Ciencia e Ingeniería de Materiales

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jueves, 2 de julio de 2020

Como mantener alimentos frescos y evitar el desperdicio utilizando envases ecológicamente correctos

julio 02, 2020
Resumen: Cerca de un tercio de todo el alimento producido para el consumo humano son perdidos o desperdiciados globalmente cada año. Por lo tanto, hay una necesidad creciente de desenvolver los materiales de los envases innovadores, que extiendan la vida útil de los alimentos para reducir el desperdicio.


Gran parte de los alimentos producidos en el mundo son perdidos. Desperdiciar la comida levanta preocupaciones económicas, éticas y preocupa también por los impactos ambientales. El proyecto YPACK viene creando envases ecológicamente correctos en forma de bandejas y películas protectoras para garantizar que los alimentos puedan mantenerse frescos por más tiempo y para que no perjudique el medio ambiente. El envase sustentable YPACK es hecha de subproductos alimentares, como suero de queso y cáscara de la almendra que, de otra forma, podrían ser desechados.


El envase es hecho a partir de un biopolímero sustentable, poli (3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato), producido a partir del suero del queso y micro celulosa a partir de cáscaras de almendra. Fue descubierto que la integración del óxido de zinc y del aceite esencial de orégano ayuda a proteger contra la contaminación bacteriana en los envases de alimentos.


Los envases de alimentos producidas por ese biopolímero pueden degradarse en 90 días. Esos nuevos descubrimientos indican el potencial de los envases biopoliméricos para aumentar la vida útil de productos frescos, como carne, frutas y pastas frescas. El coordinador del proyecto, Dr. José María Lagarón, comenta: “Vemos un futuro muy brillante para materiales de envases reciclados, siempre que el envase sea funcional. Eso significa que este puede sustituir el material no ecológico existente. El principal aspecto es que el envase, en el fin de su vida útil, puede ser descartado con el resto de los residuos orgánicos.


La investigación apunta para las propiedades antimicrobianas de los compuestos de óxido de zinc y aceite de orégano que protegen contra dos bacterias que pueden causar intoxicación alimentar, Staphylococcus aureus y Escherichia coli.


De acuerdo con el coordinador del proyecto, fue estudiado envases para frutas cortadas y carne cruda, y envases que pueden ser abiertos y cerrados varias veces, como bolsas de pan y paquetes de rebanadas de jamón. Los compañeros de YPACK observan “que la mejoría de la vida útil en 20% y 50% tiene el potencial de reducir el desperdicio de alimentos de 12.5% a 30%, respectivamente.”


El proyecto YPACK (Envases a base de polihidroxialcanoatos de alto desempeño para minimizar el desperdicio de alimentos) terminará en octubre de 2020. Un comunicado en el sitio web del proyecto afirma que las pruebas de vencimiento de productos alimentares en los envases YPACK “están planeados para carne, pepinos para bebes y pastas frescas”.


Referencia:
CORDIS. How to prolong shelf life and avoid food waste. phys.org, 24 de junio de 2020.

Reddación: Nathielle Harka
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La impresión 3D y su aplicación en polímeros conductores

julio 02, 2020
Resumen: Para combatir la contaminación producida por los plásticos que afecta los mares, investigadores de la Universidad de Cornell desarrollaron un nuevo polímero capaz de degradarse con la radiación ultravioleta.



La fabricación de materiales a base de polímeros conductores tiene muchas limitaciones, la impresión 3D puede ser la solución, pero solo utilizando estructuras simples. Se busca utilizar a los polímeros conductores debido a la combinación de propiedades de un polímero común y la conductividad eléctrica intrínseca que poseen.

Diseñaron una tinta polimérica con propiedades reológicas favorables para la impresión 3D teniendo alta resolución, alta relación de aspecto, fabricación altamente reproducible de polímeros conductores. Generalmente este tipo de polímeros son utilizados en forma de solución de polímero cuya baja viscosidad impide su uso directo para la impresión 3D.

En este estudio los científicos usaron una tinta de polímero conductor imprimible en 3D de alto rendimiento basada en PEDOT: PSS, con la viscosidad del polímero se observó que dependía directamente de la concentración de las nanofibrillas de PEDOT:PSS, una baja viscosidad provoca la dispersión lateral de las tintas impresas en 3D sobre el sustrato y una alta viscosidad obstruye las boquillas de impresión, por lo que se buscó una concentración de nanofibrillas intermedia para que sea capaz de ser imprimible con propiedades reológicas óptimas.

Esta tinta puede ser almacenada durante un mes en condiciones ambientales sin alguna variación de su capacidad de impresión. Luego de la impresión 3D, se secan y se recocen los polímeros conductores para eliminar algún solvente residual y así facilitar la formación de dominios cristalinos ricos en PEDOT y la posterior filtración entre las nanofibrillas de PEDOT:PSS, las estructuras de PEDOT:PSS puro y seco pueden ser convertidas fácilmente en hidrogeles estables mediante una hinchazón en un ambiente húmedo.

La conductividad en estado seco es cinco veces más que en su estado hidrogel. La flexibilidad de este polímero conductor impreso en 3D es un poco mayor en su estado hidrogel que en su estado seco, al ser flexionados por tracción y compresión muestra una pequeña variación de la conductividad en ambos estados. Los polímeros impresos en 3D muestran una alta capacidad de almacenamiento de carga. Los científicos realizaron experimentos con una sonda neural de señales bioelectrónicas in vivo de fácil fabricación, mostrando buenos resultados.

Para la caracterización se realizaron varias técnicas e instrumentos, como la microscopia electrónica de barredura, dispersión de rayos X de ángulo pequeño, reometría giratoria, nanoindentación, prueba estándar de cuatro puntos, voltimetría cíclica y espectroscopía de impedancia electroquímica.

Referencia:
Hyunwoo YukBaoyang LuShen LinKai QuJingkun XuJianhong Luo & Xuanhe Zhao3D printing of conducting polymers. Nature Communications. March 30, 2020

Reddación: Dennis Gonzales
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miércoles, 1 de julio de 2020

Plástico que se degrada más rápido promete mares más limpios

julio 01, 2020
Resumen: Para combatir la contaminación producida por los plásticos que afecta los mares, investigadores de la Universidad de Cornell desarrollaron un nuevo polímero capaz de degradarse con la radiación ultravioleta.


New tool to track plastic pollution in the Mediterranean Sea | EU ...Fue creado un plástico con propiedades mecánicas necesarias para el comercio de peces, donde eventualmente, si el plástico fuera perdido en un ambiente acuático, este pueda degradarse. Eso reducirá la acumulación de ese material en la naturaleza” dice el investigador Bryce Lipinski, profesor en la Universidad de Cornell.

La pesca contribuye con mitad de la basura plástica en los océanos. Las redes de pesca son hechas, por ejemplo, de polipropileno isotático, polietileno de alta densidad y nylon 6,6, y ninguno de esos polímeros se degradan fácilmente. A pesar de existir muchas investigaciones sobre plástico degradables, hay un gran desafío en la obtención de un material con resistencia mecánica comparable al plástico comercial.

En los últimos 15 años fue estudiado y desarrollado este tipo de plástico llamado óxido de polipropileno isotático o iPPO. Este material fue descubierto originalmente en 1949, sin embargo, las propiedades mecánicas y fotodegradación de este material eran desconocidas. La alta isotaticidad (regularidad en la cadena) y la longitud de la cadena polimérica difiere del material descubierto originalmente en 1949, ofreciendo mayor resistencia mecánica.

Fue observado que el iPPO es estable para el uso común, sin embargo, cuando es expuesto a la luz UV, se “rompe”. Es posible ver ese cambio en el plástico a penas en el laboratorio y visualmente no parece haber cambiado mucho. La taza de degradación se da de acuerdo con la intensidad de la luz. En un ambiente de laboratorio, las longitudes de las cadenas poliméricas se degradaron en un cuarto de la longitud original luego de 30 días de exposición.

Finalmente, Lipinski y otros científicos desean no dejar rastros del polímero en el medio ambiente. Y por eso es necesario más estudios con la ayuda de textos para que el material pueda desaparecer efectivamente.

Referencia:
Bryce M. Lipinski, Lilliana S. Morris, Meredith N. Silberstein, Geoffrey W. Coates. Isotactic Poly(propylene oxide): A Photodegradable Polymer with Strain Hardening Properties. Journal of the American Chemical Society, 2020; 142 (14): 6800 DOI: 10.1021/jacs.0c01768

Reddación: Nathielle Harka
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martes, 22 de octubre de 2019

Electrolitos de polímero de estado sólido para baterías de alto rendimiento de litio metálico

octubre 22, 2019

Resumen: Las células electroquímicas que contienen ánodos metálicos son de gran interés para aplicaciones eléctricas, pero la electrodeposición desigual y mala reversibilidad del ánodo, que surge de varias inestabilidades químicas, morfológicas, mecánicas e hidrodinámicas, limitan su progreso. Con los electrolitos de estado sólido basados en redes de polímero reticulado en una célula con ánodos de litio metálico se logró superar esas dificultades.


Los dispositivos de almacenamiento de energía eléctrica seguros, rentables y duraderos son esenciales para mantener el progreso, las baterías de litio metálico son atractivas porque ofrecen el potencial de aumentar la capacidad del ánodo y permiten el uso de cátodos de conversión de mayor energía, actualmente existe la dificultad para encontrar materiales que simultáneamente ofrezcan suficiente rigidez mecánica para desacelerar la cinética de crecimiento de los depósitos de metales y proporcionar transporte de iones interfaciales.

Redes densas basadas en poliéter con altas densidades de reticulación en múltiples estudios recientes son efectivas para superar las bajas densidades de corriente. Los electrolitos líquidos que incorporan polímeros de alta masa molar para formar enredos moleculares en el líquido e imparten viscoelasticidad son efectivos para estabilizar la deposición de metales a densidades de corriente intermedias, particularmente en electrodos compuestos de metales alcalinos blandos.

Se realizó un proceso de polimerización en masa fácil y sencillo que no requiere solvente. Específicamente, se agrega polietilenoglicol dimetacrilato (PEGDMA) al éter bis(2-metoxietílico) (Diglima), resultando en una buena estabilidad química con un electrodo de metal de Li y, debido a las fuertes interacciones tienen baja viscosidad en ausencia de cualquier solvente.

La reticulación se logró exponiendo las mezclas a luz ultravioleta, el resultado es una membrana resistente y elástica de aproximadamente 100 μm de espesor, firmemente unida al sustrato subyacente. Al aumentar el contenido de PEGDMA da como resultado una mayor densidad de reticulación, lo que conduce a membranas que son macroscópicamente más elásticas y mecánicamente más fuertes.

La membrana reticulada podría usarse como interfaces de electrolitos sólidos artificiales (ASEI) para inhibir inestabilidades físicas y químicas en un electrodo de metal alcalino, la conductividad dependiente de la frecuencia puede revelar información importante sobre los mecanismos de transporte de iones, así como los arreglos estructurales.

El transporte de iones a través de la membrana ocurre mediante procesos predominantemente líquidos, por lo que es evidente que las interacciones moleculares entre los oligómeros y los segmentos de la red de polímeros, tiene un papel crucial en la regulación de los procesos de transporte de iones a gran escala en los materiales.

En la composición óptima cercana al 40% de PEGDMA, las restricciones al movimiento proporcionadas por la red son lo suficientemente fuertes como para inhibir el transporte a gran escala que impulsa la inestabilidad hidrodinámica, pero lo suficientemente débil como para permitir las liberaciones locales del oligoéter para permitir el transporte de iones. En ausencia de convecciones forzadas, la electrodeposición es un proceso de difusión limitada, de modo que la velocidad de transporte de iones en cada diferencia de potencial debería ser una función de la conductividad iónica. A voltajes más altos, la tasa de migración de aniones excede la tasa de difusión causando una ruptura de la electroneutralidad en una región cerca de la interfaz electrodo-electrolito, lo que resulta en la creación de una región de carga espacial.

Para contenido de mayores al 40% al PEGDMA, las membranas pueden suprimir completamente la inestabilidad electroconvectiva. A medida que aumenta el contenido de PEGDMA, el equilibrio se desplaza a las cadenas diglima que están completamente asociadas con segmentos de red y, como tales, no pueden moverse independientemente de la membrana. Como consecuencia, el electrolito líquido se comporta electrocinéticamente como parte de la membrana del electrolito sólido. Por lo tanto, es interesante que las interacciones oligómero-polímero regulen la termodinámica a microescala de las mezclas y la electrocinética a macroescala.

Se concluyó que las membranas con 40% de PEGDMA como materiales ideales para diseñar la Interface de Polímero Sólido (SPI) que exhiben simultáneamente características líquidas y sólidas, esta membrana es transparente y homogénea, no presenta agregados observables ni signos de formación de cristalitos.

Consiguieron mostrar que las interacciones entre un solvente de alto punto de ebullición (bis (2-metoxietil) éter) con segmentos de red son suficientes para acoplar el solvente a la red. Los recubrimientos de las redes en un sustrato de Li producen resistencia interfacial similar a un líquido, pero son capaces de suprimir por completo la inestabilidad hidrodinámica conocida como electroconvección hasta voltajes de hasta 5 V.

Referencia:
Snehashis Choudhury, Sanjuna Stalin, Duylinh Vu, Alexander Warren, Yue Deng, Prayag Biswal & Lynden A. Archer. Solid-state polymer electrolytes for high-performance lithium metal batteries. Scientific Reports, 27 September 2019.

Redacción: Dennis Gonzales

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Propiedades biológicas y antibacterianas del revestimiento micro-nanoestructurado de hidroxiapatita/quitosano en titanio

octubre 22, 2019
Resumen: El titanio es el material de implante más utilizado, no obstante, tiene baja propiedad antibacteriana. Para mejorar las propiedades biológicas y antibacterianas, el material es recubierto de hidroxiapatita micro-nanoestructurada (HA) juntamente con quitosano (CS).



Con la llegada del siglo con mayor número de personas de avanzada edad, el número de personas con enfermedades en los huesos, como osteoartritis y defecto óseo que vienen creciendo exponencialmente. Así que la búsqueda por implantes para sustitución del hueso viene aumentada también. Para eso el titanio puede ser usado como un biomaterial, utilizando en rodillas y dientes debido a su baja densidad, por no ser un material tóxico y tener buena compatibilidad con el cuerpo humano. 

Sin embargo, el titanio posee baja bioactividad y propiedades antibacterianas, no tiene una buena fijación con los tejidos óseos y puede causar infección post-operatoria. Por lo tanto, modificando su superficie es posible mejorar sus propiedades de bioactividad y antibacteriana.

Entre los recubrimientos bioactivos, la hidroxiapatita (HA) posee la misma composición inorgánica que el tejido óseo humano y así, es el recubrimiento más usado para el titanio. Sin embargo, los métodos para la preparación de ese recubrimiento generalmente presentan deficiencias a largo plazo, alto costo y tiene una fuerza de enlace débil entre HA e Ti. En cuanto a la microestructura deseada, la superficie micro nanoestructurada es la superficie más adecuada para el material de implante pues puede imitar la estructura de los tejidos óseos naturales.

Es posible preparar un recubrimiento de HA en la superficie de Ti por la MAO (oxidación por micro-arco) que es un método electroquímico simple para tratamiento de superficies metálicas con bajo costo. Para mejorar la propiedad antibacteriana, pueden ser introducidos antibióticos en la superficie del material de implante, disminuyendo el riego de infección post-operatoria. Algunos investigadores están explorando el uso de HA juntamente con el quitosano (CS) que tiene propiedades como no toxicidad y biocompatibilidad.

A partir de eso, es posible recubrir el Ti con HA juntamente con CS y estudiar sus propiedades a partir de técnicas de análisis como la difracción de rayos-X (DRX) y termogravimetría (TGA). La biocompatibilidad es evaluada por experimento de cultivo celular in vitro. La propiedad antibacteriana del recubrimiento es examinada por el método de contaje bacteriana, prueba ZOI y técnica óptica.

Con el objetivo de hacer un recubrimiento de HA / CS, ese recubrimiento fue producido en el material, y entonces sus propiedades fueron estudiadas. Todos los recubrimientos contenían elementos como calcio (Ca), fósforo (P), oxígeno (O) y titanio (Ti). el contenido de Ti era relativamente bajo y el contenido de Ca, P y O era mucho mayor. Después de la introducción del CS, los elementos de carbono (C) y nitrógeno (N) también fueron encontrados en los recubrimientos compuestos HA / CS. Como C y N son los principales elementos de las moléculas de CS, los resultados indicaron que una película de CS fue introducida con suceso en la superficie del recubrimiento de HA.

A partir del análisis de DRX fue observado que el recubrimiento de HA tiene un gran espesor y casi cubría el óxido de titanio que fue formada durante el proceso de MAO. A partir dos espectros de DRX, también es posible constatar que luego de la introducción del CS en la superficie de la HA, la intensidad de los picos típicos de HA disminuyó levemente, lo que prueba que la capa de CS fue formada en la superficie del recubrimiento de HA y cubrió la HA y el óxido de titanio originales hasta cierto punto. Para medir la cantidad efectiva de HA y CS en la superficie del Ti, los materiales fueron examinados por termogravimetria (TGA), donde mostró que, con el aumento de la cantidad de CS en la superficie de la HA, la pérdida de peso fue aumentada.

En la taza de proliferación celular, las células proliferaron mucho más rápidamente en el recubrimiento de HA, y el número de células en los recubrimientos de HA / CS disminuyó con el aumento de la concentración de CS, lo que puede ser atribuido a la cobertura de recubrimiento de HA micro nanoestructurado por CS. Los resultados confirmaron que todos los recubrimientos presentaron excelente biocompatibilidad, e no fue observada citoxicidad del CS.

Se puede observar también que el crecimiento de la bacteria E. coli difícilmente fue inhibido en el recubrimiento de HA, en cuanto el número de colonias bacterianas cultivadas en recubrimientos de HA / CS era mucho menor y disminuía con el aumento de la cantidad de CS introducida, teniendo un mejor resultado.

En este trabajo, los recubrimientos compuestos HA / CS con diferentes concentraciones de CS fueron preparados en Ti. Sin embargo, se verificó que el aumento de la cantidad de CS disminuiría la bioactividad del HA en cierta medida, aunque podría aumentar la propiedad antibacteriana. La bioactividad reducida fue debido a la cubierta del recubrimiento de HA y su micro nanoestructura por membrana CS. Por lo tanto, para alcanzar la bioatividad ideal y la propiedad antibacteriana, la cantidad de CS introducida fue adecuadamente controlada.


Referencia:
Baoe Li, Xiaomei Xia, Miaoqi Guo, Yu Li, Zhiyuan, Shimin Liu, Haipeng Li, Chunyong Liang, Hongshui Wang. Biological and antibacterial properties of the micro-nanostructured hydroxyapatite/chitosan coating on titanium. Scientific Reports, 01 October 2019.

Redacción: Nathielle Harka
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jueves, 17 de octubre de 2019

Tendencias y desafíos actuales en el tratamiento y la terapia del cáncer con nanomateriales

octubre 17, 2019
Resumen: Los avances en nanotecnología están abriendo nuevos horizontes en el campo de la medicina, las nanoparticulas transportando medicamentos son el futuro para el tratamiento y terapia no sólo del cáncer, sino también de otras enfermedades.

Texto em português


La aplicación de los nanomateriales en la medicina ha emergido como un área de gran interés para el tratamiento de padecimientos que en los últimos años han sido abordados de manera muy limitada. En este paradigma, se está adoptando la nanotecnología para obtener un suministro eficaz de medicamentos, establecer diagnósticos in vitro novedosos y desarrollar implantes basados en nanoescala.

El estudio a nivel molecular de fenómenos biológicos asociados con el cáncer, nos permite un mejor entendimiento de los mismos; así como, el desarrollo de nuevas alternativas para que en un futuro puedan mejorar la expectativa de vida y controlar la enfermedad, con el uso de las herramientas nanotecnológicas disponibles, esto se va tornando cada vez más en realidad.

Existen diversos métodos para la síntesis de nanopartículas, el fármaco o principio activo puede incorporarse por absorción, adsorción, encapsulación o por enlaces covalentes, eso, dependiendo de las propiedades tanto físicas como químicas de las nanopartículas utilizadas, ya que están íntimamente relacionadas con su eficiencia funcional.

Actualmente, se han logrado avances significativos hacia el empleo de nanomateriales, diseñados para el tratamiento del cáncer con alta especificidad, sensibilidad y eficacia. Estos, pueden atacar a las células cancerosas de manera predecible y entregar cargas útiles encapsuladas de manera efectiva con distribución controlada y en algunos casos hasta selectiva, lo cual se consigue modificando su composición, tamaño, morfología y su química superficial.

Hasta la fecha, diversos tipos de nanomateriales, ya sean poliméricos, las nanopartículas metálicas, los materiales a base de carbono, los liposomas y los dendrímeros han demostrado perfiles farmacocinéticos y farmacodinámicos mejorados, por sobre las formulaciones convencionales. De este modo, los datos presentes en la literatura sugieren que la nanotecnología proporcionará plataformas de una siguiente generación para el tratamiento del cáncer y la terapia contra este padecimiento.

Se anticipa que los nanomateriales revolucionarán todo el sistema de atención médica basado en los desarrollos dramáticos realizados en el sector de suministro de fármacos en las últimas décadas. Sin embargo, el diseño de un eficaz nanoterapéutico contra el cáncer sigue siendo un gran desafío, y solo unas pocas nanoformulaciones han entrado en ensayos clínicos. 

A pesar de las numerosas ventajas de la terapéutica del cáncer basada en nanoescala, la traducción clínica de estas nanomedicinas sigue siendo una misión desafiante. Debido a la falta de comprensión de la toxicidad y el comportamiento in vivo de las nanoformulaciones, los ensayos clínicos están experimentando importantes reveses. Con este panorama, se puede imaginar que es posible mejorar los materiales para la nanomedicina de la próxima generación a través del diseño inteligente, y los nuevos desarrollos pueden proporcionar mejores estrategias de manejo del cáncer.

Referência:
P. N. Navya, Anubhav Kaphle, S. P. Srinivas, Suresh Kumar Bhargava, Vincent M. Rotello, Hemant Kumar Daima. Current trends and challenges in cancer management and therapy using designer nanomaterials. Nano Convergence, 2019; 6 (23): DOI: https://doi.org/10.1186/s40580-019-0193-2

Reddación: Guillermo Lugo
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Agrupación de nanomateriales y la ecotoxicidad acuática en un contexto regulatorio

octubre 17, 2019
Resumen: La necesidad de información sobre el comportamiento de los nanomateriales con llevan a las investigaciones sobre sus propiedades fisicoquímica, toxicología y sus nanoformas, con el fin de obtener una declaración de peligrosidad y regularización.


La información de una sustancia es utilizada para elaborar declaración de peligrosidad ya sea cuantitativa o cualitativa, esta información bajo revisión puede ser utilizada como parámetro de comparación con otra sustancia que tenga similitud de estrés tóxico, actuando sobre organismos vivos, y estas similitudes pueden ser el modo de acción, toxico-cinética o metabolismo.

Para la agrupación y lectura de nanomateriales según los autores K. Schwirn; D. Völker, los parámetros como la morfología, las propiedades de la superficie, la forma, así como la reactividad, la velocidad de disolución o la estabilidad de la dispersión en los medios relevantes, se analizan para su consideración junto con la composición química.

En esta publicación son tratados datos de pruebas de ecotoxicidad acuática que representan diferentes niveles tróficos (algas y dafnias), se identificaron cuestiones importantes que son cruciales al aplicar enfoques de agrupación o lectura entre nanomateriales en un contexto regulatorio. Teniendo un mensaje que dar, que es la concientización de la complejidad del tema y las necesidades que se presentan para que las agrupaciones de nanomateriales sean factibles y la ecotoxicidad aplicada en contexto regulatorio. Se eligieron conjuntos de datos sobre nanoformas de cuatro sustancias (plata, CeO2, Fe2O3 y TiO2) para resaltar los desafíos al construir agrupaciones e hipótesis análogas para nanomateriales y ecotoxicidad acuática. Seleccionados para desarrollar, verificar y revisar hipótesis de analogía para la agrupación de nanoformas elegidas para puntos finales relacionados con la toxicidad acuática.

Se eligió plata en diferentes formas, incluidos alambres, nanocables y una forma esférica para investigar la influencia de la forma en la potencia para inducir efectos peligrosos en los organismos acuáticos junto a la influencia de la disolución. Los datos sobre el comportamiento de disolución fueron rescatados de médios como ADaM y agua. Fueron recolectados diversos resultados para las diversas formas en relación a su ecotoxicidad, la investigación microscópica de los dafnidos expuestos mostró que una cantidad considerable de (nano) alambres fueron llevados al intestino. Es concebible que los efectos mecánicos adicionales (p. Ej., Bloqueo o deterioro del tracto digestivo) y / o un aumento local en la liberación de iones debido a las condiciones cambiantes en el sistema intestinal en comparación con los medios de prueba podrían conducir a una mayor toxicidad observada para los dafnidos.

Para nanomateriales poco solubles de diferentes nanoformas de TiO2, CeO2 y Fe2O3 fueron estudiados para comprender mejor la relevancia del tamaño de los parámetros, el tamaño de la aglomeración, la reactividad y la solubilidad en la agrupación. Para CeO2 y Fe2O3, en el estudio se demuestra una menor unión de partículas a las algas de esas nanoformas que presentan valores de CE50 más altos para las nanoformas con menor EC50, se observa interacción extensa entre partículas y células de algas. De esta manera para el CeO2 y el Fe2O3 investigados, la interacción con las células de algas parece generar diferencias de toxicidad en las nanoformas. En contraste, para las razones de las diferencias en la toxicidad de las formas de TiO2 por las algas parecen ser más complejas. No se pudo observar una relación directa del potencial tóxico con el tamaño de partícula primaria, el tamaño de la aglomeración en los medios de prueba, la cristalinidad o la presencia de dopaje.

El estudio de estos artículos demuestra que la agrupación de nanoformas de una sustancia con el objetivo de transferir los datos disponibles es importante para abordar los desafíos en la evaluación de innumerables nanomateriales, y demuestra notablemente que es apenas el comienzo ya que la evaluación trató de construir y verificar hipótesis de agrupación para nanoformas seleccionadas de las mismas sustancias con base en los datos disponibles de dos proyectos de investigación para investigar la relevancia de las propiedades físico-químicas. Los resultados indican que la predicción del potencial ecotoxicológico de las nanoformas sigue siendo muy difícil debido a la interacción de varias propiedades intrínsecas y extrínsecas de las nanoformas y, por lo tanto, es limitada.

Referências
K. Schwirn; D. Völker. Hazard grouping of nanomaterials for daphnia and algae toxicity: lessons learned from scientific projects for regulatory applicability. Environmental Sciences Europe, 2019; 31 (48) DOI:  https://doi.org/10.1186/s12302-019-0226-9

Imagem: Alex Hyde. Water fleas (Daphnia sp.) and Volvox aureus (a Chlorophyte or green alga) in water from a garden pond. Derbyshire, UK. September. Digital composite. Link: https://alexhyde.photoshelter.com/image/I0000w27s1imFRqk 

Redação: Luis Roman
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jueves, 26 de septiembre de 2019

Soldadura cerámica con láser de pulsado ultrarrápido sin la necesidad del uso de un horno

septiembre 26, 2019
Resumen: Actualmente la soldadura cerámica, necesita fundir el material en temperaturas elevadas, pero con un nuevo proceso mucho más práctico haciendo uso de láser, es posible hacerlo sin un costo energético elevado.

Los materiales cerámicos actualmente son de gran interés debido a sus múltiples características como biocompatibilidad, dureza y resistencia a los golpes, lo que los hace perfectos para aplicaciones como implantes biomédicos y fundas protectoras para productos electrónicos, pero la tecnología actual de soldadura de cerámica no permite fabricar tales dispositivos.

Para encapsular o sellar componentes electrónicos dentro de una cerámica, habría que colocar todo el ensamblaje en un horno, lo que terminaría quemando los electrónicos.

Javier E. Garay, el autor principal, profesor de ingeniería mecánica y ciencia e ingeniería de materiales en U.C San Diego; Elias Penilla, el primer autor, investigador postdoctoral en el grupo de investigación también perteneciente a U.C San Diego, en colaboración con Guillermo Aguilar, profesor de U.C Riverside y coordinador de ingeniería mecánica, lograron desarrollar un nuevo método para soldar cerámicas.

Concentrando láseres de pulsado ultrarrápido, se consiguió fusionar materiales cerámicos con solo calentar la interfaz, causando una fusión localizada en condiciones ambientales, usando una potencia láser menor a 50 vatios, convirtiéndolo en el método más práctico de soldadura cerámica comparada a los que necesitan calentar las piezas en un horno, con lo que se podría encapsular materiales sensibles a la temperatura sin dañarlos.

La combinación correcta entre los parámetros del láser (tiempo de exposición, número de pulsos de láser y duración de los pulsos) y la transparencia del material cerámico, los cuales fueron optimizados, permiten realizar este tipo de soldadura.

Para demostrar la teoría, los investigadores soldaron una tapa cilíndrica transparente al interior de un tubo de cerámica. Por ahora, este método de soldadura cerámica solo fue utilizada en piezas pequeñas, menores de dos centímetros de tamaño, por lo cual se tiene como planificación llevarlo a escalas más grandes, así como en diferentes materiales y geometrías.

Referencia:
E. H. Penilla, L. F. Devia-Cruz, A. T. Wieg, P. Martinez-Torres, N. Cuando-Espitia, P. Sellappan, Y. Kodera, G. Aguilar, J. E. Garay. Ultrafast Laser Welding of Ceramics. Science, 2019 DOI: 10.1126/science.aaw6699

Redacción: Dennis Ordonez
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Impresión 3D de un corazón humano

septiembre 26, 2019
Resumen: La demanda de trasplantes de órganos humanos es muy alta, lo que hizo que científicos como Feinberg, desenvolvieran bioimpresoras 3D con la intuición de construir órganos artificialmente para suplir esa demanda.
A partir de la técnica de Embutimento Reversible de Forma Libre de Hidrogeles Suspensos (FRESH) fue posible superar los desafíos de la bioimpresión 3D y alcanzar mejores resoluciones usando materiales blandos y vivos. Los órganos del cuerpo humano, como el corazón, son hechos de células conocidas como matriz extracelular (extracelular matrix - ECM), donde la red de proteínas ECM fornece la estructura y los signos bioquímicos que las células necesitan para realizar sus funciones normalmente. Sin embargo, no fue posible reconstruir la estructura de ECM usando métodos tradicionales de biofabricación.

De acuerdo con el profesor de ingeniería biomédica (BME) y ciencia e ingeniería de los materiales, Adam Feinberg, es posible imprimir pedazos del corazón, como la válvula cardiaca o un pequeño ventrículo latiendo. Usando los datos de resonancia magnética (MRI) de un corazón humano, conseguimos reproducir con precisión la estructura anatómica específica del paciente e imprimir colágeno y células del corazón humano.

Más de 4000 personas en los Estados Unidos esperan por un trasplante de corazón, mientras que millones de personas necesitan de un corazón, sin embargo, son incompatibles con los donadores. Por lo tanto, es necesario de fabricar órganos artificiales para suplir esa demanda, Feinberg, miembro de la Bioengineered Organs Initiative, está trabajando para resolver esos desafíos creando réplicas de órganos naturales.

El biomaterial deseable para esa aplicación es el colágeno, pues compone cada tejido del cuerpo. El método de bioimpresion. FRESH 3D, desenvuelto por Feinberg, permite que sea depositado el colágeno capa por capa dentro de un baño de soporte de gel, dando la oportunidad de solidificar al colágeno antes de ser retirado del baño. Con el FRESH, el gel de soporte puede ser fundido fácilmente, calentando desde la temperatura ambiente hasta la temperatura del cuerpo después de concluida la impresión. De esta forma, los investigadores pueden retirar el gel de soporte sin dañar la estructura impresa hecha de colágeno o células.

Ese método de impresión permite que sean creadas estructuras de colágeno en gran escala, como órganos. En este tipo de impresión pueden ser usados también otros biomateriales, formando otros tejidos humanos.
Pueden existir varias aplicaciones para la impresión FRESH, que abarca desde el cuidado de heridas hasta la construcción de un órgano, y esto sería una parte de un campo promisorio con la ayuda de la tecnología. 

Por tanto, aun es necesario más años de investigaciones para mejores resultados, pero ya es algo muy emocionante para los investigadores, un proyecto que está progresando cada vez más.

Referencia:
1.     A. Lee, A. R. Hudson, D. J. Shiwarski, J. W. Tashman, T. J. Hinton, S. Yerneni, J. M. Bliley, P. G. Campbell, A. W. Feinberg. 3D bioprinting of collagen to rebuild components of the human heartScience, 2019; 365 (6452): 482 DOI: 10.1126/science.aav9051


Redacción: Nathiele Harka
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viernes, 23 de agosto de 2019

Una introducción

agosto 23, 2019
La Ciencia e Ingeniería de Materiales es parte de un área interdisciplinaria que abarca una amplia gama de conocimientos e impregna diversas áreas de la ciencia y la ingeniería. Los profesionales en este campo generalmente trabajan en investigación y desarrollo de nuevos materiales y nuevas aplicaciones industriales para materiales existentes. El área de Materiales generalmente se subdivide en materiales metálicos, cerámicos, poliméricos y compuestos.

Los materiales metálicos constituyen una de las divisiones más grandes en el campo de la ciencia e ingeniería de materiales. Estos materiales tienen estructura cristalina donde los átomos están dispuestos de manera ordenada. En general, estos son buenos conductores térmicos y eléctricos. Muchos metales son relativamente estables a temperatura ambiente y resistentes a temperaturas elevadas.

Los materiales cerámicos forman la segunda división más grande. Las cerámicas son materiales inorgánicos que consisten en elementos químicos metálicos y no metálicos. La mayoría de los materiales cerámicos tienen alta dureza, resistencia a altas temperaturas y buena resistencia química, pero tienden a ser frágiles. En general, estos materiales tienen baja conductividad térmica y eléctrica, lo que los convierte en excelentes candidatos para aplicaciones en aislantes térmicos y eléctricos.

Los materiales poliméricos forman la tercera división más grande. La mayoría de estos materiales consisten en largas cadenas moleculares que contienen carbono. Estos materiales carecen de una estructura cristalina de largo alcance completamente bien definida, algunos son parcialmente cristalinos. La resistencia y la ductilidad de los polímeros varían mucho. La mayoría de los polímeros tienen baja densidad y temperaturas de ablandamiento o descomposición relativamente bajas, además de ser buenos aislantes térmicos y eléctricos. Debido a la versatilidad de sus propiedades, los materiales poliméricos han reemplazado a los materiales metálicos y cerámicos en muchas aplicaciones.

Y la cuarta división más grande de ciencia e ingeniería de materiales comprende el estudio de materiales compuestos. Un material compuesto puede entenderse como una mezcla de dos o más materiales de diferentes formas químicas y composiciones producidas sintéticamente o encontradas naturalmente en la naturaleza donde combinan propiedades de matriz y refuerzo (que pueden ser metálicas, cerámicas o poliméricas) con el fin de mejorar resistencia mecánica, tenacidad, entre otras propiedades.

Consecuentemente, las áreas mencionadas fomentan la investigación y el desarrollo de otras clases de materiales. Dentro de estas, son destacadas los materiales electrónicos, materiales ópticos, materiales magnéticos, materiales superconductores, materiales dieléctricos, materiales nucleares, biomateriales, entre otros.
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