Impresión 3D de Nanoestructuras de Grafeno

grafeno impresion 3d nanocable

Esquema de fabricación de nanocables , estirando el menisco en una micropipeta llena con una suspensión acuosa de óxido de Grafeno (espesor de lámina = 0,9 ± 0,1 nm)

  Grafeno es uno de los materiales mas revolucionarios de los últimos tiempos, por sus extraordinarias propiedades como son su alta conductividad eléctrica, térmica, además de su gran dureza, flexibilidad, transparencia, etc.., no en vano es considerado el material de futuro. La creación de nanoestructuras de Grafeno, requiere una alta precisión  para modelar las capas de Grafeno, y es un reto hoy en día encontrar la técnica ideal para obtener  nanoestructuras de grafeno deseadas, por otro lado, la impresión 3D basada en la fabricación aditiva, actualmente se utiliza en múltiples ámbitos a nivel macroscópico para la fabricación de distintos dispositivos.

  Recientemente investigadores han logrado desarrollar un método de impresión 3D a escala nanométrica  para crear nanoestructuras de Grafeno, específicamente Nanocables de óxido de grafeno reducido (RGO), y a diferencia de otros métodos que emplean polvos o filamentos como material para impresión, este no deteriora las propiedades intrínsecas del grafeno, este nuevo método se basa en un menisco líquido de una suspensión coloidal de grafeno, que es estirado y que permite obtener estructuras impresas mas finas que la abertura de la boquilla, lo que resulta en la fabricación de nanoestructuras, este nuevo enfoque abre nuevas perspectivas para la impresión de patrones en electrónica impresa, para el desarrollo de circuitos electrónicos, a continuación un video que muestra la impresión de un nanocable de óxido de Grafeno de 10 nm.

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Nanopartículas de ARN para el tratamiento del cáncer e infecciones virales

  ARN (ácido ribonucleico), es un ácido nucleico compuesto por los nucleótidosAdenina (A), Uracilo (U), Citosina (C) y Guanina (G), existen diversos tipos  de ARN, que cumplen distintas funciones: ARN mensajero (ARNm) es el portador de la información genética copiada desde el ADN, ARN de transferencia (ARNt)  transporta aminoácidos hasta los ribosomas para la síntesis de proteínas, el ARN también puede tener función catalítica, como ocurre en las Ribozimas y el ARN ribosomal, éste último también forma parte de la estructura de los ribosomas, esta gran versatilidad funcional y estructural hacen al ARN muy atractivo en aplicaciones tecnológicas, en particular su utilización como nanomaterial para el diseño de nanoestructuras y nanodispositivos de interés, al igual como ocurre con la Nanotecnología con ADN su plegamiento  basado en el apareamiento de bases canónico y no canónico, es predecible y por ende es posible diseñar computacionalmente (in silico) nanoestructuras en 3D, a partir de secuencias lineales de ADN o ARN que se autoensamblan espontáneamente. Dentro de las aplicaciones, tiene una gran proyección, el diseño de nanopartículas de ARN para aplicaciones biomédicas, ya que el ARN como nanomaterial, además tiene la ventaja, de que al ser de origen biológico es biocompatible, y no genera toxicidad.

 Actualmente se están diseñando nanoestructuras de ARN con forma de anillo funcionalizadas con Aptámeros y ARNi (ARN de interferencia), éste último tiene la capacidad de silenciar genes impidiendo su expresión, esto puede ser útil en células cancerosas si se silencian genes claves implicados en la replicación de células tumorales, por otro lado también puede ser aplicado a infecciones virales impidiendo la replicación del virus como por ejemplo el VIH, estos estudios demuestran el gran potencial que tienen las Nanopartículas de ARN en las aplicaciones biomédicas.

Nanopartículas ARN Nanotecnología

Nanopartículas de ARN en forma de anillo, funcionalizadas con brazos de ARN de Interferencia (ARNi), Áptameros, proteínas

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Generador de Hidrógeno basado en Grafeno y Nano-Bio catalizador, utilizando Energía Solar

   El desarrollo de nuevas tecnologías que utilicen energías renovables, es uno de los desafíos mas importantes hoy en día para la humanidad, ya que la utilización de combustibles fósiles (Carbón, Petróleo y Gas natural) ademas de ser recursos no renovables, su uso es una de las principales causas del calentamiento global. Dentro de las energías renovables, la energía solar constituye una de las fuentes con mayor proyección, ya que es una fuente de energía inagotable, limpia, y presente en toda la superficie del planeta. La energía solar puede ser convertida directamente en energía eléctrica, como ocurre en las celdas solares fotovoltaicas, o bien, convertida en energía química, por ejemplo en la generación de Hidrógeno como combustible a partir del agua, esta última, es una alternativa muy interesante ya que el Hidrógeno es uno de los elementos mas abundantes del planeta y forma parte de la estructura del Agua.

  En un reciente estudio, investigadores describen el desarrollo de un generador de Hidrógeno, utilizando energía solar, y un Focatalizador en base a Nanopartículas de TiO2/Pt, innovando en la incorporación de una superficie de óxido de Grafeno reducido (rGO) sobre la cual estarían las nanopartículas, y un Fotorreceptor biológico llamado Bacteriorodopsina, que es una proteína especializada en absorber la luz solar(en el espectro visible) presente en Arqueas.  Como resultado de este estudio, se comprobó que la incorporación de la superficie de óxido de Grafeno reducido, y la proteína Bacteriorodopsina, logró aumentar la producción de Hidrógeno por unidad de tiempo, comparado con el catalizador sin estos componentes, constituyendo así un promisorio generador de Hidrógeno a partir de energía solar. A continuación un esquema del Generador.

energia-solar-hidrogeno

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Diagnóstico de Tuberculosis en examen de orina basado en Nanotecnología

   Tuberculosis tos nanotecnologiaLa Tuberculosis (TBC o TB) es una enfermedad infecciosa de origen bacteriano causado por la bacteria Mycobacterium Tuberculosis (o bacilo de Koch) y afecta principalmente a los pulmones, sin embargo, puede afectar a cualquier otra parte del cuerpo. La Tuberculosis es uno de los principales problemas de salud pública a nivel mundial, anualmente  se registran alrededor de 9 millones de nuevos casos de la enfermedad activa, y provoca la muerte de aproximadamente 2 millones de personas,  con una alta prevalencia en países subdesarrollados, y pacientes con inmunosupresión como los infectados por VIH, siendo en estos, la principal causa de muerte, se calcula que un tercio de la población mundial esta infectada por el bacilo, sin embargo, solo entre un 5-10% desarrolla la enfermedad en su forma activa. Dada la alta prevalencia, mortalidad y necesidad de un diagnóstico temprano, se hace importante el desarrollo de nuevos test de diagnósticos que sean baratos y fiables. En este contexto investigadores europeos han desarrollado un test de orina basado en Nanosensores ópticos de nitruro de silicio, en los que se encuentran anticuerpos  inmobilizados específicos contra las proteínas (antígeno) de membrana del bacilo, de tal forma que estos antígenos al adherirse  a los anticuerpos, modifican una señal óptica, que es detectada por un sensor de luz, el cual la convierte  en señal eléctrica que puede ser leída. Este test tiene la ventaja de ser barato y preciso, por  lo que se espera que se utilice sobre todo en los países mas pobres.

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Regulación de expresión de genes a nivel transcripcional utilizando Nanotecnología

   La transcripción genética es el primer paso en la expresión de un gen, en este proceso una secuencia de ADN es copiada a ARN mensajero, este último contiene la información asociada a la proteína que se formara en la etapa siguiente (traducción). Para que ocurra el proceso de transcripción de un gen, es necesario la acción de una enzima llamada ARN Polimerasa y de unas proteínas denominadas Factores de Transcripción, estos últimos actúan como interruptores genéticos, regulando la expresión de un gen, esto lo logran uniéndose a  regiones determinadas del ADN, ARN Polimerasa, o bien a otros factores de transcripción.

   En una reciente publicación,  investigadores describen el desarrollo de una asociación de Nanopartículas de oro con péptidos que funciona como Factor de transcripción al que llamaron “NanoScript”, éste es capaz de atravesar la membrana nuclear e interactuar directamente con el ADN, para ello posee dominios específicos que le permiten la interacción, en el presente estudio NanoScript logró aumentar mas de 15 veces la la transcripción de un plásmido reportero.

  Esta investigación tiene gran relevancia, ya que estos factores de transcripción artificiales, podrían ser utilizados para reprogramación celular o diferenciación de células madres, actualmente para regular expresión de genes, se utilizan vectores virales, sin embargo, esta metodología conlleva riesgos como la formación de células cancerígenas, por lo que esta nueva metodología, entrega nuevas perspectivas en el campo de la programación de células madres. A continuación un esquema que muestra el mecanismo del NanoScript en la regulación génica.

Nanopartícula factor de transcripción

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Secuenciación de largas secuencias de ADN a través de Nanoporos

  La secuenciación de ADN es un conjunto de técnicas que permiten determinar el orden exacto en que se enlazan los nucleótidos (A,T,C,G) en una secuencia de ADN, que puede ser un gen, un genoma, o parte de ellos, ésta información es útil en múltiples áreas, como el diagnóstico de enfermedades genéticas, mutaciones, identificación inequívoca de personas y especies en general. Existen principalmente 3 métodos de secuenciación: Método de  Maxam Gilbert (método químico), método de Sanger (método enzimático), y pirosecuenciación, actualmente están en desarrollo modernos métodos, como el de secuenciación a través de nanoporos, este método consiste en hacer pasar una cadena de ADN a través de un nanoporo incrustado en una membrana lipídica, en el que se aplica una diferencia de potencial a ambos lados de la membrana, y en el que hay iones fluyendo a través del poro,  de tal forma que a medida que la cadena de ADN atraviesa el poro,  este genera un bloqueo del movimiento de iones, modificando por ende la corriente iónica que será de diferente magnitud dependiendo de la base que esté pasando en ese momento, éste método tiene la ventaja de ser rápido, económico y  fácil de implementar.

En un estudio reciente publicado en la revista Nature, investigadores de la Universidad de Washington  han logrado secuenciar por primera vez, largas secuencias de ADN de una vez, en el orden de miles de pares de bases, para ello utilizaron como nanoporo a una proteína llamada Mycobacterium smegmatis porin A (MspA), que se encuentra normalmente en bacterias,  dado su bajo costo y rapidez del método, se espera que en el futuro, sea utilizado masivamente como técnica de rutina en centros de salud para el diagnóstico de enfermedades genéticas.

Secuenciación ADN nanoporo

ADN en verde, Nanoporo en rojo y membrana lipídica en cyan

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Nanoliposomas de liberación prolongada para tratar el Glaucoma

Liposomas

Liposoma en azul, moléculas de fármaco en rojo

    Glaucoma es una enfermedad ocular que constituye la primera causa de ceguera irreversible en el mundo, y es causada por un aumento de la presión intraocular, esto debido a  defectos en el sistema de drenaje del humor acuoso que hace que este se acumule en la cámara anterior del ojo, provocando un aumento de presión intraocular que conlleva al daño del nervio óptico lo que causa ceguera.

 Actualmente se trata con gotas que ayudan a mejorar el drenaje, o bien disminuir la cantidad de líquido que el ojo produce, sin embargo, es sabido que existe una dificultad en la adherencia al tratamiento por parte de los pacientes, en este contexto investigadores de Singapur, han desarrollado un sistema nanotransportador-fármaco, en concreto un sistema basado en liposomas que contienen en su interior el fármaco Latanaprost, y que liberan el fármaco lentamente durante 3 a 4 meses, evitando así que el paciente tenga que aplicarse las gotas a diario, minimizando de esta forma los efectos secundarios, actualmente el Latanoprost liposomal se encuentra en los últimos ensayos clínicos en vías de su comercialización.

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