J. Arnoldo Bautista

J. Arnoldo Bautista

La diabetes se reconoció por primera vez alrededor del 1500 a. C. por los antiguos egipcios, quienes observaron a personas que orinaban mucho y perdían peso. En el papiro de Ebers descubierto en Egipto se describen los síntomas y el tratamiento que se les proporcionaba: una dieta de cuatro días que incluía decocción de huesos, trigo, granos, arena, plomo verde y tierra (o bien: agua de charco de pájaro, bayas de sauco, leche fresca, cerveza, flores de pepino, y dátiles verdes).

 

Fue Areteo de Capadocia, médico griego, quien, entre los años 80 y 138, le dio a esta afección el nombre de diabetes, que significa en griego correr a través de, refiriéndose al signo más llamativo, que es la eliminación exagerada de agua, que atribuyó a una falla en los riñones, expresando que el agua entraba y salía del organismo del diabético sin fijarse en él. Creía que el origen de la enfermedad, «fría y húmeda», radicaba en una fusión entre la carne y los músculos que se transformaban en orina.

Actualmente ya todos sabemos que la diabetes es un conjunto de trastornos metabólicos, cuya característica común principal es la presencia de concentraciones elevadas de glucosa en la sangre de manera persistente o crónica, esto se debe ya sea a un defecto en la producción de insulina, a una resistencia a la acción de ella para utilizar la glucosa, a un aumento en la producción de glucosa o a una combinación de estas causas. También se acompaña de anormalidades en el metabolismo de los lípidos, proteínas, sales minerales y electrolitos.

En un principio se pensaba que el factor que predisponía para la enfermedad era un consumo alto de hidratos de carbono de rápida absorción. Pero después se vio que no había un aumento de las probabilidades de contraer diabetes respecto al consumo de hidratos de carbono de asimilación lenta. En 1997, después de dos años de revisión entre expertos de la OMS y la Asociación Americana de Diabetes (ADA), se dio a conocer una nueva clasificación: Diabetes tipo 1,  tipo 2, diabetes gestacional y otros tipos específicos.   La diabetes tipo 1 ocurre cuando el cuerpo de una persona no produce insulina de forma natural. La diabetes tipo 2 ocurre cuando el cuerpo no usa eficientemente la insulina que se produce.  Una revisión de 2018 concluye que uno de los principales factores de riesgo para desarrollar tanto la diabetes tipo 1 como la diabetes tipo 2 es el consumo de gluten, presente en el trigo, el centeno, la cebada y la avena.​ El gluten provoca un aumento de la permeabilidad intestinal, independientemente de la predisposición genética, es decir, tanto en celíacos (persona que no tolera el glúten) como en no celíacos.

Ya sea por herencia o por una alimentación desbalanceada, cada vez hay más personas con diabetes, incluyendo queridos familiares y amigos. De hecho, en el año 2000 se estimó que alrededor de 171 millones de personas en el mundo eran diabéticas y que llegarán a 370 millones en 2030. ​ Este padecimiento causa diversas complicaciones y daña frecuentemente a los ojos, riñones, nervios y vasos sanguíneos. Sus complicaciones agudas (hipoglucemia, cetoacidosis, coma hiperosmolar no cetósico) son consecuencia de un control inadecuado de la enfermedad, mientras sus complicaciones crónicas (cardiovasculares, nefropatías, retinopatías, neuropatías y daños microvasculares) son consecuencia del progreso de la enfermedad. Según datos de la OMS, es una de las 10 principales causas de muerte en el mundo.

La insulina es una hormona producida naturalmente en el páncreas que ayuda al cuerpo a regular la glucosa, que proviene del consumo de alimentos y proporciona energía al cuerpo. La insulina es la clave molecular que ayuda a mover la glucosa del torrente sanguíneo a las células para obtener energía y almacenamiento.

El tratamiento para la enfermedad no ha cambiado mucho en décadas en la mayor parte del mundo. Los pacientes con diabetes extraen sangre con un dispositivo que mide los niveles de glucosa. Tanto para la diabetes tipo 1, para la tipo 2, como para la gestacional,  el tratamiento se enfoca en restaurar los niveles glucémicos normales. Por ello los enfermos se deben administran una dosis necesaria de insulina.

De hecho, en la diabetes tipo 1 y en la diabetes gestacional se aplica un tratamiento sustitutivo de insulina o análogos de la insulina. En la diabetes tipo 2 puede aplicarse un tratamiento sustitutivo de insulina o análogos, o bien, un tratamiento con antidiabéticos orales. En cualquier caso, se prescribe una dosis regular de insulina para controlar la enfermedad, que afecta a millones de personas en todo el mundo.

La insulina puede inyectarse con una aguja y una jeringa, un dispositivo similar a un bolígrafo, o administrarse mediante una bomba de insulina, que es un instrumento portátil del tamaño de un teléfono celular conectado al cuerpo a través de un tubo con una aguja en el extremo.

Un estimado amigo, ingeniero biomédico, nos comparte el presente artículo publicado por la Sala Digital de Noticias de la School of Engineering Samueli de la University of California at Los Angeles (UCLA)  el pasado 4 de febrero, donde nos comentan que bioingenieros de la UCLA  en conjunto con colegas de la Facultad de Medicina de la University of North California (UNC)  y del Massachusetts Institute of Technology (MIT)  han desarrollado un parche inteligente para administración de insulina que algún día podría monitorear y controlar los niveles de glucosa en personas con diabetes y administrar la dosis de insulina necesaria. El parche adhesivo, aproximadamente del tamaño de una moneda, es fácil de fabricar y está diseñado para usarse una vez al día.

El estudio, publicado en Nature Biomedical Engineering, describe la investigación realizada en ratones y cerdos. El equipo de investigación, dirigido por Zhen Gu, Ph.D., profesor de bioingeniería en la School of Engineering Samueli de la UCLA, está solicitando la aprobación de la FDA para realizar pruebas clínicas en humanos. Gu y sus colegas realizaron las pruebas iniciales exitosas del parche de insulina inteligente en ratones en 2015 en Carolina del Norte.

 

"Nuestro principal objetivo es mejorar la salud y la calidad de vida de las personas con diabetes", dijo Gu, ex profesor del Departamento Conjunto de Ingeniería Biomédica de la UNC / NCSU. “Por ello un parche de insulina inteligente detectaría la necesidad de insulina y la administraría. Este parche inteligente elimina la necesidad de controlar constantemente el nivel de azúcar en la sangre y luego inyectarse insulina cuando sea necesario. Imita la función reguladora del páncreas pero de una manera fácil de usar".

El parche adhesivo controla el azúcar en la sangre o glucosa. Tiene dosis de insulina precargadas en microagujas muy pequeñas, de menos de un milímetro de longitud que administran medicamentos rápidamente cuando los niveles de azúcar en la sangre alcanzan un cierto umbral. Cuando el azúcar en la sangre vuelve a la normalidad, el suministro de insulina del parche también se ralentiza. Los investigadores dijeron que la ventaja es que puede ayudar a prevenir la sobredosis de insulina, lo que puede provocar hipoglucemia, convulsiones, coma o incluso la muerte.

"Siempre ha sido un sueño lograr la administración de insulina de una manera inteligente y conveniente", dijo el coautor del estudio, John Buse, MD, Ph.D., director del Diabetes Center and the North Carolina Translational and Clinical Sciences (NC TraCS) Institute de la UNC en la Chapel Hill School of Medicine. "Este parche de insulina inteligente, si se demuestra que es seguro y efectivo en ensayos en humanos, revolucionaría la experiencia del paciente en el cuidado de la diabetes".

Las microagujas utilizadas en el parche están hechas con un polímero sensor de glucosa encapsulado con insulina. Una vez aplicadas sobre la piel, las microagujas penetran debajo de la piel y pueden detectar los niveles de azúcar en la sangre. Si los niveles de glucosa aumentan, el polímero se dispara para liberar la insulina. Cada microaguja es más pequeña que una aguja normal utilizada para extraer sangre y no llega tan profundamente, por lo que el parche es menos doloroso que un pinchazo. Cada microaguja penetra aproximadamente medio milímetro debajo de la piel, lo cual es suficiente para administrar insulina al cuerpo.

En los experimentos, un parche del tamaño de una moneda de 25 centavos de dólar controló con éxito los niveles de glucosa en cerdos con diabetes tipo I durante aproximadamente 20 horas. Los cerdos pesaron alrededor de 55 libras en promedio.

 

"Me alegra que el equipo haya podido llevar este parche de insulina inteligente un paso más cerca de la realidad, y esperamos verlo avanzar para algún día ayudar a las personas con diabetes", dijo Robert Langer, ScD, profesor del Instituto David H. Koch. en el MIT y uno de los coautores del artículo.

 

La tecnología ha sido aceptada en el Programa de Tecnología Emergente de la Administración de Alimentos y Medicamentos de E.E. U.U., que brinda asistencia a las empresas durante el proceso regulatorio. Los investigadores están solicitando la aprobación de la FDA para ensayos clínicos en humanos, que anticipan que podrían comenzar dentro de unos años. El equipo imaginó que el parche inteligente de microagujas podría adaptarse con diferentes medicamentos para controlar también otras afecciones médicas.

 

Fuentes:

https://samueli.ucla.edu/smart-insulin-patch/

https://es.wikipedia.org/wiki/Diabetes_mellitus

 

Lunes, 10 Febrero 2020 05:16

¿Ciudades inteligentes o no?

Ahora tenemos un punto de comparación en varias ciudades australianas.

La designación de ciudad inteligente se le da a una ciudad que incorpora tecnologías de información y comunicación (TIC) para mejorar la calidad y el rendimiento de los servicios urbanos, como la energía, el transporte y los servicios públicos, a fin de reducir el consumo de recursos, el desperdicio y los costos de operación generales. El objetivo fundamental de una ciudad inteligente es mejorar la calidad de vida de sus ciudadanos a través de la tecnología inteligente.

Varios países y ciudades de diversas partes del mundo han estado impulsando innovaciones encaminadas a convertir a sus ciudades en inteligentes. De hecho se ha establecido una especie de competencia para liderar a este conjunto de ciudades que tienen una visión clara sobre el futuro de sus sociedades urbanas. Canadá, Estados Unidos y Gran Bretaña actualmente compiten por los primeros lugares en ese contexto, y Australia ahora se está uniendo al grupo con un nuevo “Plan de Ciudades Inteligentes” lo cual propiciará su participación en este selecto conjunto de ciudades.

Una estimado amigo nos envía el presente artículo donde se comparan los avances del “Plan de Ciudades Inteligentes”  de Australia aplicado en varias ciudades de este país y se analiza la viabilidad del proyecto. Esta información se publicó en The Conversation el 4 de febrero en un artículo escrito por 5 autores: Tan Yigitcanlar, Karen Vella, Kevin Clyde Desouza, Luke Butler y Nayomi Kankanamge. Veamos de qué se trata…..

Las áreas mejor clasificadas en una evaluación de rendimiento de ciudad inteligente en toda Australia se encuentran en zonas metropolitanas con mayores densidades de población. "Las 60 gobiernos locales de mayor desarrollo de Australia albergan a más de la cuarta parte de la población del país", se señala en el informe “Smart Cities Down Under” recientemente publicado.

Además de resaltar las principales disparidades regionales, el análisis revela que las áreas de los gobiernos locales que se evaluaron con relación a cuatro grupos de indicadores de ciudades inteligentes, generalmente tuvieron un fuerte desempeño en "habitabilidad y bienestar". Se detectaron desempeños más débiles en "Sostenibilidad y accesibilidad" así como en "Gobernanza y planificación". Y se observó que altos desempeños en "Productividad e innovación" sólo existía en las áreas con mayor desarrollo.

Se evaluaron los criterios de ciudad inteligente de 180 gobiernos locales (de 563 en Australia), que representan más del 85% de la población del país. Incluimos todos los gobiernos locales en el área metropolitana de Australia (“Greater Capital City Statistical Areas”) y áreas regionales del gobierno local con poblaciones de más de 50,000.

Este estudio es una versión ampliada del informe “Smart Cities of the Sunshine State 2018”.

No se trata solamente de tecnología

Las ciudades son sistemas complejos y deben evaluarse de manera integral. Esto significa no poner un peso excesivo en los logros tecnológicos, como la tecnología por el bien de la tecnología, en lugar de los resultados económicos, sociales, ambientales y de gobernanza.

 

 

Nuestro marco conceptual para evaluar los niveles de inteligencia se basó en los cuatro pilares de la economía, la sociedad, el medio ambiente y la gobernanza. Los criterios de evaluación se muestran a continuación.

Clasificamos las 180 áreas del gobierno local que evaluamos en tres categorías de desempeño:

 

·    líderes, las ciudades con mejor desempeño

·    seguidores, las ciudades con logros y potencial, pero no al nivel de los mejores.

·    en desarrollo, las ciudades con cierto progreso y potencial, pero no tan importantes como las otras dos categorías.

 

 

¿Quién lidera el camino?

 

Todas las áreas en la categoría líder estaban completamente contenidas dentro de las áreas metropolitanas de la ciudad capital.

 

Nueva Gales del Sur ocupó el primer lugar con 20 áreas de gobierno local. Luego vinieron Australia Occidental (14), Victoria (12), Australia del Sur (9), Territorio del Norte (2) y Queensland, Territorio de la Capital Australiana y Tasmania (1 cada una). En términos de población en las principales áreas, la clasificación cambió a: NSW (2,348,388 personas), Victoria (1,477,964), Queensland (1,131,155), WA (557,163), ACT (397,397), SA (370,719), NT (112,590) y Tasmania (50,439).

Puede ver a continuación cómo los resultados combinados para cada uno de los principales, siguientes y en desarrollo se comparan con las cuatro áreas de indicadores de ciudades inteligentes.

Puede ver la matriz de rendimiento de la ciudad inteligente de su área de gobierno local aquí.

Pasos claves para lograr ciudades inteligentes

 

Las áreas de gobierno local metropolitano dominan la categoría de desempeño líder. Mecanismos como los acuerdos municipales y regionales del gobierno australiano y el financiamiento a través del programa “Smart Cities and Suburbs” han tenido algunos efectos tangibles.

El rendimiento es menos fuerte en Australia regional. Se necesitan una estrategia y pautas nacionales de ciudades inteligentes para ayudar a que estas localidades y comunidades sean más inteligentes.

Esta política debería asumir los siguientes hallazgos de nuestro estudio internacional de ciudades inteligentes:

 

ü las ciudades inteligentes que se centran sólo en la tecnología rara vez funcionan;

ü los gobiernos locales deben adoptar el rol de facilitador;

ü los riesgos deben compartirse con el sector privado;

ü Los gobiernos locales deben estar abiertos a las innovaciones y aprender de los errores;

ü las ciudades inteligentes deberían centrarse en ser inclusivas;

ü se debe considerar el consumo de recursos, particularmente en relación con la longevidad de la infraestructura tecnológica;

ü la sostenibilidad a largo plazo depende de los recursos renovables;

ü Las ciudades inteligentes requieren una comunidad inteligente que esté bien informada, consciente, con visión de futuro, comprometida, unida y activa;

 

El Laboratorio de Estudios Urbanos de la Universidad Tecnológica de Queensland preparó el informe en asociación con el Departamento de Infraestructura, Transporte, Desarrollo Regional y Comunicación de la Commonwealth.  

El equipo de investigación de Smart City ha tenido conversaciones con gerentes de la ciudad, alcaldes, profesionales del gobierno local y partes interesadas clave de la comunidad (por ejemplo, empresas, organizaciones sin fines de lucro, ONG e instituciones académicas, entre otros). Estas conversaciones confirman que los gobiernos locales tienen un papel fundamental que desempeñar si Australia quiere atender los problemas sociales críticos generados por el cambio climático, si quiere acceder a las oportunidades económicas, e incluso lidiar con las transformaciones impulsadas por las tecnologías de la información, como la automatización, la innovación y la inteligencia artificial.

Los gobiernos locales no funcionan bien en forma aislada. Cualquier gobierno local es tan fuerte como los otros gobiernos locales en su vecindad. Deben interactuar para compartir y acceder a los recursos públicos.

 

 

Las ciudades líderes pueden aprender de las innovaciones frugales de sus pares menos afortunados. Nuestras ciudades de mejor desempeño son similares a las empresas establecidas en el sector industrial en el sentido de que enfrentan sus propios desafíos para modernizarse.

Con demasiada frecuencia, estas ciudades buscan soluciones que no sean frugales y que no puedan aprovechar el conocimiento indígena. Las comunidades con menos recursos deben participar en diferentes modos de innovación. Creemos que se deben establecer mejores redes para fomentar el diálogo y el intercambio de prácticas entre las comunidades.

La buena noticia en el informe es que a nuestras ciudades líderes les va bien. La noticia no tan buena es que los otros gobiernos locales necesitan ser llevados de la mano en un proceso de transformación. Ninguna ciudad es una isla, y ningún país puede tratar a las ciudades como elementos independientes.

 

Creemos que Australia debe consolidar su cultura de gobernanza y planificación local para liderar el cambio, puntualizan los autores.

 

Fuentes:

http://theconversation.com/smart-city-or-not-now-you-can-see-how-yours-compares-130881

https://www.techopedia.com/definition/31494/smart-city

 

 

Los físicos teóricos del Trinity College de Dublín han encontrado un vínculo profundo entre una de las características más llamativas de la mecánica cuántica, el entrelazamiento cuántico, y la termalización, que es el proceso en el que algo entra en equilibrio térmico con su entorno. Un querido amigo, ingeniero en sistemas, nos comparte el presente artículo. Veamos de qué se trata…

 

Sus resultados se publicaron el viernes 31 de enero de 2020 en la prestigiosa revista Physical Review Letters.

Todos estamos familiarizados con la termalización: solo piense cómo su café alcanza la temperatura ambiente con el tiempo. El entrelazamiento cuántico, por otro lado, es una historia diferente.

Sin embargo, el trabajo realizado por Marlon Brenes, estudiante de doctorado y el profesor John Goold de Trinity, en colaboración con Silvia Pappalardi y el profesor Alessandro Silva en SISSA en Italia, muestran cómo los dos están inextricablemente vinculados.

Al comentar la importancia del descubrimiento, el profesor Goold, líder del grupo QuSys de Trinity, explica:

 

"El entrelazamiento cuántico es una característica contraintuitiva de la mecánica cuántica, que permite que las partículas que han interactuado entre sí en algún momento se correlacionen de una manera que no es posible en la física clásica. Las mediciones en una partícula afectan los resultados de las mediciones de la otra— incluso si están a años luz de distancia. Einstein llamó a este efecto "acción espeluznante a distancia".

 

"Resulta que el entrelazamiento  no sólo es espeluznante, sino que en realidad es omnipresente y, de hecho, lo que es aún más sorprendente es que vivimos en una era en la que la tecnología está comenzando a explotar esta característica para realizar hazañas que se creían imposibles sólo hace unos años. Estas tecnologías cuánticas se están desarrollando rápidamente en el sector privado con empresas como Google e IBM liderando la carrera ".

Pero, ¿qué tiene que ver todo esto con el café frío?

 

El profesor Goold explica: "Cuando preparas una taza de café y la dejas por un tiempo, se enfriará hasta que alcance la temperatura de su entorno. Esto es la termalización. En física decimos que el proceso es irreversible, como sabemos, nuestro café una vez caliente no se enfriará y luego por artes mágicas se calentará. La forma en que emerge la irreversibilidad y el comportamiento térmico en los sistemas físicos es algo que me fascina como científico, ya que se aplica en escalas tan pequeñas como átomos, tazas de café e incluso a la evolución del universo mismo. En física, la mecánica estadística es la teoría que tiene como objetivo comprender este proceso desde una perspectiva microscópica. Para los sistemas cuánticos, la aparición de la termalización es notoriamente complicada y es un foco central de esta investigación actual ".

Entonces, ¿qué tiene que ver todo esto con el entrelazamiento y qué dicen sus resultados?

"En la mecánica estadística hay varias formas diferentes, conocidas como conjuntos, en las que se puede describir cómo se termaliza un sistema, todo lo cual se considera equivalente cuando se tiene un sistema grande (aproximadamente en escalas de 10 ^ 23 átomos). Sin embargo , lo que mostramos en nuestro trabajo es que no sólo el entrelazado  está presente en el proceso, sino que su estructura es muy diferente según la forma en que elija describir su sistema, por lo que nos brinda una forma de evaluar las preguntas fundamentales en mecánica estadística. La idea es general y puede aplicarse a una gama de sistemas tan pequeños como unos pocos átomos y tan grandes como agujeros negros ".

 

Marlon Brenes, candidato a doctor en Trinity y primer autor del artículo, utilizó supercomputadoras para simular sistemas cuánticos para probar la idea.

Brenes, un especialista en modelaje numérico, dijo: "Las simulaciones numéricas que realicé para este proyecto están en el límite de lo que se puede lograr actualmente en el nivel más alto con computación de alto rendimiento. Para ejecutar el código utilicé las instalaciones nacionales del ICHEC y la nueva maquina KAY. Entonces, además de tener un excelente resultado esencial  para la investigación, el trabajo nos ayudó a superar los límites de este tipo de enfoque computacional y dejar establecido que nuestros códigos y la arquitectura están funcionando como un proyecto de vanguardia con el mayor avance a nivel mundial".

 

 

Fuente:

https://www.tcd.ie/news_events/articles/how-supercomputers-are-helping-us-link-quantum-entanglement-to-cold-coffee/

 

 

 

Con la reciente aparición del coronavirus (2019-nCoV) en China y su potencial peligro de generar una pandemia mundial, hay un renovado interés de la gente por conocer más sobre los virus. Precisamente sobre este tema un estimado colega nos comparte un artículo publicado por Lawrence Berkeley National Laboratory sobre virus enormes y hasta gigantes. Veamos de qué trata…

 

 

Si bien los microbios en una sola gota de agua podrían superar en número a la población de una ciudad pequeña, la cantidad de virus en la misma gota, la gran mayoría no dañina para los humanos, podría ser aún mayor. Los virus infectan bacterias, arqueas y eucariotas, y varían sus tamaños y sus genomas en rangos que van desde muy pequeños hasta muy grandes e incluso gigantes. Los genomas de los virus gigantes son del orden de 100 veces el tamaño de lo que generalmente se ha asociado con los virus, mientras que los genomas de los virus grandes pueden ser solo 10 veces más grandes. Y, sin embargo, aunque los virus se encuentran en todas partes, se sabe relativamente poco acerca de ellos, y mucho menos los que se consideran grandes y gigantes.

En un estudio reciente publicado en la revista Nature, un equipo de instituciones liderados por investigadores  del Joint Genome Institute (JGI) ubicado en el Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) y que forman parte del Departamento de Energía de Estados Unidos, descubrió un amplia diversidad de virus grandes y gigantes que pertenecen al supergrupo de virus de ADN grande  denominado nucleocitoplasmático (NCLDV).

La expansión de la diversidad por esta variedad de virus grandes y gigantes ofreció a los investigadores información sobre cómo podrían estos interactuar con sus huéspedes, y cómo esas interacciones a su vez pueden afectar a las comunidades anfitrionas y el papel que juegan en el carbono y otros ciclos de nutrientes.

 

"Este es el primer estudio que nos permite tener una visión más global de los virus gigantes a través del análisis de genomas de virus gigantes no cultivados de secuencias ambientales en todo el mundo, y luego usar estas secuencias para hacer inferencias sobre la distribución biogeográfica de estos virus en los diversos ecosistemas, su diversidad , sus características metabólicas pronosticadas y los huéspedes potenciales ", señaló la autora principal del estudio, Tanja Woyke, quien dirige el Programa Microbiano del JGI.

El equipo extrajo más de 8,500 conjuntos de datos de metagenomas disponibles públicamente generados a partir de sitios de muestreo en todo el mundo, incluidos datos de varias propuestas relevantes de la misión del DOE a través del Programa de Ciencias Comunitarias de JGI. Las propuestas de los investigadores de la Concordia University (Canadá), la University of Michigan, la University of  Wisconsin-Madison y el Georgia Institute of Technology se centraron en las comunidades microbianas de los ecosistemas de agua dulce, incluidos, respectivamente, los lagos del norte de Canadá, los Grandes Lagos Laurentian, el lago Mendota y el lago Lanier fueron de particular interés.

 

La ilustración artística presentada aquí captura la diversidad genómica del virus gigante. Esta imagen complementa el artículo de Nature publicado el 22 de enero de 2020, mencionado anteriormente.  Crédito: Zosia Rostomian / Berkeley Lab

 

Tamizar y reconstruir genomas de virus

 

Gran parte de lo que se sabe sobre el grupo NCLDV proviene de virus que han sido co-cultivados con ameba o con sus huéspedes, aunque la metagenómica ahora permite buscar y caracterizar virus no cultivados. Por ejemplo, un estudio de 2018 de un equipo liderado por JGI descubrió virus gigantes directamente en el suelo por primera vez. Este estudio aplicó un proceso de pasos múltiples para extraer, almacenar y luego filtrar los datos de la proteína principal de la cápside (MCP) para identificar los virus NCLDV. Los investigadores de JGI aplicaron previamente este enfoque para descubrir un nuevo grupo de virus gigantes denominados "Klosneuviruses".

Miembros previamente conocidos de los linajes virales en el grupo NCLDV infectan principalmente protistas y algas, y algunos de ellos tienen genomas en el rango de megabase. El autor principal y coautor del estudio, Frederik Schulz, científico investigador del grupo de Woyke, utilizó el MCP como código de barras para filtrar fragmentos de virus, reconstruyendo 2,074 genomas de virus grandes y gigantes. Se identificaron más de 50,000 copias del MCP en los datos metagenómicos, dos tercios de los cuales podrían asignarse a linajes virales, y predominantemente en muestras de ambientes marinos (55%) y de agua dulce (40%). Como resultado, el espacio de proteínas del virus gigante creció de 123,000 a más de 900,000 proteínas, y la diversidad de virus en este grupo se expandió 10 veces de solo 205 genomas, redefiniendo el árbol filogenético de los virus gigantes.

Reprogramación metabólica de una estrategia común para virus grandes y gigantes

 

Otro hallazgo significativo del estudio fue una estrategia común empleada por virus grandes y gigantes. La reprogramación metabólica, explicó Schulz, hace que el huésped funcione mejor bajo ciertas condiciones, lo que luego ayuda al virus a replicarse más rápido y producir más progenie. Esto puede proporcionar un impacto a corto y largo plazo en el metabolismo del huésped en general, o en las poblaciones de huéspedes afectadas por condiciones ambientales adversas.

La predicción de las funciones en los 2,000 nuevos genomas de virus gigantes llevó al equipo a descubrir una prevalencia de funciones codificadas que podrían impulsar el metabolismo del huésped, como los genes que juegan un papel en la absorción y el transporte de diversos sustratos, y también genes de fotosíntesis, incluidas potenciales bombas de protones impulsadas por luz. "Estamos viendo que esta es probablemente una estrategia común entre los virus grandes y gigantes basada en el metabolismo predicho que está codificado en los genomas virales", dijo. "Parece ser mucho más común de lo que se había pensado anteriormente".

Woyke señaló que a pesar de la cantidad de genomas ensamblados con metagenoma (MAG) reconstruidos a partir de este esfuerzo, el equipo aún no pudo vincular 20,000 proteínas de cápside principales de virus grandes y gigantes a ningún linaje de virus conocido. "Reconstruir genomas de virus gigantes completos, casi completos o parciales reconstruidos a partir de secuencias ambientales sigue siendo un desafío e incluso con este estudio es probable que solo arañemos la superficie de lo que hay allá afuera. Más allá de estos 2,000 MAG extraídos de 8,000 metagenomas, todavía hay mucha diversidad de virus gigantes que nos estamos perdiendo en los diversos ecosistemas. Podemos detectar muchos más MCP de los que podemos extraer MAG, y aún no encajan en el árbol genómico de la diversidad viral ".
"Esperamos que esto cambie no sólo con la disponibilidad de nuevos conjuntos de datos de metagenomas, sino también con la clasificación y secuenciación complementaria de virus de células individuales junto con sus huéspedes unicelulares", agregó Schulz.

 

Fuente: https://jgi.doe.gov/here-there-everywhere-large-giant-viruses-abound-globally/

 

 ETH Zurich es una universidad de ciencia y tecnología cuya creación se remonta al año 1855, pero actualmente se auto-concibe como un centro de innovación y generación de conocimiento basado en  los valores suizos de libertad y responsabilidad individual, espíritu emprendedor y mentalidad abierta. En ETH Zurich, los estudiantes descubren un entorno ideal para el pensamiento independiente y los investigadores un clima que inspira el máximo rendimiento. Situada en el corazón de Europa, pero forjando conexiones en todo el mundo, ETH Zurich es pionera en soluciones efectivas para los desafíos globales de hoy y de mañana.

Un estimado colega nos ha enviado ejemplos del trabajo de investigación de esta universidad plasmados en un artículo de difusión publicado el 3 de enero de 2020 en su boletín digital y escrito por  Samuel Schlaefli. Veamos de qué se trata…

Entre otras muchas cosas, los investigadores de ETH Zurich están buscando nuevos materiales para sentar las bases de estructuras vivas que respondan a su entorno. Su objetivo es crear infraestructuras autosuficientes que puedan controlar su estado e incluso repararse a sí mismos.

Cuando Eleni Chatzi no está ocupada leyendo documentos técnicos sobre puentes vibrantes, infraestructuras inteligentes e ingeniería basada en datos, disfruta sumergirse en novelas de ciencia ficción. "Me gusta reflexionar sobre ideas no convencionales e imaginar un mundo que está por venir", dice Chatzi, profesora de mecánica estructural en ETH Zurich. De hecho, hay un halo de ciencia ficción cuando habla de aplicaciones que su investigación podría llevar algún día. Una de esas visiones futuristas son los puentes que crecen de un puñado de semillas y consisten completamente en material orgánico.

Esta ingeniera civil de 38 años, cuyo cátedra recibió recursos del fondo Albert Lück-Stiftung desde 2010, se especializa en monitoreo de salud estructural. Chatzi diagnostica la salud de presas, puentes, turbinas eólicas, aviones y vehículos utilizando sensores, algoritmos que convierten y procesan señales, y aprendizaje automático. Actualmente, los ingenieros tienen que instalar externamente los sensores necesarios para medir la tensión, la deformación, la aceleración, el viento y la tensión, o incorporar estos dispositivos en el diseño estructural inicial. "Sin embargo, esto suele ser un gasto adicional y un factor disruptivo, especialmente en los sitios de construcción", explica Chatzi. Los equipos tienen que instalar innumerables cables para transmitir los datos medidos a una computadora central para su análisis. "Es por eso que nos gustaría desarrollar infraestructuras y máquinas con inteligencia intrínseca que sean conscientes de su estado incluso sin sensores montados externamente", dice Chatzi.

Hormigón consciente

 

Una clase de materiales sin precedentes proporciona la base para este tipo de infraestructura autoconsciente, y los investigadores de todo el mundo han estado ocupados explorando sus misterios durante los últimos años. Un ejemplo es el hormigón intrínseco auto-sensorial. Mezclado con fibras de carbono, nanotubos de carbono y polvo de níquel, este material controla su estado de forma autónoma para proporcionar información sobre grietas, humedad o cargas inusualmente pesadas. Estos datos se obtienen de la estructura aplicando voltaje y midiendo constantemente la resistencia eléctrica.

Una segunda línea de investigación en materiales con propiedades de autocuración apunta en una dirección similar. El año pasado, en un proyecto inspirado en la fotosíntesis de las plantas, los investigadores estadounidenses presentaron un polímero que puede repararse a sí mismo al reaccionar con dióxido de carbono en el aire circundante. Otros grupos están trabajando con bacterias que forman cal cuando se exponen al agua de lluvia y otra humedad. Agregados al concreto, pueden sellar pequeñas grietas por sí mismos. Se están realizando experimentos con redes microvasculares que liberan fluidos "curativos" cuando ocurre una lesión. Respondiendo como el organismo humano a una herida en la piel, se polimerizan para llenar las fracturas.

Incorporando funciones biológicas

"Estamos viendo una fusión de la ciencia de los materiales y la biología", dice Mark Tibbitt, profesor del Laboratorio de Ingeniería Macromolecular de ETH Zurich. Señala que en el pasado, los ingenieros químicos y otros habían buscado en la naturaleza principalmente la inspiración para imitar propiedades como la capacidad de la flor de loto para repeler el agua. "Hoy, estamos tratando de incorporar funciones biológicas en los materiales".

Estos esfuerzos son impulsados ​​por los avances en la ciencia de los materiales y la biotecnología. La ingeniería del ADN y los nuevos métodos de biología molecular, como la edición del gen CRISPR / Cas, ahora pueden servir para introducir nuevas funciones biológicas en las células con fines muy específicos. La fabricación aditiva con impresoras 3D permite un diseño de material basado en datos de alta resolución. Combinando conceptos de varios campos (ingeniería química, química de polímeros, ciencia de materiales y biología de sistemas), la investigación de Tibbitt tiene como objetivo desarrollar polímeros blandos similares a tejidos para aplicaciones biomédicas.


"Lo fascinante de los organismos vivos es que perciben su entorno, reaccionan a él e incluso se curan a sí mismos cuando se lesionan. Queremos inculcar estas cualidades en materiales e infraestructuras", dice Tibbitt. Él cree que las aplicaciones futuras podrían incluir plantas de interior que limpian el aire y cambian el color de sus hojas para llamar la atención sobre la calidad del aire, y edificios que cambian con las estaciones para mantener un clima interior confortable.

Tibbitt se reunió con Eleni Chatzi hace un año en un evento para explorar vías de investigación radicalmente nuevas. Aunque los dos trabajan en escalas muy diferentes, a menudo hablan de los mismos conceptos. Los temas recurrentes incluyen materiales que pueden "curarse" a sí mismos. Recientemente, comenzaron a fomentar el diálogo entre los investigadores de ETH sobre materiales e infraestructuras de vida, autodetección y autocuración. Científicos de materiales, ingenieros químicos, civiles y eléctricos, biólogos e informáticos se han unido con el objetivo de  desarrollar materiales que funcionen a diferentes escalas desde el principio en lugar de escalarlos en una etapa posterior. "ETH Zurich es el centro perfecto para este ambicioso proyecto porque tiene mucha experiencia en todas las áreas clave", dice Tibbitt. Un taller inicial y un simposio están programados para la primavera de 2020 para que los expertos discutan el asunto. La idea es definir preguntas de investigación y luego lanzar los primeros proyectos transdisciplinarios.


Vivir con ambientes animados.

Esta es una nueva vía de investigación en la que Chatzi y Tibbitt se han embarcado, y en esta etapa hay muchas más preguntas que respuestas. Una gran pregunta es cómo garantizar la seguridad y la estabilidad cuando las infraestructuras desarrollan una vida propia. Otra es la forma en que los humanos y los animales reaccionarán a un entorno diseñado que consiste en organismos vivos. ¿Y qué sucede si un organismo sintético de un nuevo material de construcción se filtra a las aguas circundantes? "Tenemos que pensar en preguntas bioéticas y preocupaciones de seguridad desde el primer día", dice Tibbitt.

 

Tales riesgos también presentan grandes oportunidades: la producción de concreto representa alrededor del ocho por ciento de las emisiones globales de CO2 de la actualidad. Franjas enteras de playas arenosas están siendo sacrificadas por el auge global de la construcción. Muchos vertederos están llenos de escombros de edificios demolidos. Las infraestructuras orgánicas con ciclos de material cerrados, como puentes hechos de fibra vegetal notablemente robusta, ofrecen una alternativa sostenible. Si están dañados, podrían repararse a sí mismos. Al final de su vida útil, podrían simplemente dividirse en componentes compostables individuales.

Fuente:

https://ethz.ch/en/news-and-events/eth-news/news/2020/01/biodegradable-bridges.html

 

 

 

La revolución mundial baja en carbono podría estar en riesgo a menos que se establezcan nuevos acuerdos internacionales y mecanismos de gobernanza para garantizar un suministro sostenible de minerales y metales raros, nos advierte un nuevo estudio académico. Un estimado colega nos comparte el presente artículo escrito por Neil Vowles y publicado el 3 de enero de 2020 en el boletín de noticias de la University of Sussex. Veamos quÉ nos dicen al respecto….

La cantidad de cobalto, cobre, litio, cadmio y elementos de tierras raras necesarios para la fabricación de equipos de energía solar fotovoltaica, baterías, motores de vehículos eléctricos (EV), turbinas eólicas, celdas de combustible y reactores nucleares probablemente crecerá a un ritmo muy rápido en los próximos años. Incluso si se encuentran alternativas para un metal, dependerá de otro, ya que el alcance de las posibilidades está inherentemente limitado por las propiedades físicas y químicas de los elementos.

 

Sin embargo, con los suministros mundiales a menudo fuertemente monopolizados por un sólo país, confrontados por conflictos sociales y ambientales, o concentrados en mercados que funcionan mal, existe una posibilidad real de que la escasez de minerales pueda frenar la necesidad urgente de una rápido incremento  en el uso de las tecnologías para generar niveles bajos de carbono. En algunos casos, los mercados están proporcionando señales engañosas a los inversionistas, lo cual pueden conducir a malas decisiones. En otros casos, los países o regiones que suministran minerales son políticamente inestables.

En un artículo recién publicado en Science  el 3 de enero pasado, un equipo internacional de investigadores ha hecho una serie de recomendaciones para ayudar a gestionar la demanda de tales minerales con tecnología baja en carbono, así como para limitar el daño ambiental y de salud pública de su extracción y procesamiento, respaldar los beneficios sociales y garantizar también que los beneficios se compartan de manera más universal y equitativa.

 

Benjamin K. Sovacool, profesor de Política Energética de la University of Sussex, dijo: "La extracción minera de metales y materiales es la base oculta de la transición baja en carbono, pero desafortunadamente, es demasiado sucia, peligrosa y dañina para continuar su trayectoria actual”.

"Los impactos a la minería alarman legítimamente a muchos activistas ambientales como un gran precio a pagar para salvaguardar un futuro bajo en carbono. Pero a medida que la extracción a través de la minería terrestre se vuelve más desafiante, las reservas terrestres de algunos minerales disminuyen o la resistencia social en algunos países aumentan, incluso las reservas minerales oceánicas o incluso espaciales se convertirán en una fuente plausible ".

Aunque el nuevo estudio no convoca a poner una especial atención para mejorar las condiciones existentes de extracción y procesamiento terrestre de metales, también afirma que hay importantes perspectivas de cobalto y níquel en la plataforma continental dentro de las Zonas Económicas Exclusivas de los estados, así como en las regiones de la plataforma continental exterior.

Dentro de las aguas internacionales, los nódulos metálicos que se encuentran en la vasta zona Clarion-Clipperton del Pacífico, así como en las costras de cobalto y telurio que se encuentran en montañas submarinas de todo el mundo, proporcionan algunos de los depósitos más ricos de metales para tecnologías ecológicas. Pero los minerales en ecosistemas más prístinos y distintivos cerca de respiraderos hidrotermales deberían permanecer fuera de los límites para la extracción de minerales en el futuro previsible, agregan los investigadores.

Morgan Bazilian, profesor y director del Payne Institute for Public Policy en la Colorado School of Mines, dijo: "A medida que cambia el panorama energético global, se está volviendo más intensivo en minerales y metales. Por lo tanto, la sostenibilidad y la seguridad de las cadenas de suministro de materiales es esencial para apoyar la transición energética. La forma en que formemos ese camino tendrá consecuencias importantes para todo, desde el medio ambiente hasta el desarrollo y la geopolítica ".

Los autores del estudio también recomiendan:

 

  • Mejorar y coordinar acuerdos internacionales sobre minería responsable y trazabilidad para establecer tratos justos en el suministro de minerales.
  • Ampliar en gran medida el reciclaje y la reutilización de minerales raros para extender la vida útil de los productos y conservar las reservas.
  • Diversificar la escala de suministro de minerales para incorporar operaciones tanto a pequeña como a gran escala al tiempo que permita a la industria minera tener control sobre los ingresos minerales a través de mecanismos claros y sólidos de distribución de beneficios y acceso a los mercados.
  • Promover la generación de políticas del desarrollo para reconocer el potencial de la minería en áreas de extrema pobreza en lugar de sólo regular el sector por los ingresos fiscales.
  • Estipular una mayor responsabilidad de los productores para los productos que utilizan minerales raros valiosos. Esto puede garantizar la responsabilidad sobre la vida útil de un producto, por ejemplo que al final de la vida útil de los productos pasen de los usuarios o gestores de residuos a los principales productores como podrían ser Apple, Samsung y Toshiba.
  • La seguridad de los materiales de minerales y metales esenciales se deberá incorporar activamente en la planificación climática formal, incluyendo el establecimiento de una lista de "minerales críticos" para la seguridad energética (que ya se ha hecho en cierta medida por la Unión Europea y Estados Unidos).

Saleem Ali, profesor distinguido con el reconocimiento “Blue & Gold” de Energía y Medio Ambiente de la University of Delaware, dijo: "Nuestro análisis tiene como objetivo convencer a los responsables políticos internacionales para que incluyan las preocupaciones sobre el suministro de minerales para las tecnologías verdes en las negociaciones sobre el cambio climático. Necesitamos construir sobre la resolución sobre gobernanza de minerales aprobada en la Asamblea de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente en 2019 y operacionalizar un plan de acción claro sobre seguridad de la cadena de suministro para una transición baja en carbono "

Benoit Nemery, profesor emérito del Center for Environment and Health en KU Leuven, dijo: "No logremos un futuro bajo en carbono a expensas de los mineros y la salud pública".

Archivo de datos: las crecientes demandas esperadas para un futuro descarbonizado

Entre 2015 y 2050, las existencias mundiales de vehículos eléctricos deben pasar de 1,2 millones de turismos ligeros a 965 millones de turismos.

Para el mismo período, la capacidad de almacenamiento de la batería debe subir de 0.5 gigavatios-hora (GWh) a 12,380 GWh, mientras que la cantidad de capacidad fotovoltaica solar instalada debe aumentar de 223 GW a más de 7100 GW.

 

Otro estudio de investigación ha pronosticado aumentos en la demanda de materiales para baterías EV de 87,000%, 1000% para energía eólica y 3000% para células solares y fotovoltaicas entre 2015 y 2060.

 

 

Fuente:

http://www.sussex.ac.uk/broadcast/read/50598

 

 

A unas horas de que finalice la primera década del Siglo XXI, les deseo que el próximo año 2020 venga acompañado de bienestar, pero sobre todo de buena salud. En esta ocasión, un estimado colega, ingeniero químico, nos comparte una interesante noticia lanzada el 21 de diciembre pasado en el boletín digital de la University of Manchester (UM) donde se informa  que un equipo de sus científicos han dado un gran paso para resolver el rompecabezas de cómo lograr una espuma de cerveza perfecta.  Veamos de qué se trata…

El investigador principal, el doctor Richard Campbell, de la Universidad de Manchester, dice que sus hallazgos resuelven un misterio de larga data relacionado con la vida útil de las espumas.

Y esto podría ser útil para el desarrollo de una gama de productos que mejoran la cobertura cremosa de un café con leche, la cabeza en una pinta de cerveza, los champús que usamos todos los días, las espumas contra incendios o incluso las espumas absorbentes de aceite utilizadas para hacer frente a los desastres ambientales.

El científico, cuyo estudio se publicó en la revista Chemical Communications, recurrió al Institut Laue-Langevin” en Francia para obtener una de las fuentes de neutrones más intensas del mundo.

En las instalaciones de investigación, disparó rayos de neutrones a los líquidos utilizados para hacer espumas.

Campebell dijo: "Al igual que cuando vemos que la luz se refleja en un objeto brillante y nuestros cerebros nos ayudan a identificarlo por su apariencia, cuando los neutrones se reflejan en un líquido al que se les dispara, podemos usar una computadora para revelar información crucial sobre su superficie. La diferencia es que la información está en un nivel molecular que no podemos ver con nuestros propios ojos ".

 

Si bien el comportamiento de las espumas hechas de líquidos que contienen solo un aditivo se conoce relativamente bien, las formas de entender el comportamiento de los líquidos que contienen más aditivos como los utilizados en productos reales han sido mucho más difíciles de entender.

El equipo estudió las mezclas que contienen tensioactivo, un compuesto que reduce la tensión superficial, y un polímero, utilizado en champús, para encontrar una nueva forma de entender las muestras que podrían ayudar a los desarrolladores de productos a formular la espuma ideal.

En una aplicación potencial especial, los bebedores de cerveza podrán disfrutar de su bebida favorita con cabeza (giste) que dure hasta el fondo del su vaso de cerveza.

En otro, la tecnología podría mejorar la formulación de detergentes utilizados en lavadoras, donde la producción de espumas no es deseable.

Y también podría usarse para desarrollar productos más efectivos para limpiar nuestros océanos al mejorar la acción de los detergentes para limpieza de manchas de aceite o potencialmente incluso salvar vidas al hacer que la espuma contra incendios sea más efectiva.

El Dr. Campbell dijo: "Durante décadas, los científicos han tratado de controlar de manera confiable la vida útil y la estabilidad de las espumas hechas de líquidos que contienen aditivos mixtos".

"Si bien el comportamiento de las espumas formadas con un solo aditivo se entiende bastante bien. Pero tan pronto cuando se estudiaron mezclas como las que se usan en otros productos que generan espuma, los resultados de los estudios de investigación no lograron dar una imagen coherente".

"Esto es importante, ya que algunos productos se benefician de espumas que son ultraestables y otros de espumas que son muy inestables".

Los científicos abordaron el problema estudiando los bloques de construcción de las burbujas, conocidas como películas de espuma.

Al reflejar los neutrones de sus muestras líquidas, idearon una nueva forma de relacionar la estabilidad de las películas de espuma con la forma en que los aditivos se disponen en la superficie del recubrimiento líquido de las burbujas para proporcionar la estabilidad necesaria para evitar que exploten.

"Las espumas se usan en muchos productos, y los desarrolladores de productos han tratado de mejorarlas durante mucho tiempo para que estén mejor equipadas para la tarea que están diseñadas para abordar", agregó el Dr. Campbell.

"Pero los investigadores simplemente han estado en un camino diferente, pensando en las propiedades generales de la superficie y no en las estructuras creadas cuando las diferentes moléculas se ensamblan en la superficie de las burbujas".

"Fue solo a través del uso de neutrones en una instalación líder en el mundo que fue posible hacer este avance porque solo esta técnica de medición podría decirnos cómo los diferentes aditivos se organizan en la superficie del líquido para proporcionar estabilidad a la película de espuma.

"Hay una serie de instalaciones en el Reino Unido y en toda Europa que producen neutrones, y estas instalaciones de investigación son esenciales para este tipo de trabajo.

"Creemos que este trabajo representa una primera indicación clara de que nuestro nuevo enfoque podría aplicarse a una gama de sistemas para ayudar al desarrollo de productos que puedan tener un impacto en la ciencia de los materiales y el medio ambiente".

 

https://www.manchester.ac.uk/discover/news/cheers-scientists-take-big-step-towards-making-the-perfect-head-of-beer/

 

 

 

En el envío de la semana anterior revisamos el origen del actual plátano de mesa, así como los grandes beneficios que conlleva el comer este maravilloso fruto. Hoy, nuestro amigo ingeniero agrónomo nos comparte un segundo artículo escrito por Lachlan Gilbert sobre estudios realizados por investigadoras de la University of New South Wales (UNSW) quienes proponen una nueva forma de convertir los desechos de las plantaciones de plátanos en material de empaque, el cual no sólo sería biodegradables, sino también reciclable. Veamos de que se trata…

En 29 de noviembre pasado en el boletín digital de la UNSW se publicó una idea que parece un poco descabellada, fabricar bolsas de “plástico” biodegradables hechas de plantas de plátano, lo cual podría resolver dos problemas de desechos industriales en uno. Aquí transcribimos dicho artículo.

La profesora asociada Jayashree Arcot y la profesora Martina Stenzel estaban buscando formas de convertir los desechos agrícolas en algo que pudiera agregar valor a la industria de la que provenía y al mismo tiempo resolver problemas a los productores.

Encontraron que un buen candidato era la industria de cultivo de banano que, según la Dra. Arcot, produce grandes cantidades de desechos orgánicos, pues sólo el 12% de la planta es utilizada (la fruta), mientras que el resto se desecha después de la cosecha.

"Lo que hace que el negocio de cultivo de plátano sea particularmente ineficiente en comparación con otros cultivos de frutas es el hecho de que la planta muere después de cada cosecha", dijo el profesora Arcot, de la Escuela de Ingeniería Química de la  UNSW.

"Estábamos particularmente interesados ​​en los pseudotallos, básicamente el tronco carnoso en capas de la planta, que se corta después de cada cosecha y se descarta principalmente en el campo. Parte se usa para textiles, algunos como composta, pero aparte de eso, todo lo demás es un gran desperdicio ".

Las profesoras Arcot y Stenzel se preguntaron si los pseudotallos serían fuentes valiosas de celulosa, un componente estructural importante de las paredes celulares de las plantas, que podrían usarse en envases, productos de papel, textiles e incluso aplicaciones médicas como la cicatrización de heridas y administración de medicamentos.

 

Utilizando un suministro confiable de material del pseudotallo de las plantas de plátano cultivadas en el Royal Botanic Garden de Sydney, el dúo de investigadoras se puso a trabajar en la extracción de celulosa para probar su idoneidad como alternativa de empaque.

"El contenido del seudotallo es 90% de agua, por lo que el material sólido termina reduciéndose hasta aproximadamente un 10%", dijo la profesora Arcot. "Trajimos el seudotallo al laboratorio y lo cortamos en pedazos, lo secamos a temperaturas muy bajas en un horno de secado y luego lo molimos en un polvo muy fino".

 

La profesora Stenzel continuó:

"Enseguida tomamos este polvo y lo lavamos con un tratamiento químico muy suave. Esto aísla lo que llamamos nanocelulosa, que es un material de alto valor con una amplia gama de aplicaciones. Una de esas aplicaciones que nos interesó mucho fue el empaque, particularmente "envases de alimentos de un sólo uso donde la mayoría termina en el basurero".

Cuando se procesa, el material tiene una consistencia similar al papel de hornear.

 

La profesora Arcot dijo que dependiendo del grosor deseado, el material podría usarse en varios formatos diferentes en el empaque de alimentos. "Hay algunas opciones en este momento, podríamos hacer una bolsa de compras, por ejemplo", dijo.

"O dependiendo de cómo vertimos el material y de cuán grueso lo hagamos, podríamos hacer las bandejas que se usan para la carne y la fruta. Excepto, por supuesto, en lugar de ser espuma, es un material que no es tóxico, es biodegradable y reciclable ".

La profesora asociada Arcot dijo que ella y la profesora Stenzel han confirmado en diferentes pruebas que el material se descompone orgánicamente después de poner “películas” del material de celulosa en el suelo durante seis meses. Los resultados mostraron que las láminas de celulosa estaban en camino de desintegrarse en las muestras de suelo.

"El material también es reciclable. Uno de nuestros estudiantes de doctorado demostró que podemos reciclar esto tres veces sin ningún cambio en las propiedades", dijo la profesora Arcot.

Las pruebas con alimentos han demostrado que no presenta riesgos de contaminación.

"Probamos el material con muestras de alimentos para ver si había alguna filtración en las células", dijo el profesor Stenzel. "No vimos nada de eso. También lo probé en células de mamíferos, células cancerosas, células T y no es tóxico para ellos. Entonces, si las células T son felices, porque generalmente son sensibles a cualquier cosa eso es tóxico, entonces quiere decir que es muy benigno ".

Otros usos de los desechos agrícolas que el dúo ha analizado son la industria del algodón y la industria del cultivo de arroz: han extraído celulosa de los desechos de algodón recolectados de las desmotadoras de algodón y las cáscaras de arroz.

"En teoría, puedes obtener nanocelulosa de cada planta, es sólo que algunas plantas son mejores que otras porque tienen un mayor contenido de celulosa", dijo la profesora Stenzel.

"Lo que hace que las plantas de plátano sean tan atractivas, además de la calidad del contenido de celulosa, es el hecho de que son una planta anual", agregó la profesora Arcot.

Las investigadores dicen que para que el pseudotallo de plátano sea una alternativa realista para la fabricación de bolsas de plástico y el envasado de alimentos, tendría sentido que la industria del plátano comience el procesamiento de los seudotallo en polvo que luego podrían vender a los proveedores de envases.

"Si esta industria pudiera unirse, y les dicen a sus agricultores o productores que hay un gran valor en el uso de esos pseudotallos para convertirlos en un polvo que luego podrían vender, esa sería una opción excelente para ellos y para nosotros ", dijo la profesora Arcot.

Y en el otro extremo de la cadena de suministro, si los fabricantes de envases actualizan sus máquinas para poder fabricar la película de nanocelulosa en bolsas y otros materiales de envasado de alimentos, entonces los pseudoartículos de plátano tendrían una posibilidad real de hacer que el envasado de alimentos sea mucho más sustentable.

"Lo que realmente queremos en esta etapa es un socio de la industria que pueda analizar cómo podría mejorarse esto y cuán barato podemos hacerlo", dijo el profesor Stenzel.

 

La profesora Arcot estuvo de acuerdo. "Creo que las compañías de embalaje estarían más dispuestas a probar este material si supieran que el material está disponible de inmediato".

 

Fuente:

https://newsroom.unsw.edu.au/news/science-tech/packaging-made-banana-plants-peeling-alternative

 

Lunes, 16 Diciembre 2019 05:23

Los plátanos, con larga historia

Desde hace seis mil años, los pobladores prehistóricos iniciaron la difusión de ese fruto en todo el mundo.

El Dióxido de Nitrógeno (NO2), que está formado por nitrógeno y oxígeno, es un gas tóxico, irritante y precursor de la formación de partículas de nitrato. Estas llevan a la producción de ácido y elevados niveles de finas partículas (PM-2.5) en el ambiente. Afecta principalmente al sistema respiratorio. Este compuesto químico de color marrón-amarillento se genera como subproducto en los procesos de combustión a altas temperaturas, tales como en los vehículos motorizados y las plantas eléctricas. Por ello es un contaminante muy frecuente en zonas urbanas.

Un equipo internacional de científicos, dirigido por la University of Manchester (UM), ha desarrollado un marco de metal orgánico, o MOF, material que proporciona una capacidad selectiva, totalmente reversible y repetible para capturar dióxido de nitrógeno. Esta información nos la envía para compartir un colega, ingeniero químico, en un artículo escrito por Paul L Boisvert y publicado en el boletín digital del Oak Ridge National Laboratory (ORNL).

El material solo requiere agua y aire para convertir el gas capturado en ácido nítrico para uso industrial. El mecanismo para la absorción de gas en tiempo récord por parte del MOF, caracterizado por investigadores que utilizan la dispersión de neutrones en el ORNL del Departamento de Energía de EUA, podría conducir a tecnologías de control y remediación de la contaminación del aire que eliminen de manera rentable el contaminante del aire y lo conviertan en ácido nítrico para su uso en la producción de fertilizantes, propulsores de cohetes, nylon y otros productos.

Como se informó en Nature Chemistry, el material, denominado MFM-520, puede capturar dióxido de nitrógeno atmosférico a presiones y temperaturas ambientales, incluso a bajas concentraciones y durante el flujo, en presencia de humedad, dióxido de azufre y dióxido de carbono. A pesar de la naturaleza altamente reactiva del contaminante, el MFM-520 demostró ser capaz de regenerarse por completo varias veces por desgasificación o por tratamiento con agua del aire, un proceso que también convierte el dióxido de nitrógeno en ácido nítrico.

"Hasta donde sabemos, este es el primer MOF que captura y convierte un contaminante tóxico y gaseoso del aire en un producto industrial útil", dijo Sihai Yang, uno de los autores principales del estudio y profesor titular en el Departamento de Química de UM. "También es interesante que la tasa más alta de absorción de NO2 por este material se produce a alrededor de 113 grados Fahrenheit (45 grados centígrados), la cual es la temperatura de tienen regularmente los gases de escape de los automóviles".

 

Martin Schröder, autor principal del estudio, profesor de química y vicepresidente de la UM, dijo: "El mercado mundial de ácido nítrico en 2016 fue de $ 2.5 mil millones de dólares (USD), por lo que existe un gran potencial para los fabricantes de esta tecnología MOF para recuperar sus costos y beneficiarse de la producción resultante de ácido nítrico. Especialmente porque los únicos aditivos requeridos son agua y aire ".

Como parte de la investigación, los científicos utilizaron espectroscopía de neutrones y técnicas computacionales en ORNL para caracterizar con precisión cómo MFM-520 captura moléculas de dióxido de nitrógeno.

"Este proyecto es un excelente ejemplo del uso de la ciencia de neutrones para estudiar la estructura y la actividad de las moléculas dentro de los materiales porosos", dijo Timmy Ramirez-Cuesta, coautor y coordinador de la iniciativa de química y catálisis en la Dirección de Ciencias de Neutrones de ORNL. "Gracias al poder de penetración de los neutrones, rastreamos cómo las moléculas de dióxido de nitrógeno se organizaron y se movieron dentro de los poros del material, y estudiamos los efectos que tenían en toda la estructura MOF. Lo que hizo posible estas observaciones es el espectrómetro vibratorio VISION en ORNL Spallation Neutron Source, que tiene la mayor sensibilidad y resolución de este tipo en el mundo ".

 

La capacidad de los neutrones para penetrar en el metal sólido para sondear las interacciones entre las moléculas de dióxido de nitrógeno y MFM-520 está ayudando a los investigadores a validar un modelo informático de procesos de conversión y separación de gases MOF. Tal modelo podría ayudar a predecir cómo producir y adaptar otros materiales para capturar una variedad de gases diferentes.

"La espectroscopía vibracional de neutrones es una herramienta única para estudiar los mecanismos de adsorción y reacción e interacciones huésped-huésped a nivel molecular, especialmente cuando se combina con la simulación por computadora", dijo Yongqiang Cheng, científico y coautor de dispersión de neutrones ORNL. "La interacción entre las moléculas de dióxido de nitrógeno y MOF causa cambios extremadamente pequeños en su comportamiento vibratorio. Tales cambios solo pueden reconocerse cuando el modelo de computadora los predice con precisión".

"La caracterización del mecanismo responsable de la alta y rápida absorción de NO2 informará los diseños futuros de materiales mejorados para capturar contaminantes del aire", dijo Jiangnan Li, primer autor y estudiante de doctorado en la Universidad de Manchester. "El tratamiento posterior del dióxido de nitrógeno capturado evita la necesidad de secuestrar o procesar el gas y proporciona una dirección futura para las tecnologías de aire limpio".

La captura de gases de efecto invernadero y tóxicos de la atmósfera ha sido un desafío debido a sus concentraciones relativamente bajas y porque el agua en el aire compite y a menudo puede afectar negativamente la separación de las moléculas de gas objetivo de otros gases. Otro problema fue encontrar una forma práctica de filtrar y convertir los gases capturados en productos útiles y de valor agregado. El material MFM-520 MOF ofrece soluciones a muchos de estos desafíos.

Otros coautores del artículo, titulado "Captura de dióxido de nitrógeno y conversión a ácido nítrico en un marco de metal orgánico poroso", incluyen Xue Han, Xinran Zhang, Alena M. Sheveleva, Floriana Tuna, Eric JL Mcinnes, Laura J. McCormick McPherson, Simon J. Teat y Luke L. Daemen.

 

Fuente:

https://neutrons.ornl.gov/content/new-material-captures-and-converts-toxic-air-pollutant-industrial-chemical

 

 

 

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