Detalles reveladores sobre las estructuras minerales a las que se enlaza el CO2

Las emisiones globales de dióxido de carbono (CO2) continúan subiendo. Se estima que solo en 2012, 35.700 millones de toneladas de este gas de efecto invernadero se incorporaron a la atmósfera. Una parte de este CO2 es absorbido por los océanos, otra por los vegetales y otra por el suelo, de tal modo que representan algo así como almacenes de carbono, cada uno con sus características propias de funcionamiento, y donde el CO2 queda inmovilizado, mitigándose así un poco el incremento de las concentraciones atmosféricas de este gas.

Unos científicos han descubierto ahora cómo exactamente funciona este mecanismo de almacenamiento de carbono orgánico en el almacén del suelo. Básicamente, el carbono sólo se enlaza químicamente a ciertas estructuras moleculares existentes en el suelo, y no a otras que se creía que también lo permitían. Esto significa que la capacidad de los suelos para absorber CO2 necesita ser reevaluada e incorporada con su verdadera gama de características en los modelos climáticos empleados en la actualidad.

Algunos estudios anteriores establecieron que el carbono se enlaza a las partículas minerales de diminuto tamaño. En este último estudio, unos investigadores de la Universidad Técnica de Múnich (TUM) y el Centro Helmholtz de Múnich, ambas instituciones en Alemania, han demostrado que la superficie de los minerales ejerce un papel tan importante como su tamaño. El carbono se enlaza a partículas minerales que tienen un tamaño del orden de las milésimas de milímetro, y se acumula allí solo en superficies rugosas y angulosas.

Se asume que las superficies minerales rugosas brindan un hábitat atractivo para los microbios. Éstos transforman el carbono y contribuyen a enlazarlo a los minerales. El equipo de la profesora Ingrid Kögel-Knabner, catedrática de ciencias del suelo en la Universidad Técnica de Múnich, descubrió concentraciones tan altas de carbono en puntos muy específicos de parcelas de suelo, que tales sitios merecen ser llamados "puntos calientes". Además, en dichos puntos sigue acumulándose más carbono.

El carbono tiene la tendencia a enlazarse a superficies minerales bastante específicas, caracterizadas entre otras cosas, por resultar rugosas. En la imagen, los puntos de una estructura mineral en los que más tiende a acumularse el CO2 están señalados en amarillo. (Imagen: © C. Vogel / TUM)

Estos puntos calientes de carbono solo se pueden encontrar en cerca de un 20 por ciento de las superficies minerales. Antes se asumía que, aparte de por las características básicas que determinan la absorción de carbono en suelos, éste se distribuía de manera homogénea en el suelo.

Gracias al estudio realizado por el equipo de Kögel-Knabner y Cordula Vogel, ahora es posible identificar con total precisión y certeza el suelo que es especialmente bueno para almacenar en él, mediante procesos artificiales de inyección, CO2 que de otro modo podría acabar en la atmósfera. Esta estrategia de almacenar CO2 por vía artificial en un medio natural en el que se supone que permanecerá inmovilizado se conoce como secuestro de carbono. Es prometedora como forma bastante expeditiva para mitigar a corto plazo el problema de la creciente concentración de CO2 en la atmósfera, pero todavía hay muchas dudas con respecto a la seguridad y la eficacia de esa estrategia, por lo que existe en la comunidad científica y en la opinión pública un debate muy acalorado sobre el tema.

En el estudio también han intervenido Carsten W. Müller, Carmen Höschen, Franz Buegger, Katja Heister, Stefanie Schulz y Michael Schloter.

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Materia de algas convertida en petróleo en minutos

Un equipo de ingenieros químicos ha ideado un revolucionario proceso químico que produce petróleo crudo útil minutos después de su puesta en marcha al aplicarlo a la pasta verdosa de las algas cosechadas.

En el proceso, desarrollado por especialistas del Laboratorio Nacional estadounidense del Pacifico Noroeste (PNNL), en Richland, Washington, la pasta de algas es bombeada dentro del extremo frontal de un reactor químico. Una vez que el sistema está en funcionamiento, sale el petróleo crudo en menos de una hora, junto con el agua y un flujo de subproductos entre los que figura un material que contiene fósforo, el cual puede ser reciclado para promover el crecimiento de más algas.

Con un proceso de refinado convencional adicional, el petróleo crudo de algas se convierte en gasolina, gasóleo o incluso combustible para aviación. Y el agua con residuos se somete a un proceso adicional, que produce gas utilizable como combustible, y sustancias como el potasio y el nitrógeno, las cuales, junto con el agua depurada, también pueden ser recicladas para fomentar el crecimiento de más algas.

Aunque a las algas se las ha considerado desde hace mucho tiempo una fuente prometedora de biocombustibles, y de hecho varias empresas han producido ya con éxito combustibles a base de algas aunque a escala de laboratorio y para fines de investigación, se prevé que el combustible elaborado a base de algas será caro, al menos al principio. La tecnología del Laboratorio Nacional del Pacifico Noroeste aprovecha el potencial energético de las algas de manera más eficiente e incorpora una serie de métodos para reducir el costo de producción de combustible de algas.

El costo es en este momento el gran obstáculo para la producción comercial de combustible a base de algas. El proceso creado por el equipo de Douglas Elliott constituye un avance decisivo en el abaratamiento de los costos de fabricación dentro de este floreciente sector químico.

De hecho, ya hay una compañía de biocombustibles, Genifuel Corp., con sede en Utah, Estados Unidos, que ha establecido un acuerdo con el Laboratorio Nacional del Pacífico Noroeste para emprender una aventura comercial basada en esta tecnología. Se construirá una planta piloto, y si los resultados de esta veloz refinería de petróleo de algas son lo bastante buenos, la comercialización de sucedáneos de combustibles fósiles puede que entre en la antesala de su Época Dorada.

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Utilizan ADN para el montaje semiautomático de un transistor de grafeno

El ADN es el plano de construcción de la vida. ¿Podría también podría convertirse en la plantilla para fabricar una nueva generación de chips que en vez de estar basados en el silicio estuvieran basados en un material experimental conocido como grafeno?

Esa es la teoría a partir de la cual el equipo de la ingeniera química Zhenan Bao, de la Universidad de Stanford en California, ha desarrollado un revolucionario proceso de fabricación.

Bao, Anatoliy Sokolov y Fung Ling Yap, esperan resolver un problema que oscurece el futuro de la electrónica: Los consumidores esperan que los chips de silicio sean cada vez más pequeños, más rápidos y más baratos, pero los ingenieros temen que este ciclo acabe deteniéndose en un callejón tecnológico sin salida.

Esto se debe a cómo trabajan los chips de silicio.

Todo comienza con la noción de lo que es un semiconductor, un tipo de material que puede ser inducido a conducir o detener el flujo de electricidad. El silicio ha sido el material semiconductor más popular utilizado para fabricar chips.

La unidad básica de trabajo de un chip es el transistor. Los transistores son como pequeñas puertas que dejan pasar a la electricidad o impiden su paso, creando los ceros y unos que permiten la ejecución de un software.

Para producir chips más potentes, los diseñadores han hecho dos cosas simultáneamente: Reducir el tamaño de los transistores y lograr que esas puertas se abran y se cierren cada vez más rápido.

El resultado neto de estas acciones ha sido concentrar más electricidad en un espacio más reducido. Hasta el momento, esta filosofía de diseño ha permitido producir chips más pequeños, más rápidos, y más baratos. Pero tarde o temprano se llegará a un límite, a partir del cual el calor excesivo y otras condiciones indeseables perturbarán el funcionamiento interno de los chips de silicio más allá de lo tolerable.

Se necesita, por tanto, un material que permita fabricar transistores más pequeños, que operen más rápido y que usen menos energía.

El grafeno tiene las propiedades físicas y eléctricas necesarias para convertirse en el material semiconductor principal para esa nueva generación de chips, si se consigue desarrollar un modo eficaz de trabajar con él en cantidades industriales.

El grafeno es una lámina de carbono con un átomo de espesor. En ella, los átomos de carbono conforman una celosía hexagonal, similar a la de un panal de miel. Eléctricamente este enrejado de átomos de carbono es un conductor muy eficiente.

A la derecha se observa un "panal" de átomos de grafeno. A la izquierda, una doble hebra de ADN. Las esferas blancas representan iones de cobre, parte fundamental del proceso químico del ensamblaje. El fuego representa el calor que es un ingrediente esencial en la técnica. (Imagen: Anatoliy Sokolov)

Bao y otros investigadores creen que cintas de grafeno, colocadas extendidas una al lado de otra, podrían crear circuitos semiconductores. Teniendo en cuenta las pequeñas dimensiones del material y sus propiedades eléctricas favorables, las nanocintas de grafeno permitirían obtener chips muy rápidos, que además trabajarían con un consumo muy bajo de energía.

Sin embargo, como se puede imaginar, producir algo que tiene sólo un átomo de espesor y de 20 a 50 átomos de ancho es un desafío importante.

Para superar este desafío, el equipo de la Universidad de Stanford concibió la idea de usar el ADN como mecanismo de montaje.

Físicamente, las hebras de ADN son largas y delgadas, y tienen aproximadamente las mismas dimensiones que las cintas de grafeno que los investigadores quieren ensamblar de la manera más eficiente posible.

Químicamente, las moléculas de ADN contienen átomos de carbono, el material que forma el grafeno.

El equipo de Bao comenzó con un diminuto disco de silicio, a fin de tener el substrato para su transistor experimental. El disco fue sumergido en una solución de ADN de origen bacteriano y se usó una técnica ya conocida para "peinar" las hebras de ADN hasta dejarlas en forma de líneas relativamente rectas.

A continuación, el ADN sobre el disco fue expuesto a una solución de sal de cobre. Las propiedades químicas de la solución permitieron que los iones de cobre fueran absorbidos dentro del ADN.

El paso siguiente fue calentar el disco y bañarlo en gas metano, el cual contiene átomos de carbono. Una vez más, las fuerzas químicas entraron en escena y ayudaron de manera decisiva a llevar adelante el proceso de ensamblaje. El calor provocó una reacción química que liberó algunos de los átomos de carbono en el ADN y en el metano. Estos átomos de carbono libres se unieron rápidamente unos con otros formando "panales" estables de grafeno.

Los átomos sueltos permanecieron cerca de los respectivos sitios desde donde se desprendieron de las hebras de ADN, y de este modo conformaron cintas que siguieron la estructura del ADN.

El proceso con ADN agiliza de manera enorme la fabricación de las estructuras de grafeno, y a partir de aquí es fácil preparar un transistor. La nueva técnica demuestra por vez primera la viabilidad de emplear ADN para el montaje rápido de cintas de grafeno y para la fabricación subsiguiente de transistores plenamente funcionales.

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Prohibición internacional de un material ignífugo

El hexabromociclododecano, un material ignífugo conocido mayormente como HBCD, y que tuvo usos en plásticos, electrónica, tejidos textiles, muebles y paneles aislantes para edificios, ya no podrá ser fabricado ni usado, y se retirará del mercado. Así lo decidieron los representantes de unas 160 naciones en una reunión de la ONU sobre sustancias químicas, hecha en Ginebra, Suiza.

Aunque este material está presente en cantidades muy bajas en tales productos, el HBCD tiende a acumularse en el medio ambiente y resulta tóxico para organismos acuáticos y animales de laboratorio.

Una contribución importante a la decisión de prohibir el material fue el extenso trabajo de investigación realizado por los Laboratorios Federales Suizos de Ciencia y Tecnología de los Materiales (EMPA, también conocidos colectivamente como Instituto EMPA).

Es un proceso largo el que se debe seguir antes de que poder identificar como contaminante a una sustancia anteriormente aprobada y ya en uso, y proceder a su prohibición y retirada inmediata o progresiva del mercado mundial.

Esto lo sabe bien Norbert Heeb, químico del Laboratorio de Química Analítica del Instituto EMPA. Heeb participó en la labor de análisis que desembocó en el descubrimiento de las estructuras exactas del HBCD. Y decimos estructuras en plural porque, gracias a esa inspección más estricta, la sustancia resultó ser un grupo completo de compuestos.

Junto con investigadores del Instituto Federal Suizo de Tecnología en Zúrich (también conocido como Escuela Politécnica Federal de Zúrich), el Instituto Federal Suizo de Ciencia y Tecnología Acuáticas, y la Universidad de Ciencias Aplicadas de Zúrich, Heeb ha publicado varios estudios que muestran cómo está estructurado el HBCD, y qué formas tienden a acumularse más en el medio ambiente.

Desde la década de 1980, los HBCDs han sido utilizados como un material ignifugo en plásticos, tejidos textiles, muebles, electrónica y materiales aislantes.

Cerca de 20.000 toneladas de este material han sido producidas en todo el mundo cada año, la mayoría para paneles de poliestireno utilizados para aislamiento en edificios.

Cada metro cúbico de poliestireno extruido contiene hasta un kilogramo de HBCD, y en Suiza es bastante común la presencia del material en las viviendas.

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Crean una nueva forma de carbono

Un grupo de químicos ha conseguido sintetizar la primera muestra de una nueva forma de carbono. El nuevo material está formado por muchas piezas idénticas de grafeno muy combado, cada una compuesta por 80 átomos de carbono exactamente, conformando una red de 26 anillos, con 30 átomos de hidrógeno en el borde.

El grafeno es un material que consiste en una capa de carbono con un átomo de espesor, en la cual los átomos de carbono conforman una celosía hexagonal, similar a la de un panal de miel.

El informe sobre la creación del nuevo material se ha hecho público a través de la revista académica Nature Chemistry.

Hasta fines del siglo XX, los científicos habían identificado sólo dos formas de carbono puro: el diamante y el grafito. Luego, en 1985, los químicos quedaron atónitos con el descubrimiento de que los átomos de carbono también se podían juntar para formar bolas huecas, conocidas como fullerenos. Desde entonces, los científicos también han aprendido a obtener tubos huecos largos y ultradelgados de átomos de carbono, conocidos como nanotubos de carbono, y las láminas ultradelgadas de átomos de carbono conocidas como grafeno.

El descubrimiento de los fullerenos fue galardonado con el Premio Nobel de Química en 1996, y la preparación del grafeno fue galardonada con el Premio Nobel de Física en 2010.

A diferencia del grafeno, la nueva forma de carbono no adopta una estructura plana en absoluto. Esa diferencia también dota al nuevo material de propiedades físicas, ópticas y electrónicas distintas de las del grafeno.

El material creado por el equipo de Lawrence T. Scott, del Boston College en Chestnut Hill, Massachusetts, Estados Unidos, y Kenichiro Itami, de la Universidad de Nagoya en Japón, es mucho más soluble que el grafeno, a igualdad de condiciones, y los dos también difieren significativamente en el color. Las mediciones electroquímicas revelaron que el grafeno y el nuevo material se oxidan con igual facilidad, pero el nuevo es más difícil de reducir químicamente.

Igual que ocurrió con los nanotubos de carbono, y con el grafeno, es previsible que la nueva forma de carbono encuentre aplicaciones prácticas en un futuro cercano.

En el trabajo de investigación y desarrollo también han participado Yasutomo Segawa, Qianyan Zhang y Katsuaki Kawasumi.

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Logran ver la conducta de átomos individuales durante una reacción catalítica

Una nueva y revolucionaria tecnología de microscopía electrónica ha permitido por vez primera observar y analizar "in situ" átomos aislados, pequeños racimos de ellos, y nanopartículas, en experimentos dinámicos.

Este avance tecnológico conseguido por el equipo de Ed Boyes y Pratibha Gai, de la Universidad de York en el Reino Unido, está abriendo nuevas y sorprendentes oportunidades para observar y entender mejor el papel específico que ejercen los átomos en reacciones químicas de muy diverso tipo.

El avance tecnológico logrado también será de gran utilidad para la labor de investigación en el sector de las energías alternativas y para el desarrollo de nuevos medicamentos.

Hasta el momento, observar átomos individuales reaccionando químicamente entre sí había sido difícil. Para estudiar las reacciones en una superficie catalítica, los científicos usualmente deben observar sistemas ideales bajo condiciones de vacío, en vez de examinar la realidad intacta de un proceso catalítico industrial en un entorno gaseoso.

El equipo de investigación, que también incluye a Michael Ward y a Leonardi Lari, ha observado con éxito átomos de platino sobre soportes de carbono en una reacción catalizada bajo condiciones de temperatura y atmósfera controladas.

El trabajo de investigación y desarrollo ha contado con financiación del Consejo de Investigación en Ingeniería y Ciencias Físicas (EPSRC), del Reino Unido.

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Fórmula anticolesterol aplicable en alimentos y bebidas

Mucha gente está sobrecargada de colesterol LDL, popularmente conocido como "colesterol malo".

Si ese colesterol se acumula demasiado en el organismo, puede dar lugar a la aterosclerosis y a enfermedades cardíacas.

Los fitoesteroles de los vegetales y el colesterol de los animales son moléculas muy similares, y cuando se les mezcla se atraen mutuamente.

Cuando se mezclan en el intestino de un animal, las moléculas de colesterol no logran pasar al torrente sanguíneo y son excretadas.

La capacidad de los fitoesteroles para reducir los niveles de colesterol en los animales es conocida desde la década de 1950, pero ha resultado difícil aplicar este conocimiento en la práctica porque los fitoesteroles no son solubles en agua de modo natural, y son escasamente solubles en sustancias grasas.

Ahora se ha descubierto una manera de hacer que las moléculas de fitoesterol de los vegetales se dispersen en bebidas y alimentos de consumo humano, lo que podría abrir el camino a una reducción drástica de los niveles de colesterol en la gente.

La hazaña científica la ha logrado el químico Daniel Perlman, de la Universidad Brandeis, en Waltham, Massachusetts, Estados Unidos.

Perlman posee más de 100 patentes concedidas o pendientes, que ilustran su prolífica carrera como inventor.

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Catalizador de nanopartículas para extraer hidrógeno del agua a bajo costo

Tecnologías de energía limpia más baratas podrían hacerse posibles gracias al descubrimiento de que una importante reacción que genera hidrógeno a partir de agua es eficazmente catalizada por una nanopartícula compuesta de níquel y fósforo, dos elementos baratos que son bastante abundantes en la Tierra.La principal utilidad de la nanopartícula de fosfuro de níquel es ayudar a producir hidrógeno a partir de agua, lo cual es un proceso importante para muchas tecnologías de suministro energético, incluyendo células de combustible y células solares. El agua es un combustible ideal porque es barato, abundante y no contamina, pero antes de poder usarlo a gran escala hay que desarrollar métodos baratos de extraer el hidrógeno que contiene.

El hidrógeno tiene una alta densidad energética y es muy bueno como portador de energía. Sin embargo, dado que primero se requiere gastar energía en extraerlo del agua, este paso determina la viabilidad comercial de cualquier tecnología de suministro energético basada en el hidrógeno.

Para hacer factible comercialmente la obtención de hidrógeno en grandes cantidades, los científicos han estado buscando la manera de poner en marcha las reacciones químicas necesarias mediante un catalizador que sea barato. Un catalizador muy bueno para ese menester es el platino, pero, obviamente, debido a que el platino es muy caro y bastante escaso, no resulta apto para llevar a la escala industrial la producción de hidrógeno. El equipo de Raymond Schaak, profesor de química en la Universidad Estatal de Pensilvania, Estados Unidos, ha estado buscando materiales alternativos al platino, hasta comprobar la notable eficiencia de las nanopartículas de fosfuro de níquel, que es comparable a la de las mejores alternativas conocidas al platino, y tiene un costo bajo.

En este trabajo de investigación y desarrollo también han participado Eric J. Popczun, Carlos G. Read, Adam J. Biacchi y Alex M. Wiltrout, de la Universidad Estatal de Pensilvania, así como Nathan S. Lewis y James R. McKone del Instituto Tecnológico de California.

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Idean un método eficiente para convertir dióxido de carbono en metanol

Se ha inventado un nuevo método, muy eficaz, para convertir dióxido de carbono (CO2) en metanol, el cual puede ser usado como combustible de bajas emisiones para vehículos.

Durante muchos años, la comunidad científica ha estado buscando una manera eficaz de convertir el dióxido de carbono en metanol en un solo paso, y con un consumo energético bajo. En presencia de oxígeno, la combustión del metanol produce CO2 y agua. Los químicos han buscado catalizadores capaces de revertir esta reacción química. Disponiendo de tales catalizadores, sería factible disminuir de manera notable las emisiones de gases de efecto invernadero, obteniendo al mismo tiempo un combustible que reduciría la dependencia que la humanidad tiene de los combustibles fósiles, cuyas reservas naturales inexorablemente se agotarán, o por lo menos se reducirán tanto que ya no será rentable su extracción.

El catalizador desarrollado por el equipo del profesor Frédéric-Georges Fontaine de la Universidad Laval en Quebec, Canadá, está hecho de dos productos químicos. El primero es un compuesto de boro, carbono, e hidrógeno. El segundo es un compuesto de fósforo, carbono, e hidrógeno. Al contrario de lo que ocurre con la mayoría de los catalizadores desarrollados hasta el presente para convertir CO2 en metanol, el nuevo catalizador no contiene ningún metal, lo que reduce los costos y su toxicidad.

Todos los catalizadores que permiten convertir CO2 en metanol requieren una fuente de hidrógeno y de energía química.

A Fontaine y sus colaboradores se les ocurrió la idea de usar un compuesto llamado hidroborano, y los resultados han sido espectaculares. La reacción lograda es hasta dos veces más eficaz que la obtenida con cualquier otro catalizador conocido, y produce muy pocos residuos. Otra cualidad atractiva es que la reacción química no daña al catalizador, el cual puede reactivarse agregando más sustrato.

Los investigadores trabajan ahora en formas de abaratar lo suficiente el proceso, sobre todo en lo que se refiere al coste del hidroborano.

En el trabajo de investigación y desarrollo también han intervenido Marc-André Courtemanche y Marc-André Légaré, de la Universidad Laval, así como Laurent Maron de la Universidad de Toulouse en Francia.

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A mayor presión, mayor dilatación, una paradoja de un estado exótico de la materia

Se ha descubierto que, bajo ciertas condiciones, un material puede dilatarse, reduciendo su densidad, cuando se le somete a una fuerte presión. El asombroso hallazgo, que a mucha gente le parecerá que desafía las leyes de la física, hará que se tengan que reescribir algunas páginas de los libros de texto.

El equipo de la química Karena Chapman puso cianuro de zinc en una celda de yunque de diamante en el APS (Advanced Photon Source) del Laboratorio Nacional estadounidense de Argonne, en Illinois, y aplicó altas presiones, de 0,9 a 1,8 gigapascales, lo que es aproximadamente de 9.000 a 18.000 veces la presión atmosférica a nivel del mar.

Empleando diferentes fluidos aplicados alrededor del material a medida que se le comprimía, los científicos pudieron crear cinco fases nuevas del material, dos de las cuales retuvieron su porosidad al ser devueltos a un ambiente con presión normal. El tipo de fluido usado determinaba la forma de los poros de esta "esponja".

"Es como obtener una esponja gigante prensando una piedra", comenta Chapman. "En principio, todo material se vuelve más denso y compacto bajo la acción de una presión externa. Aquí estamos viendo exactamente lo contrario. El material tratado con la presión tiene la mitad de la densidad de su estado original".

Ya que este hecho parece imposible, Chapman y sus colegas se pasaron varios años verificando la realidad del fenómeno, a través de innumerables pruebas con el singular material. En cada experimento, obtenían los mismos resultados alucinantes.

Finalmente, han terminado creyendo en lo increíble y constatando cómo lo "imposible" puede volverse real. "Los enlaces en este material se reconfiguran completamente", subraya Chapman.

El inesperado descubrimiento abre un nuevo capítulo de la química y la ciencia de los materiales, con toda una gama de aplicaciones prácticas potenciales.

El equipo de Chapman, Peter Chupas, Saul H. Lapidus y Gregory J. Halder, del Laboratorio Nacional estadounidense de Argonne, planea seguir poniendo a prueba la nueva técnica en otros materiales.

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Electrodo revolucionario para aumentar la capacidad de las baterías de ión-litio

Los ordenadores portátiles y los automóviles eléctricos podrían tener mayor autonomía si fuera posible aumentar aún más la capacidad de sus baterías de ión-litio. El material del electrodo influye decisivamente en la capacidad de una batería. Hasta ahora, el electrodo negativo normalmente está hecho de grafito, cuyas capas pueden almacenar átomos de litio.

Dar carga a una batería de ión-litio hace que las capas de grafito del electrodo negativo atrapen átomos de litio. Sin embargo, la capacidad del grafito está limitada a un átomo de litio por cada seis átomos de carbono. El silicio podría atrapar hasta diez veces más átomos de litio. Pero, desafortunadamente, se expande mucho durante este proceso, lo cual conduce a problemas por ahora sin solución cuando se le usa en baterías.

Unos científicos en la Universidad Técnica de Múnich en Alemania han desarrollado ahora un material hecho de boro y silicio que podría servir como material de electrodo, lo que abriría una puerta hacia sistemas con mayores capacidades.

De forma similar a los átomos de carbono en el diamante, los átomos de boro y silicio del novedoso borosiliciuro de litio (LiBSi2) están interconectados tetraédricamente. Pero, a diferencia del diamante, además forman canales.

En el laboratorio de alta presión del Departamento de Química y Bioquímica de la Universidad Estatal de Arizona, Estados Unidos, el equipo de Thomas Fässler y Michael Zeilinger, de la Universidad Técnica de Múnich, hizo que reaccionaran los materiales originales. A una presión de 100.000 atmósferas y temperaturas de unos 900 grados centígrados, se consiguió que arrancara la transformación deseada.

El borosiliciuro de litio es estable al aire y a la humedad, y resiste temperaturas de hasta 800 grados centígrados.

En la investigación también han trabajado especialistas de la Universidad de Augsburgo en Alemania y la de Estocolmo en Suecia.

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Las células Antiguas dejan su senescencia a las Nuevas

Las células senescentes –‘jubiladas’– pueden transmitir su estado a otras cercanas, tal y como ha desvelado una investigación del MRC Clinical Sciences Centre en el Reino Unido, con la participación Centro de Regulación Genómica (CRG).

La investigación, publicada esta semana en la revista Nature Cell Biology, confirma que la senescencia podría ser inducida en las primeras etapas del cáncer para reprimirlo.

"Sabemos desde hace más de 20 años que las células senescentes segregan una gran cantidad de factores, pero no fue hasta hace aproximadamente una década que las personas se dieron cuenta de que podría influir profundamente en las células del entorno", comenta Jesús Gil, coautor del estudio.

Lo que Gil y su equipo se cuestionaron sobre el ‘secretoma' o conjunto de secreciones, era si podría causar senescencia en otras células cercanas. La respuesta fue un sí rotundo. "Hemos encontrado que tanto in vitro como in vivo, las células senescentes están rodeadas por células normales que han adoptado esa característica".

Con la existencia de este envejecimiento paracrino confirmado, el siguiente paso fue identificar los múltiples factores secretados que causaban la transmisión de la senescencia.

Los efectos de estas secreciones son contradictorios. “En función de las células y el ambiente, la senescencia puede promover o suprimir el desarrollo de tumores", comenta Gil.

“Los factores que provocan la senescencia son en su mayoría dianas fáciles para los fármacos. Podemos inhibirlos o activarlos usando medicamentos que ya están disponibles". Definir lo que hace que las secreciones aumenten o supriman el desarrollo de tumores será crucial para el desarrollo de fármacos.

Al final de su vida, después de haberse dividido cincuenta veces o más, nuestras células a menudo descansan y se jubilan. Durante la senescencia siguen activas pero no pueden duplicarse más.

Aunque siempre se ha asociado al envejecimiento, este fenómeno también se activa mediante oncogenes que mantienen a raya las células dañadas y peligrosas, para evitar su propagación. (Fuente: CRG)

La batalla científica contra la cepa H7N9 del virus de la gripe

Diversos equipos de científicos, tanto desde instituciones públicas como desde entidades privadas, están esforzándose al máximo para desentrañar todos los entresijos de la cepa H7N9 del virus de la gripe y adelantarse a riesgos potenciales que puedan emerger en el futuro como consecuencia de la evolución del virus.

Desde China, que fue donde en marzo de 2013 se identificó a la nueva cepa H7N9 del virus de la gripe como el agente causante de casos de infección en personas, algunos de ellos con resultado de muerte, un grupo de científicos, dirigido por Chen Hualan del Laboratorio Nacional de Referencia de la Gripe Aviar (un centro de la Academia China de Ciencias Agrícolas), ha investigado los orígenes de esta nueva cepa.

El equipo recopiló un total de 970 muestras, extraídas de mercados de aves de corral vivas y granjas avícolas ubicadas en la provincia de Anhui y Shanghái.

El genoma completo de tres muestras virales de H7N9, obtenidas de un pollo, una paloma, y del entorno, fue secuenciado y depositado en la base de datos de la GISAID, una plataforma de científicos que promueve activamente la estrategia de compartir los datos de todas las secuencias de virus del tipo del de la gripe, y datos clínicos y epidemiológicos asociados a muestras virales humanas, para ayudar a la comunidad médica mundial en su lucha contra cepas nuevas y potencialmente peligrosas del virus de la gripe.

Desde Estados Unidos, el equipo de la microbióloga Stefanie Vogel, de la Universidad de Maryland, ha dado con un novedoso tratamiento farmacológico potencial para la gripe.

Este fármaco experimental ha dado resultados prometedores para su tratamiento, al evitar, en estudios preclínicos, que el virus causara lesiones pulmonares y la muerte. Los científicos han comprobado que el fármaco, denominado Eritoran, puede evitar que los ratones mueran después de haber sido infectados con una dosis letal de virus de la gripe. El valor potencial de este fármaco usado de modo independiente o en combinación con antivirales se ve aumentado por el hecho de que una investigación anterior encontró que no provoca efectos secundarios graves en las personas.

Desde Singapur, la empresa Veredus Laboratories Pte Ltd, subsidiaria de la compañía STMicroelectronics, conocida internacionalmente por su labor en el campo de los semiconductores para todo tipo de aplicaciones electrónicas, ha confirmado que la versión actual de su sistema VereFlu, del tipo "Laboratorio en un Chip", detecta el subtipo actual de H7N9, además de detectar todos los otros subtipos de la gripe humana.

VereFlu es un sistema portátil que permite hacer una detección rápida en el lugar necesario. A diferencia de otros métodos de diagnóstico existentes, VereFlu, basado en un novedoso test de diagnóstico molecular, puede detectar una infección con alta precisión y sensibilidad, brindando información genética sobre dicha infección en apenas unas dos horas, cuando lo usual es que se necesiten días o semanas para obtenerla. Gracias a su alto grado de automatización, usuarios ajenos al tradicional entorno de un laboratorio pueden realizar pruebas en el lugar necesario con facilidad.

Al margen de los recelos que despierte una u otra cepa nueva del virus de la gripe, lo cierto es que se estima que las epidemias de gripe ocasionan cada año de 3 a 5 millones de casos severos y de 250.000 a 500.000 muertes, en todo el mundo. El virus está en continua evolución y las variantes nuevas ocasionan epidemias estacionales. El aumento en la resistencia a tratamientos antivirales existentes, y el consiguiente acortamiento del tiempo durante el cual estos medicamentos son eficaces, avalan la necesidad urgente de desarrollar nuevos tratamientos.

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Fabricar acero más puro, más barato, y contaminando menos

La producción mundial de acero es en la actualidad de 1.500 millones de toneladas por año aproximadamente. El método de elaboración más común produce acero a partir de mineral de hierro (fundamentalmente óxido de hierro) mediante la estrategia de calentarlo con carbono. Este proceso, por desgracia, forma dióxido de carbono (CO2) como subproducto. La producción de una tonelada de acero genera casi dos toneladas de emisiones de CO2, según las cifras de la industria siderúrgica, representando por tanto el 5 por ciento de las emisiones totales de gases de efecto invernadero del mundo.

Por tanto, la producción de acero es una de las principales fuentes industriales de emisión de gases de efecto invernadero. La industria ha tenido poco éxito en su búsqueda de métodos para fabricar acero que no impliquen generar CO2.

En lo que constituye un esperanzador avance tecnológico, un nuevo proceso desarrollado por el equipo de Donald Sadoway, profesor de química de los materiales, Antoine Allanore, profesor de metalurgia, ambos del MIT, y Lan Yin (ahora en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign), podría cambiar la situación descrita de emisiones de CO2 en la fabricación de acero.

El nuevo proceso para elaborar acero no libera dióxido de carbono. Sus únicas emisiones son de oxígeno puro.

Además, ofrece un par de beneficios extra: El acero resultante tiende a ser de pureza más alta, y, en el futuro, una vez el proceso se pueda llevar a cabo a gran escala, el acero fabricado es más barato que el elaborado por los métodos convencionales.

El nuevo proceso resulta ideal para fábricas pequeñas: Las siderúrgicas convencionales sólo son rentables si pueden producir millones de toneladas de acero por año. En cambio, el nuevo proceso podría hacer viable comercialmente la producción de unos pocos cientos de miles de toneladas por año.

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Nuevo hallazgo sobre cómo el flúor combate la caries

En un avance decisivo hacia el esclarecimiento de un misterio con medio siglo de existencia, unos científicos han presentado nuevas evidencias sobre cómo el flúor (en forma de ciertos fluoruros) presente en pastas de dientes, agua potable, líquidos para enjuagues dentales, y otros productos para el cuidado bucal, previene contra la caries.

A pesar de medio siglo de investigaciones científicas, durante todo este tiempo no ha cesado la controversia sobre cómo exactamente los compuestos de flúor reducen el riesgo de caries. Dichas investigaciones establecieron hace bastante tiempo que el flúor ayuda a endurecer la capa de esmalte que protege a los dientes del ácido producido por las bacterias que causan caries. Estudios más recientes han encontrado que el flúor penetra en una capa de esmalte mucho más delgada de lo que se creía y la endurece, lo que respalda a otras teorías sobre cómo actúa el flúor.

El equipo de Karin Jacobs, de la Universidad de Saarland en Alemania, ha encontrado ahora nuevas evidencias de que el flúor también merma la fuerza de adhesión de las bacterias que se pegan a los dientes y producen el ácido que crea las caries.

Los experimentos, realizados en dientes artificiales (bolitas de hidroxiapatita) para permitir la aplicación de técnicas de análisis de alta precisión, revelaron que el flúor reduce la capacidad de las bacterias que causan caries para pegarse a esas bolitas, lo cual, por tanto, también debe ocurrir en el caso de los dientes naturales. El resultado es que, gracias al flúor, resulta más fácil deshacerse de las bacterias mediante la saliva, el cepillado u otra acción comparable.

En el estudio también han trabajado Peter Loskill, Christian Zeitz, Samuel Grandthyll, Nicolas Thewes, Frank Müller, Markus Bischoff y Mathias Herrmann, todos de la Universidad de Saarland.

El informe técnico de la investigación ha sido presentado públicamente a través de una publicación de la ACS (American Chemical Society, o Sociedad Química Estadounidense).

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Aplicación artificial de mecanismos de biología cuántica

Unos investigadores han creado un compuesto sintético que imita la compleja dinámica cuántica observada en la fotosíntesis. El nuevo compuesto podría abrir nuevos caminos para el desarrollo de mejores tecnologías de energía solar. Ajustar y aplicar efectos cuánticos en compuestos sintéticos para captar y procesar luz no sólo es posible, sino también más fácil de lo que se creía, a juzgar por las conclusiones a las que ha llegado este equipo de la Universidad de Chicago en Estados Unidos.

Los investigadores han diseñado moléculas pequeñas para sostener coherencias cuánticas de larga duración. Estas coherencias son los comportamientos observables macroscópicamente de superposiciones cuánticas. La superposición cuántica es el fenómeno que se produce cuando una partícula, como por ejemplo un electrón, ocupa más de un estado de forma simultánea.

Los efectos cuánticos generalmente son insignificantes en sistemas grandes, calientes y desordenados. Sin embargo, los recientes experimentos de espectroscopia ultrarrápida realizados en el laboratorio de Greg Engel, profesor de química en la citada universidad, han mostrado que las superposiciones cuánticas pueden intervenir en la eficiencia cuántica casi perfecta de la recolección fotosintética de la luz, incluso a temperatura ambiente.

Las antenas fotosintéticas (proteínas que organizan clorofilas y otras moléculas que absorben la luz en plantas y bacterias) sostienen superposiciones que sobreviven durante tiempos anormalmente largos. Muchos investigadores han propuesto que los organismos con capacidad de fotosíntesis han desarrollado, a lo largo de su evolución, un modo de proteger estas superposiciones. El resultado: Una mayor eficiencia al transferir la energía de la luz solar absorbida hacia las partes de la célula que convierten la energía solar en energía química.

Los nuevos resultados demuestran que es posible elaborar compuestos artificiales con esta misma capacidad cuántica a temperatura ambiente. Las moléculas preparadas por el equipo de Dugan Hayes han sido capaces de recrear las importantes propiedades de las moléculas de clorofila en sistemas fotosintéticos que sostienen las citadas coherencias cuánticas de larga duración.

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Biologia : Las Bacterias y su comportamiento

Se ha descubierto en bacterias la capacidad de degradar la membrana celular de otras bacterias competidoras, mediante enzimas que no dañan a la membrana de la bacteria agresora.

Este asombroso hallazgo abre las puertas para el desarrollo de nuevos medicamentos antibacterianos destinados a luchar contra las bacterias usando sus propias armas.

Durante la infección causada en un organismo por las bacterias que lo están invadiendo, éstas pueden excretar toxinas que causan daños a las células y tejidos del organismo atacado. De forma interesante, las bacterias también usan unas contra otras mecanismos similares cuando compiten entre ellas. Quizá lo más notable al respecto es que pueden usar sistemas bastante sofisticados de secreción, valiéndose de estructuras similares a jeringas para inyectar las toxinas en las bacterias rivales. Entre los diferentes sistemas de secreción conocidos en las bacterias, el sistema de secreción tipo VI es de importancia particular para la competencia entre bacterias, y se encuentra en muchas especies diferentes de estos microorganismos.

Unos especialistas de la Universidad de Umea en Suecia y la de Washington in Seattle, Estados Unidos, estudiaron los genes y las proteínas que están detrás de este mecanismo de ataque tan selectivo. Los científicos examinaron detalladamente las distintas versiones del sistema de secreción tipo VI en la Pseudomonas aeruginosa, que es una bacteria de los suelos capaz de causar infecciones severas en los intestinos, la sangre y los pulmones, y en la Vibrio cholerae un patógeno que causa el cólera.

El equipo de la microbióloga Sun Nyunt Wai, de la Universidad de Umea, y el microbiólogo Joseph D. Mougous, de la de Washington, ha comprobado que ciertas enzimas, las fosfolipasas, son secretadas por el sistema tipo VI y que dichas enzimas sólo son eficaces contra el competidor pero no para la propia membrana celular de la bacteria productora.

En la investigación también han trabajado Krisztina Hathazi y Takahiko Ishikawa de la Universidad de Umea, así como Alistair B. Russell, Michele LeRoux, Danielle M. Agnello y Paul A. Wiggins de la Universidad de Washington.

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Compuestos de Hongos Inspiran a Cientificos a Avance contra el Cancer

Inspirados en una sustancia química que algunos hongos secretan para defender su territorio, unos químicos han sintetizado y probado varias decenas de compuestos que quizá podrían actuar como fármacos antitumorales.

Hace algunos años, un equipo de investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), en Cambridge, Estados Unidos, dirigidos por el químico Mohammad Movassaghi, se convirtió en el primero en sintetizar químicamente un compuesto muy complejo derivado de hongos que mostró actividad anticáncer en estudios anteriores.

Éste y otros compuestos relacionados con él están presentes en los hongos de forma natural en cantidades tan pequeñas que ha sido difícil hacer un estudio exhaustivo de la relación entre la estructura del compuesto y su actividad, una investigación fundamental antes de abordar el desarrollo definitivo de fármacos basados en estos compuestos.

En el nuevo estudio, Movassaghi y sus colegas del MIT y de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, Estados Unidos, diseñaron y probaron 60 compuestos basados en esa sustancia química de los hongos, a fin de poner a prueba la capacidad de cada compuesto para matar células cancerosas humanas.