Los fullerenos o “bucky-balls

Una investigación ha desarrollado una nueva estructura cuántica capaz de emitir fotones individuales de color rojo. El avance, que se publica en la revista Nature Materials, se basa en el confinamiento cuántico que se genera en cada uno de los puntos y que les permite modular la energía de la luz que emiten.

En este trabajo han participado investigadores de la Universidad de Zaragoza, el Institut de Recerca en Energia de Catalunya (IREC), la Universidad de Barcelona y del Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona del CSIC. El investigador Jordi Arbiol de este último explica:

“El resultado final son hilos unidimensionales, de tamaño nanométrico, compatibles con la tecnología electrónica actual, que permitirían crear dispositivos a mayor escala con un control total de la emisión de luz, fotón a fotón”.

 

Pero centrémonos en el trabajo que aquí se prenta hoy y que comienza hablando de los…

Nanohilos

No sólo las moléculas, los Nanotubos o el grafeno son las apuestas para sustituir al silicio. Otros elementos como los Nanohilos fabricados a partir de materiales semiconductores o los Nanohilos metálicos tendrán también cierto protagonismo. En concreto, los Nanohilos semiconductores presentan un gran potencial como transistores pero también presentan aplicaciones en campos como octoelectrónica o en la fabricación de censores biológicos. Por otro lado los Nanohilos metálicos, cuya síntesis controlada es más difícil, poseen gran interés como interconectores. En el caso de los Nanohilos formados de materiales Ni, Co o Fe se puede aprovechar también su potencial comportamiento magnetorresisitivo para ser usados en dispositivos de almacenamiento magnético. Los Nanohilos metálicos son interesantes a su vez porque los efectos de tamaño inducen en ellos la aparición de transiciones de fase martensíticas y la aparición de configuraciones no cristalinas.” Veamos que pasa con las Nanopartículas.

Nanopartículas

Quizás, junto a los nanotubos de carbono, las nanopartículas representan los materiales que tienen una repercución tecnológica más inmediata. Además de sus propiedades intrínsecas, las nanopartículas representan los materiales que tienen una repercusión tecnológica más inmediata. Además de sus propiedades intrínsecas, las nanopartículas, debido a su pequeño tamaño, pueden convertirse en diminutos dispositivos capaces de  realizar otras funciones, como transportar un medicamento específico por el torrente sanguíneo sin obstruirlo. Para lograr esto, las nanopartículas deben ser el soporte de capas de moléculas autoensambladas que confieren una funcionalidad adicional a las mismas.

Como su propio nombre indica, el término “nanopartícula” designa una agrupación de átomos o moléculas que dan lugar a una partícula con dimensiones nanométricas. Es decir, que su tamaño está comprendido entre 1 y 100 nm. Dependiendo de cuáles sean los átomos o moléculas que se agrupan se originarán diferentes tipos de nanopartículas. Así, por ejemplo, tendremos nanopartículas de oro, de plata o nanopartículas magnéticas si están formadas por átomos de Fe o Co. Su pequeño tamaño hace que la relación superficie/volumen crezca y por tanto que estas estructuras tengan unas propiedades características y esencialmente distintas a las que presenta el material en volumen.

Una estrategia para la formación de nanopartículas es recubrirlas con distintas capas de manera tal que cada una aporte funcionalidades diferentes al sistema. Así, por ejemplo, recientemente se han descrito nanopartículas cuyo interior está formado por un material magnético, como el Co, seguido de una capa intermedia de SiO₂ que aporta estabilidad al sistema y finalmente una superficie de oro.

El tamaño final de la nanopartícula es de 3 nm, y esta estructura laminar hace que tengan un núcleo magnético que posibilite su guiado, y una superficie de oro que facilite  el autoensamblado de moléculas orgánicas o biológicas para diferentes  aplicaciones. Entre éstas destaca su uso como biosensores. Para ello se inmoviliza material biológico, como ácido desoxirribonucleico (ADN) o el llamado ácido nucléico péptidico (PNA, del inglés peptide nucleic acid), que siendo un ácido nucléico artificial, presenta un “esqueleto” molecular formado por enlaces peptidicos y una estructura de bases nucleicas exactamente igual a la del ADN. El PNA puede reconocer cadenas complementarias de ADN, incluso con mayor eficiencia para la hibridación que la que representa el ADN para reconocer su hebra complementaria. Por este motivo, el PNA se ha propuesto como sonda para la fabricación de biosensores altamente eficientes. Estas macromoléculas unidas a superficies o nanopartículas son capaces de detectar diferentes analítos de interés, particularmente otars moléculas biológicas.

Sin embargo, el concepto de nanopartícula debe concebirse en un sentido más amplio ya que no sólo puede estar basada en un núcleo inorgánico, pudiéndose sintetizar nanopartículas poliméricas. Yendo un poco más allá una cápsida vírica puede entenderse como una nanopartícula formada por una carcasa proteica. Esta cápsida vírica tiene dimensiones  nanométricas y, en muchos casos, burla con facilidad las membranas celulares. Por esta razón este tipo de “nanopartículas” se proponen para su uso en nanomedicina, y son el objeto de estudios básicos  en los que las herramientas como los microscopios de fuerzas atómicas juegan un papel esencial. En particular, estas herramientas nos permiten caracterizar las propiedades mecánicas y las condiciones de ruptura de cápsidas víricas así como la forma en la que dichas cápsidas se comportan ante, por ejemplo, cambios controlados de humedad.

En un discurso recientemente impartido en la Universidad Europea de Madrid, William F. Clinton, ex-Presidente de los EE.UU, afirmó que ” el cometido del siglo XXI será salvar al mundo del cambio climático, regenerar la economía y crear empleo. El futuro más allá será la Nanotecnología y la biotecnología”. El propio W.F. Clinton fue el impulsor de la Iniciativa Nacional de Nanotecnología durante su mandato, convirtiendo durante los últimos 10 años a EE.UU en el líder mundial en la generación de conocimientos básicos y aplicados en el ámbito de la Nanotecnología.

Nadie pone en duda las afirmaciones de W.F. Clinton sobre el papel de la Nanotecnología en nuestro futuro a medio y largo plazo, por lo uqe es imperativo estar suficientemente preparados para construir este nuevo paradigma científico. En el caso concreto de España, las dos últimas ediciones del Plan Nacional de I+D+I han encumbrado las investigaciones en Nanociencia y Nanotecnología a la categoría de Acción Estratégica. En la actualidad se están poniendo en marcha varios centros dedicados a Nanotecnología. Dichas iniciativas son producto, por lo general, de costosos impulsos puntuales, locales, dirigidos por científicos con iniciativa, pero no son fruto de una actuación de conjunto, planificada siguiendo una estrategia  quiada por unos objetivos ambiciosos, en los que impere la coordinación y el uso eficiente de los recursos. La actual coyuntura económica no invita al optimismo a este respecto, por lo que sería necesario poner en marcha iniciativas que promuevan la adquisición de infraestructuras, la formación de técnicos, la coordinación entre centros emergentes, etc.

Otro punto sobre el que no hay que descuidarse tiene que ver con la formación, en todos los niveles educativos, en Nanotecnología. En este sentido son numerosas las universidades españolas que ofrecen cursos de master y/o doctorado con contenidos relacionados con la Nanotecnología. Sin embargo, muchos de estos cursos tienen pocos estudiantes inscritos, al igual que ocurre con muchos estudios de grado relacionados con las ciencias básicas. La tarea de fascinar y atraer a nuestros jóvenes hacia la ciencia debe comenzar mucho antes. En este sentido, los conceptos inherentes a la Nanotecnología deben formar parte del conocimiento que debe llegar a los estudiantes de educación secundaria, como ocurre en países como Alemania, Finlandia, Taiwán, Japón, EE.UU., etc. Además, la Nanotecnología es una materia que causa cierta fascinación a los adolescentes por lo que puede ser un buen punto de partida para incentivar las vocaciones científicas. Esta ha sido una de las principales razones por las que los autores de este artículo junto con otros investigadores (Carlos Briones del Centro de Astrobiología y Elena Casero de la Universidad Autónoma de Madrid) accedieron a la petición de la Fundación Española de Ciencia y Tecnología (FECyT) para escribir una Unidad Didáctica de Ciencia y Tecnología. Dicho libro ya se encuentra en todos los institutos españoles de educación secundaria y bachillerato, y se puede descargar desde la web de la FECyT. Esperemos que esta pequeña contribución, junto con otras de mayor calado que deben promoverse desde las diversas administraciones públicas, permita tomar la senda que nos lleve a medio plazo hacia la tan ansiada sociedad basada en el conocimiento.

Fuente: Revista Española de Física. Volumen 23 Nº 4 de 2009

Los Autores:

D. José Ángel Martín Gago, del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid, Concejo Superior de Investigaciones científicas, Centro de Astrobiología /CSIC/INTA), Instituto Nacional de Técnica Aerpespacial, y, D. Pedro A. Serena Domingo, del Instituo de Ciencia y Materiales de Madrid y del Consejo Superior de Investigaciones Científicas.

  ¡Será por soñar!

Publicado por Tendencias 21 (Tendencias Científicas), en su momento pude leer los nuevos datos descubiertos en aquella luna de Saturno que, con la misión Cassini-Huygens vino a ser la portada de muchos medios científicos. La noticia nos dice:

“La misión internacional a Saturno, Cassini, ha descubierto un océano bajo la superficie de Titán, aportando una importante pista sobre los mecanismos internos de esta luna, y descubriendo otro lugar de nuestro Sistema Solar en el que también abunda el agua líquida. El océano de Titán podría tener hasta 250 km de profundidad, fluyendo bajo una capa de hielo de unos 50 km de espesor.”

Mareas en Titán producidas por Saturno

Titán se encuentra en una órbita elíptica en torno a Saturno, completando una revolución cada 16 días. La superficie de la luna se deforma bajo la acción de la gravedad del planeta – cuando pasa por el punto más cercano a Saturno, se estira hasta tomar la forma de un balón de rugby.

La atracción gravitatoria de Titán altera la trayectoria de Cassini, y estos cambios en la superficie de la luna hacen que las perturbaciones hayan sido ligeramente diferentes en cada una de las visitas de la sonda. Estos efectos se pueden caracterizar al estudiar cómo varía la frecuencia de las señales de radio que envía el satélite a la Tierra.

“Gracias a los instrumentos de Cassini, sabemos que la superficie de Titán está compuesta de agua helada, cubierta en su mayor parte por una capa de moléculas orgánicas – el océano que oculta también podría contener otros compuestos, como amoníaco o sulfato de amonio”, destaca Iess.

“Si bien no podemos deducir la profundidad del océano a partir de nuestras medidas, los modelos matemáticos sugieren que podría tener hasta 250 km de profundidad, fluyendo bajo una capa de hielo de unos 50 km de espesor”.

Esta teoría podría explicar por qué la atmósfera de Titán contiene tanto metano. Dada la corta vida de esta molécula, tiene que existir algún mecanismo que lo reponga.

“Sabemos que las reservas de metano en los lagos de hidrocarburos de la superficie de Titán no son suficientes como para explicar la gran cantidad de esta molécula que se encuentra disuelta en su atmósfera, pero un océano podría constituir una gran reserva adicional”, explica Iess.

“Esta es la primera vez que Cassini demuestra que existe un océano bajo la superficie de Titán, aportando una importante pista sobre los mecanismos internos de esta luna, y descubriendo otro lugar de nuestro Sistema Solar en el que también abunda el agua líquida”, concluye Nicolas Altobelli, científico del proyecto Cassini para la ESA.”

KEPLER-438B. Tamaño: 14.286 km/ diámetro. Temperatura media. 10/20ºC. Calendario: 1año: 35,23 días

“Existe un lugar muy lejano, donde el calor y la luz de nuestro sol no alcanzan, en el que flota una tierra similar a la que habitamos. Un nuevo mundo un poco más grande y frío, con temperaturas que oscilan entre 10 y 20 grados, pero en principio acogedor para la vida. Está situado en un barrio del universo llamado Ricitos de oro (Goldilocks), fuera del sistema solar, poblado de planetas potencialmente habitables. “¡Tierra a la vista!”, estuvo tentado a exclamar Guillermo Torres, el astrofísico que lo ha avistado por primera vez, mientras desde Hawai apuntaba con el ojo del telescopio Keck, una córnea de 10 metros de diámetro, en dirección a Kepler-438b. Un gemelo de la Tierra, rocoso y con sol propio, nunca visto hasta ahora. Allí nos vamos.

“Yo soy uno más a los mandos de esta nave”, tira de metáfora este cazador de planetas habitables del Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA). Mientras detalla a Crónica la geografía del planeta hallado insiste en que con él se embarcaron en la aventura 26 exploradores más, entre astrofísicos, analistas de datos, ingenieros de software… Todos ellos a la búsqueda de un hogar nuevo que pueda servir como plan “B” a la humanidad. Y ése sería Kepler-438b, la última tierra prometida, donde la cantidad de luz que recibe de la estrella que orbita es más o menos la misma que la que nos llega de nuestro sol, lo que propicia la existencia de agua en forma líquida. Un sueño parecido al que persigue el ingeniero Cooper (Matthew McConaughey) en la inquietante y profética Interstellar. Aunque en cierta medida, Guillermo Torres se adelantó con el guión. Mientras Christopher Nolan rodaba la película, estrenada en 2014, el científico Torres ya se había acercado lo suficiente a Kepler-438b.

¿Cómo llegar allí?

No será nada fácil que podamos salir de la Galaxia para llegar a Kepler-438B.

Hay que salir de la galaxia en la que estamos y recorrer 470 años luz para encontrarlo. Demasiado lejos. Un año luz equivale a 9.460.730.472.580 km. Y de momento no existe una nave ni un agujero de gusano que sirva de pasadizo hacia otro sistema solar que nos lleve a una Tierra 2.0, como lo pinta el filme de Nolan. En él apenas quedan ya recursos ecológicos en nuestro planeta, el agua escasea y el hambre se extiende por todas partes.

Pero no todo está perdido. En el momento más oscuro, cuando ya no resta ninguna esperanza, la ciencia nos revela el camino: viajar a otras estrellas. Y lo más rápido y seguro es hacerlo por un agujero de gusano. No en vano Nolan ha contado con el asesoramiento estelar de Kip Thorne, el padre teórico de estos túneles cósmicos, quien también asesoró al estadounidense Carl Sagan mientras éste escribía su novela de ciencia ficción Contacto. Claro que nadie los ha visto nunca, suponiendo que pudiesen existir. “Ufff. Ya me hubiera gustado”, dice Torres entre sonrisas.

-Queda por saber si hay rastros de vida en Kepler-438b…

-Es pronto todavía, pero reúne condiciones. Hoy por hoy, si hubiera que elegir tendríamos que mirar hacia este planeta.

-O sea, ¿cree que más allá de nuestro mundo existe uno en el que se podría vivir?

-No uno sino muchos. Estoy plenamente convencido, y esa opinión la comparte hoy la mayoría de astrofísicos.

Túnel en Saturno

Para encontrar ese agujero de gusano de Interstellar habría que ir hasta las cercanías de Saturno, y de ahí a Kepler-438b. Llegamos a Saturno, entramos en el túnel, salimos por el otro extremo y nos encontramos con un paisaje espectacular en la pantalla del cine: varios planetas orbitando un agujero negro. “Sería un viaje de años y eso, tecnológicamente, es imposible”, reconoce nuestro astrofísico. Además, en Interstellar los tripulantes de la nave dominan las técnicas de hibernación humana, todavía verdes, por lo que la duración del viaje no es un problema tan grave como en la actualidad.

-¿Contempla usted un escenario catastrófico como el de la película que obligase al hombre a buscar un lugar fuera de la galaxia?

-No quiero ni pensarlo, tampoco se puede saber si el momento llegará. De lo que sí estoy convencido es de la necesidad de saber si estamos o no solos en el universo. Y creo que ahí fuera existen vecinos inteligentes.

No ha sido fácil el viaje a Kepler-438b. Tras descartar cientos de miles de falsas alarmas de planetas que llegaban desde el telescopio espacial Kepler (que da nombre al nuevo mundo), el de Hawai y desde otro que se encuentra en una montaña de Sacramento, en Nuevo México, ocurrió lo inesperado. De los ocho planetas situados en la zona de Ricitos de oro, la de las tierras habitables, sólo dos prometían. El que más se parecía al elegido era Kepler-442b, un tercio mayor pero más gaseoso, lo que en práctica reduce la posibilidad de que acumule agua en su superficie. Y lo mismo ocurrió con los otros seis.

-Dígame, ¿qué ha de tener un planeta para que se pueda vivir en él?

-La primera condición es que esté en una zona habitable del universo. Segundo, que tenga una superficie sólida, rocosa, para que el agua pueda acumularse. Y tercero, que tenga atmósfera… Ahora bien, eso no quiere decir que sea igual a la Tierra. Puede haber formas de vida diferentes a la nuestra y, a la vez, ser compatibles… Pero esa es otra historia. Lo que sí puedo afirmar es que Kepler-438b es un candidato prometedor para albergar vida.

Entre otras cosas, porque, a diferencia de cientos de planetas del tamaño de la Tierra y más pequeños, el nuevo mundo circula en una órbita que lo mantiene suficientemente alejado de su estrella para que el agua de la superficie no se evapore.

Gracias a la información obtenida por el telescopio Kepler, lanzado al espacio en 2009 para observar simultáneamente unas 150.000 estrellas y analizar su brillo cada 30 minutos, se ha podido estimar que podría haber hasta 11.000 millones de mundos habitables en órbitas de estrellas similares al sol.

Los ingredientes

Según un equipo de científicos que investiga las características que se deberían buscar para encontrar mundo lejanos, los ingredientes básicos que darían forma a estos planetas habitables son bien conocidos. Estos se habrían formado tras una mezcla abundante de oxígeno y hierro. Una cantidad generosa de magnesio y silicio y, en dosis más pequeñas, aluminio, níquel, calcio y azufre. Se le añade agua procedente de asteroides y toda esta masa se cocina durante millones de años. Una receta que ha sido posible obtener gracias a un instrumento de otro telescopio, el Galileo, instalado en la isla canaria de La Palma, que mide la masa de los planetas y, a través de ella, su composición.

Fue necesario crear un programa informático muy potente, llamado Blender, para determinar las dimensiones y la colocación exacta de todos los planetas candidatos a ser clones del nuestro. El principal, Kepler-438b, se encuentra a 470 años de la Tierra, mientras que Kepler-442b está a 1.100 años luz de distancia. Y un aviso a los viajeros del futuro: un año en el primer planeta es aproximadamente de 35,23 días (365 en la Tierra), y de 112 días en el segundo. ¿Le sorprende?

Llegan más

Científicamente, sin embargo, “el resultado importante no es sólo que estemos recibiendo señales de planetas gemelos de la Tierra, sino que estamos encontrando una serie de planetas ahí fuera llegados de un barrio del universo en el que quizás la Tierra podría haberse desarrollado”, ha señalado Douglas Caldwell, del Instituto SETI, en EEUU, dedicado a la búsqueda de vida extraterrestre. “Estamos empezando a entender más acerca de la población de planetas que podrían ser habitables”.

Mientras el astrofísico Torres nos describía este miércoles algunos de los secretos de la otra tierra, la NASA insistía en que ya tiene preparada otra batería de 500 planetas “candidatos” a albergar vida.

Hasta el momento, 1.000 planetas alienígenas han sido identificados como mundos posibles por el telescopio Kepler. Y de ellos, sólo ocho -incluidos Kepler-438b- han sido añadido a la lista conocida como Salón de la fama de Kepler, una pequeña colección de planetas que son similares en tamaño a la Tierra y se asientan en la zona habitable de sus estrellas.

A partir de ahora lo que toca es mirar al cielo y ponerse a preparar las vacaciones… Sí, al otro lado de la galaxia.

 El colapso del núcleo de las estrellas

“La misión New Horizons (Nuevos Horizontes) es una misión espacial no tripulada de la agencia espacial estadounidense (NASA) destinada a explorar Plutón, sus satélites y probablemente el Cinturón de Kuiper. La sonda fue lanzada desde Cabo Cañaveral el 19 de enero de 2006 tras posponerse por mal tiempo la fecha original de lanzamiento. New Horizons viajó primero hacia Júpiter donde llegó en febrero-marzo de 2007. A su paso por Júpiter aprovechó la asistencia gravitatoria del planeta para incrementar su velocidad relativa unos 4 023,36 m/s (14 484 km/h). Llegará a Plutón en julio de 2015. Tras dejar atrás Plutón, la sonda probablemente sobrevuele uno o dos objetos del Cinturón de Kuiper.

Después de las Voyager 1 y 2 es la sonda con mayor velocidad de lanzamiento desde la Tierra hasta el momento, alcanzando respecto al Sol una velocidad máxima de 15,1km/s. (54 000 km/h aproximadamente.”