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En experimentos con consecuencias potencialmente amplias en asistencia médica, un equipo de investigación dirigido por un físico de la Universidad de Washington ha ideado un método que trabaja en una escala muy pequeña para la secuenciación de ADN de forma rápida y relativamente barata.

Esto podría abrir la puerta para una medicina individualizada más eficaz, por ejemplo proporcionando planos de predisposiciones genéticas para condiciones específicas y enfermedades, como cáncer, diabetes o adicción.

“La esperanza es que en 10 años la gente tendrá todo su ADN secuenciado y esto conducirá a la medicina personalizada, predictiva,” dijo Jens Gundlach, un profesor de física de la UW y autor principal de un documento que describe la nueva técnica.

La técnica crea un lector de ADN que combina la biología y la nanotecnología utilizando un nanoporo tomado de Mycobacterium smegmatis porin A. El nanoporo tiene una abertura de una mil millonésima de un metro de tamaño, lo suficientemente grande como para medir una sola hebra de ADN, mientras pasa a través.

Los científicos colocaron el poro en una membrana rodeada de solución de cloruro de potasio. Un pequeño voltaje se aplicó para crear una corriente de iones que fluyen a través del nanoporo, y la firma eléctrica de la corriente cambia dependiendo de los nucleótidos que viajan a través del nanoporo. Cada uno de los nucleótidos que constituyen la esencia del ADN -citosina, guanina, adenina y timina- producen una firma distintiva.

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Aprovechando la oscuridad para uso práctico, los investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) de Estados Unidos han desarrollado un detector de potencia láser recubierto con el material más oscuro del mundo. Se trata de un “bosque” de nanotubos de carbono que prácticamente no refleja la luz a través del espectro visible y parte del espectro infrarrojo.

El equipo del NIST utiliza una matriz dispersa de nanotubos finos como una capa para un detector térmico, un dispositivo que se utiliza para medir la potencia láser. Un co-autor en la Stony Brook University en Nueva York desarrolló la capa de nanotubos. La capa absorbe la luz láser y la convierte en calor, lo cual es registrado en el material piroeléctrico (tantalato de litio en este caso).

El aumento de la temperatura genera una corriente, que se mide para determinar la potencia del láser. Cuanto más negra es la capa, más eficientemente absorbe la luz en lugar de reflejarla, y más exactas son las medidas.

NIST utilizará el nuevo detector ultra-oscuro para hacer mediciones de potencia láser de precisión para tecnologías avanzadas tales como las comunicaciones ópticas, fabricación basada en láser, conversión de energía solar y sensores industriales y soportados por satélite.

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Tags: Nanotubos de carbono

Los que se consideran los transductores de ultrasonidos más pequeños del mundo capaces de generar y detectar ultrasonido han sido construidos por científicos e ingenieros de la Universidad de Nottingham.

Si bien están en una etapa temprana, estos dispositivos ofrecen un sinfín de posibilidades para imágenes y mediciones a escalas mil veces más pequeñas que el ultrasonido convencional. Pueden ser hechos tan pequeños que podrían incluirse dentro de las células para realizar ultrasonido intracelular. Pueden producir ultrasonido de una frecuencia tan alta que su longitud de onda es menor que la de la luz visible. Teóricamente hacen posible que las imágenes por ultrasonido tomen fotografías más finas que los más poderosos microscopios ópticos.

Los transductores de ultrasonidos consisten en estructuras como sándwich o shell cuidadosamente diseñadas para poseer resonancias ópticas y ultrasonidos. Cuando se ven afectados por un pulso de luz láser se establece un timbre a alta frecuencia, lo cual lanza ondas ultrasónicas en la muestra. Cuando son excitados por ultrasonido los transductores son un poco deformes y esto cambia sus resonancias ópticas que son detectadas por un láser.

Tal vez la más conocida aplicación de ultrasonido es imágenes médicas, pero es también ampliamente usado en aplicaciones de ingeniería y de detección química. Estos diminutos transductores abren la posibilidad de utilizar estas técnicas en las escalas más pequeñas, por ejemplo dentro de las células y en componentes de ingeniería nanométrica.

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Investigadores en la North Carolina State University han desarrollado un método para la predicción de las maneras en que las nanopartículas interactuarán con sistemas biológicos, incluyendo el cuerpo humano. Su trabajo podría tener implicaciones para la mejora de la seguridad humana y ambiental en el manejo de nanomateriales, así como aplicaciones para la entrega de drogas.

Los investigadores querían crear un método para la caracterización biológica de las nanopartículas, una herramienta de detección que permitiría a otros científicos ver cómo varias de las nanopartículas podrían reaccionar cuando están dentro del cuerpo.

“Queríamos encontrar una buena manera biológicamente relevante para determinar cómo los nanomateriales reaccionan con las células “, dice Jim Riviere, distinguido profesor de farmacología. “Cuando un nanomaterial entra en el cuerpo humano, de inmediato se une a varias proteínas y aminoácidos. Las moléculas con las cuales una partícula se une determinará a dónde irá.”

Este proceso de enlace también afecta al comportamiento de la partícula dentro del cuerpo. Según Nancy Monteiro-Riviere, profesora de investigación de dermatología y toxicología, los aminoácidos y las proteínas que recubren una nanopartícula cambian su forma y propiedades de superficie, lo que podría aumentar o reducir la toxicidad o, en aplicaciones médicas, la capacidad de la partícula de entregar medicinas a células objetivo.

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Tags: Nanomateriales, Nanoparticulas

Así como el camino de fotones de luz puede ser dirigido por un espejo, los átomos que poseen un momento magnético pueden ser controlados mediante un espejo magnético. Un estudio publicado en Journal of Applied Physics investiga la viabilidad de utilizar paredes de dominio magnético para dirigir y, finalmente, atrapar átomos individuales en una nube de átomos ultrafríos.

“Estamos buscando formas de construir sistemas magnéticos que pueden manipular átomos,” dice el autor Thomas Hayward de la Universidad de Sheffield en el Reino Unido. “Mediante el uso de materiales ferromagnéticos blandos, en forma de nanoestructuras, nosotros podemos manipular las propiedades del material y átomos directos.”

Los investigadores describen el diseño, fabricación y caracterización de un espejo formado por el campo magnético creado por paredes de dominio dentro de una serie de nanocables magnéticos planos ondulantes. Debido a la ondulación de los cables, el campo es conmutable. Cuando un campo magnético se aplica perpendicular a los cables, las paredes de dominio se encienden, cuando se aplica un campo paralelo a los cables, se desactiva el interruptor. Esencialmente, el sistema se convierte en un espejo lógico con los estados 0 y 1.

“El siguiente paso es colocar una nube de átomos ultrafríos en el espejo de modo que podamos verlos rebotar,” dice Hayward. Una tecnología similar podría aplicarse a dispositivos que atrapan y confinan átomos y posiblemente a los dispositivos que utilizan átomos individuales como qubits.

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