiento temporal del sistema, esperamos sentar las bases para el nuevo campo de la impresión de 4D.»
Lewis agregó que la tecnología de impresión 3D actual permite a los investigadores desarrollar una funcionalidad compleja en los niveles nano y micro, no sólo a lo largo de toda una estructura, sino también dentro de las áreas específicas de la estructura. » Si utiliza materiales que poseen la capacidad de cambiar sus propiedades o la forma varias veces, usted no tiene que construir para un uso específico de una sola vez «, explicó . «Compuestos que pueden ser reconfigurados en presencia de diferentes estímulos podrían extender ampliamente el alcance de la impresión 3D .»
Dado que la investigación utilizará rellenos sensibles incrustados dentro de un hidrogel de estímulos – respuesta, Nuzzo dice que esto abre nuevas rutas para la producción de la próxima generación de sensores inteligentes, recubrimientos, textiles, y componentes estructurales. » La capacidad de crear un tejido que responde a la luz mediante el cambio de su color, y a la temperatura mediante la alteración de su permeabilidad, e incluso a una fuerza externa por el endurecimiento de su estructura, es posible a través de la creación de materiales sensibles que son simultáneamente adaptativos, flexibles, ligeros y fuertes. es esta » funcionalidad complicada » la que hace de la verdadera impresión 4D un cambio significativo» .
Fuente: EurekAlert!
Contacto: John Fedele
jfedele@pitt.edu
Ordenador fabricado con nanotubos de carbono
En química, se denominan nanotubos a estructuras tubulares cuyo diámetro es del tamaño del nanómetro. Existen nanotubos de muchos materiales, tales como silicio o nitruro de boro pero, generalmente, el término se aplica a los nanotubos de carbono.
Los nanotubos de carbono son una forma alotrópica del carbono, como el diamante, el grafito o los fullerenos. Su estructura puede considerarse procedente de una lámina de grafito enrolladas sobre sí misma.1 Dependiendo del grado de enrollamiento, y la manera como se conforma la lámina original, el resultado puede llevar a nanotubos de distinto diámetro y geometría interna. Estos estan conformados como si los extremos de un folio se uniesen por sus extremos formando el susodicho tubo, se denominan nanotubos monocapa o de pared simple. Existen, también, nanotubos cuya estructura se asemeja a la de una serie de tubos concéntricos, incluidos unos dentro de otros, a modo de muñecas matrioskas y, lógicamente, de diámetros crecientes desde el centro a la periferia. Estos son los nanotubos multicapa. Se conocen derivados en los que el tubo está cerrado por media esfera de fulereno, y otros que no están cerrados.
Un equipo de ingenieros de la Universidad de Stanford en Estados Unidos ha demostrado su viabilidad para fabricar dispositivos electrónicos. En concreto han utilizado nanotubos de carbono para construir el primer ordenador fabricado totalmente con este prometedor material. Anteriormente, se habían fabricado algunos circuitos con nanotubos de carbono, pero ésta es la primera vez que se desarrolla un ordenador completamente con este material.
Los ingenieros han logrado poner en marcha un proceso para fabricar circuitos basados en nanotubos de carbono y han logrado construir un circuito simple pero eficaz que muestra que es posible realizar tareas computacionales utilizando esta tecnología. Esta computadora sólo tiene 178 transistores y es capaz de desarrollar simultáneamente tareas básicas de cálculo y clasificación, además tiene un sistema operativo básico que le permite cambiar de un proceso a otro.
Ampliar en: NANOTECNOLOGÍA UDLAP
magen: vitroid via photopin cc
Impresión de nanoestructuras con material de automontaje
Un equipo multiinstitucional de ingenieros ha desarrollado un nuevo enfoque para la fabricación de nanoestructuras para la industria de semiconductores y de almacenamiento magnético. Este enfoque combina la tecnología de impresión de inyección avanzada de tinta de arriba- abajo con un enfoque de abajo-arriba (bottom-up) que consiste automontaje de bloques de copolímeros, un tipo de material que puede formar espontáneamente estructuras ultrafinas.
El equipo, formado por nueve investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, la Universidad de Chicago y la Universidad de Hanyang en Corea, fue capaz de aumentar la resolución de su estructura de fabricación compleja de aproximadamente 200 nanómetros a aproximadamente 15 nanómetros. Un nanómetro es la mil millonésima parte de un metro, el ancho de una molécula de ADN de doble cadena.
La capacidad de fabricar nanoestructuras de polímeros, ADN, proteínas y otros materiales «blandos» tiene el potencial de permitir nuevas clases de electrónica, dispositivos de diagnóstico y sensores químicos. El reto es que muchos de estos materiales son fundamentalmente incompatibles con los tipos de técnicas litográficas que se utilizan tradicionalmente en la industria de circuitos integrados.
Técnicas de impresión recientemente desarrollados, de ultra alta resolución mediante inyección de tinta tienen un cierto potencial, con la resolución demostrada hasta 100-200 nanómetros, pero hay retos importantes para lograr la verdadera dimensión de nanoescala. «Nuestro trabajo demuestra que los procesos de autoensamblaje de polímero pueden proporcionar una forma de evitar esta limitación», dijo John Rogers, profesor en Ciencia de los Materiales e Ingeniería de la UIUC.
Rogers y sus colegas informan sobre sus hallazgos en la edición de septiembre de la revista Nature Nanotechnology. La combinación de impresión de chorro de copolímeros en bloques de auto-montaje permitió a los ingenieros lograr una resolución mucho más alta, según lo sugerido por Onses Serdar, un científico postdoctoral en UIUC. Onses obtuvo su doctorado en la Universidad de Wisconsin con Paul Nealey, ahora profesor Brady W. Dougan de Ingeniería Molecular de Universidad de Chicago y coautor del artículo de Nature. «Este concepto resultó ser muy útil», dijo Rogers.
Los ingenieros utilizan materiales de automontaje para aumentar los procesos de fotolitografía tradicionales que generan patrones para muchas aplicaciones tecnológicas. Primero se crean ya sea un patrón topográfico o químico con los procesos tradicionales. Para el artículo de Nature , esto se hizo en el IMEC en Bélgica, un centro de investigación independiente de nanoelectrónica. El laboratorio de Nealey es pionero de este proceso de autoensamblaje dirigido de copolímeros en bloque con nanopatrones químicos.
Beneficios de impresión e-jet
La forma avanzada de impresión de inyección de tinta que los ingenieros utilizan para depositar localmente bloque de copolímeros se denomina impresión electrohidrodinámica o impresión e-jet, que funciona de forma muy parecida a las impresoras de inyección de tinta de oficinistas usan para imprimir en papel. «La idea es que el flujo de materiales de pequeñas aberturas, excepto e-jet es una versión especial de alta resolución de las impresoras de chorro de tinta que puede imprimir por debajo de varios cientos de nanómetros», dijo Onses. Y debido a que e-jet puede manejar naturalmente tintas fluidas, sirve perfectamente para las suspensiones de solución de nanotubos, nanocristales, nanocables y otros tipos de nanomateriales.
«El aspecto más interesante de este trabajo es la capacidad de combinar las técnicas de ‘arriba-abajo’ de impresión de chorro con procesos de abajo-arriba de auto-ensamblaje, de una manera que abre nuevas posibilidades en la litografía – aplicable a los materiales blandos y duros por igual «, dijo Rogers.
Fuente: M. Serdar Onses, Chiho Song, Lance Williamson, Erick Sutanto, Placid M. Ferreira, Andrew G. Alleyne, Paul F. Nealey, Heejoon Ahn, John A. Rogers. Hierarchical patterns of three-dimensional block-copolymer films formed by electrohydrodynamic jet printing and self-assembly. Nature Nanotechnology, 2013; 8 (9): 667 DOI: 10.1038/nnano.2013.160
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