Revista cientifica tritium (junio 2013)

Fecha de publicación: 24/5/2013 Primera edición

El Grafeno: El material del futuro El grafeno es una sustancia formada por carbono puro, con átomos dispuestos en un patrón regular hexagonal similar al grafito y enlaces covalentes.

El Premio Nobel de Física de 2010 se les otorgó a Andre Geim y a Konstantin Novoselov por desarrollar este material.

-CIENCIAS DE LA VIDA: Clonación reproductiva, Reprogramación celular, Trasplante de medula ósea.

-TECNOLOGIA: Impresora 3D, El Grafeno.

-FISICA: Reactor nuclear de fusión, Introducción a la física cuántica, Bosón de higgs.

ALGUNAS FOTOS DEL REACTOR NUCLEAR DE FUSION:

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Reprogramación Celular, Vía de Doble Sentido Este año, Shinya Yamanaka, de Japón, y John B. Gurdon, de Reino Unido, han recibido conjuntamente el Premio Nobel de Medicina y Fisiología de 2012 por sus trabajos sobre la reprogramación celular.

Gracias a las investigaciones de los galardonados científicos, es posible rebobinar la maduración de las células adultas para devolverles su capacidad pluripotencial, una revolución conceptual en la biología celular y en la investigación del desarrollo del organismo que ha permitido el desarrollo de nuevos modelos de estudio de enfermedades.

Punto de Partida Concretamente, el principio de esta historia comienza con John B. Gurdon, que fue el primero en desafiar el dogma vigente por el que una célula especializada estaba irreversiblemente destinada a cumplir su función. Así, planteó la hipótesis de que el genoma del núcleo celular podría contener la información necesaria para dirigir a cada célula hacia un nuevo destino, es decir, a convertirse en cualquier tipo de célula del organismo. Finalmente, para corroborarlo publicó sus experimentos realizados con ranas en 1962, curiosamente el mismo año que nacería Shinya Yamanaka, en la revista The Journal of Embryology and Experimental Morphology.

En este trabajo demostraba que podía reemplazar el núcleo celular de un óvulo de una rana adulta por el núcleo de una célula madura del intestino de un renacuajo. El óvulo terminó desarrollando un renacuajo clonado y perfectamente funcional; y en subsiguientes repeticiones del experimento se obtuvieron ranas adultas. Por lo tanto, con el proyecto de Gurdon quedó demostrado que el núcleo de las células maduras no perdía su capacidad para desarrollar 1 un organismo funcional.

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Además, el descubrimiento sirvió también para la investigación en la clonación, haciendo así posible, el nacimiento de la oveja Dolly, el primer mamífero clonado de la historia. Sin embargo, este campo de trabajo aun no respondía a la cuestión clave: ¿podía una célula madura recuperar su estado de pluripotencialidad?

Cuarenta años más tarde, el traumatólogo japonés Shinya Yamanaka probaba que sí se podía. Demostró que tan sólo con cuatro factores de transcripción, a los que denominó el cóctel de genes reprogramadores, bastaba para convertir los fibroblastos adultos murinos en células inmaduras, como las embrionarias. Nacían así las células madre pluripotenciales inducidas (iPS), las cuales marcaron un hito en biomedicina.

Yamanaka recordaba cómo desarrollaron el proyecto: “En primer lugar, nos preguntamos por qué un embrión normal tiene la capacidad de convertirse en cualquier tejido del organismo, y finalmente llegamos a la conclusión de que esta capacidad tenía que estar regulada por algunos genes, y así, empezamos a buscar genes candidatos. Probamos durante más de cinco años los 24 genes candidatos uno a uno, pero no lográbamos nada. Entonces, un colaborador mío decidió trabajar con los 24 a la vez e ir quitándolos, hasta que llegamos a los cuatro factores determinantes con los que conseguimos las iPS. Fue un golpe de suerte", reconocía.

Fruto del Trabajo en Equipo y Aplicaciones Considerados en conjunto, los hallazgos de Yamanaka y Gurdon han demostrado que las células especializadas pueden atrasar el reloj del desarrollo, y que aunque sus genomas se someten a modificaciones durante éste, estos cambios no son irreversibles. Por lo tanto, sus estudios revelan que cualquier célula de nuestro organismo, adulta o embrionaria, tiene la capacidad genética de generar cualquier otra célula de nuestro organismo.

Otra de las grandes ventajas de las células iPS es que pueden prepararse a partir de células humanas. Por ejemplo, las células epiteliales pueden obtenerse a partir de pacientes con distintas patologías, y después ser reprogramadas y examinadas para determinar cómo difieren de las células de individuos sanos. Tales células constituyen un modelo para entender los mecanismos de las enfermedades y, de esta manera, proporcionar nuevas oportunidades para desarrollar terapias médicas.

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Clonación reproductiva Gracias a la biotecnología actual se pueden crear clones de animales mediante la clonación reproductiva.

Esta técnica consiste en eliminar el núcleo de un óvulo de un animal donante y reemplazarlo por el núcleo de una célula somática procedente del animal que se quiere clonar, un método denominado trasplante nuclear. Así, se crea un embrión ‘artificial’ que posteriormente se implanta en el útero de una hembra de la misma especie para que finalice el desarrollo embrionario.

En 1996, un grupo de científicos escoceses logró, tras 277 intentos fallidos, clonar el primer mamífero a partir de una célula adulta, la famosa oveja Dolly.

Desde ese momento, se ha demostrado la clonación de diversos mamíferos, como ratones, gatos, vacas, caballos, etc.

Sin embargo, sólo es cuestión de tiempo y dinero el que pueda ser aplicada a humanos. Esta perspectiva ha despertado fascinación y temor en la opinión pública. Puede llegar a convertirse en realidad el mito de Frankestein? La clonación fue rechazada por la Unesco en 1987. En 1997 19 países europeos, incluido España, firmaron la Convención de Asturias de Bioética, que la prohíbe. ¿Es ético utilizar embriones humanos, destruyéndolos en muchos casos, aunque su finalidad sea terapéutica? ¿Deberían los gobiernos prohibir la clonación humana?

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Fábrica de células en Granada El Hospital Virgen de las Nieves de Granada acoge un laboratorio en el que se ensayan los implantes de córneas artificiales y cómo evitar el rechazo en los trasplantes de médula ósea Siete personas, entre médicos, farmacéuticos, bioquímicos y técnicos, forman el equipo de investigadores.

Desde enero tiene también autorizada la fabricación de tejido artificial, la córnea, a través de un proceso de bioingeniería. De una córnea de donante cadáver se extraen dos tipos celulares, se congelan para los controles de calidad y posteriormente se cultivan en una matriz para construir el tejido artificial.

En la sala blanca, se preparan estos particulares fármacos para congelarlos y cuando salen al exterior ya están herméticos. .

Entonces, se criogenizan a menos 170 grados centígrados en nitrógeno líquido, lo que permite que se utilicenLa entrada cuando a un un se utilicen cuando un enfermo grave lo requiera. enfermo grave La lo laboratorio farmacéutico siempre exige controles de seguridad. entrada a una sala blanca, donde se trabaja con requiera. células vivas y se crean tejidos artificiales, es mucho más restrictiva.

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El Camarón pistola La familia de crustáceos Alpheidae presenta alrededor de 600 especies y cerca de 40 géneros y rivalizan con algunos cetáceos como una de las fuentes más importante de ruido animal en los mares. No es que sean unos alborotadores, pero gustan de chasquear sus pinzas para cazar y comunicarse entre sí. Tal es el caso que cuando viven en colonias pueden llegar incluso a A interferir en los sonars.

Pero lo interesante de estos camarones no es el ruido que hacen sino las burbujas que producen al chasquear sus pinzas y con las que cazan…

Pues sí, consiguen su cena a base de disparar a sus presas. Por eso se les llama camarones pistola. Pero ojo, no son burbujas normales.

Aquí van algunos datos: - La presión acústica en su interior es de 80 kPa - Viajan a una velocidad de 97 km/h - Durante un periodo ínfimo de tiempo alcanzan la temperatura de 4700 º C.

Glaucus atlanticus es una especie de babosa marina pelágica. El tamaño normal de esta especie varía entre 3 y 4 cm de largo.

A pesar de su belleza esta bonita y mal considerada como inofensiva babosa depreda otros organismos pelágicos de mayor tamaño, como la altamente venenosa Carabela portuguesa, e incluso en algunos casos los glaucos pueden volverse caníbales cuando se presta la oportunidad.

Supongo que esto os habrá llamado la atención. Y no es de extrañar ya que esos valores se acercan a los 5500 º C del Sol. Estas temperaturas se alcanzan gracias a que colapsa la burbuja mediante un fenómeno conocido como cavitación. No es visible a nuestros ojos pero también se llega a producir lo que se conoce como sonoluminiscencia. Que viene a ser lo siguiente: “emisión de breves ráfagas de luz por implosión de burbujas de aire en un líquido al ser excitadas por sonido”. Estos bichitos juntos con las galeras (o camarón mantis) son los únicos que producen sonoluminiscencia mediante la cavitación.

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Impresión 3D: Producción a Medida Enorme potencial en los próximos 30 años La Impresión 3D a veces se llama la producción de aditivos. Es distinto de la producción industrial tradicional. La impresión 3D se logra mediante el posicionamiento de capa tras capa de material. El software de la computadora controla el proceso, dando órdenes a la impresora 3D para crear un producto.

En este momento parece que la impresión 3D podría convertirse en la tecnología de producción del siglo 21.

Es una tecnología relativamente nueva y muchos expertos esperan que la impresión 3D sea cada vez mejor, más barata y más versátil, como hemos visto suceder otras tecnologías.

Hoy en con día esta tecnología usa Hoy en día esta principalente tecnología usa polímeros para principalmente su polímeros para funcionamiensu to, pero en el funcionamienfuturo podemos to, pero en el esperar todo futuro podemos tipo de esperar todo materiales. tipo de materiales.

Sabias que…

La fibra óptica es un conductor que transporta señales sobre la base de la transmisión de luz; se compone frecuentemente de filamentos de vidrio, muy delgados y flexibles, cuyo grosor es similar al de un cabello humano.

En el interior de una fibra óptica, la luz se va reflejando contra las paredes en ángulos muy abiertos, reflejándose y propagándose.

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El Grafeno: El material del futuro El grafeno es una sustancia formada por carbono puro, con átomos dispuestos en un patrón regular hexagonal similar al grafito y enlaces covalentes.

El Premio Nobel de Física de 2010 se les otorgó a Andre Geim y a Konstantin Novoselov por desarrollar este material.

Las propiedades del grafeno son ideales para utilizarlo como componente de circuitos integrados. Está dotado de alta movilidad de portadores, así como de bajo nivel de ruido.

El grafeno carece de una banda de resistividad, propiedad esencial que le es inherente al silicio. Eso implica que el grafeno no puede dejar de conducir electricidad: no se puede apagar.

El grafeno es un material completamente nuevo, no sólo es el material más delgado jamás obtenido sino también el más fuerte. El Grafeno conduce la electricidad tan bien como el cobre y como conductor de calor.

Utilidades del Grafeno: • En informática, para hacer ordenadores mucho más rápidos que los actuales y discos duros que almacenen mil veces más información y con el mismo tamaño.

• En energía, el papel de oxido de grafeno y para las baterías que revolucionara el mundo de la energía renovable.

• En aeronáutica, cambiara el mundo de los motores de combustión de los aviones.

• En blindaje, al ser el material más duro del mundo podría utilizarse para construir las armas del gobierno.

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Propiedades destacadas •

Es muy flexible.

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Es transparente.

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Auto-enfriamiento.

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Conductividad térmica y eléctrica altas.

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Elasticidad y dureza elevadas.

• Muy alta dureza: 200 veces mayor que la del acero, casi igual a la del diamante.

• Reacción química con otras sustancias para producir compuestos de diferentes propiedades. Esto lo dota de gran potencial de desarrollo.

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Gran ligereza, como la fibra de carbono, pero más flexible.

• Menor efecto Joule: se calienta menos al conducir los electrones.

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Generación de electricidad al ser alcanzado por la luz.

• Se puede dopar introduciendo impurezas para cambiar su comportamiento primigenio de tal manera que se pueda hacer que no repela el agua o que incluso mejore todavía más la conductividad.

• Cuando una lámina de grafeno recibe algún daño que quiebra su estructura produciendo un agujero consigue atraer átomos de carbono situados en las proximidades para así reparar los huecos (se auto-repara).

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FÍSICA Reactor de Fusión Nuclear La fusión nuclear es una reacción nuclear en la que dos núcleos de átomos ligeros, en general el hidrógeno y sus isótopos (deuterio y tritio), se unen para formar otro núcleo más pesado, liberando una gran cantidad de energía.

Un ejemplo claro lo vemos en la energía solar que se obtiene gracias a la fusión de núcleos de hidrógeno, dando lugar a helio y liberando energía.

Sin embrago, para reproducir una fusión artificial a pequeña escala en la Tierra, en lugar de hidrogeno, como combustibles se utilizan deuterio y tritio, dado que, para fusionarse, estos dos isótopos del hidrógeno necesitan menor energía calorífica que la utilizada por las estrellas.

 El Deuterio. Con el contenido de deuterio existente en el agua del mar (34 gramos por metro cúbico) es posible obtener una fuente de combustible inagotable para emplear en la fusión nuclear.  El Tritio es radiactivo y aunque es escaso en la naturaleza, puede ser generado por reacciones de choque de neutrones contra isótopos del Litio, un material abundante en la corteza terrestre y en el agua del mar.

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El Objetivo y el Rendimiento El objetivo principal de la energía nuclear de fusión es conseguir energía a partir del plasma calentándolo a unas temperaturas muy altas que después calentaran agua que será transportada a unas turbinas donde unos generadores transformaran en energía el vapor de agua. Pero para que esto se lleve a cabo hace falta que la reacción de fisión producida en el reactor se lleve a cabo durante más de 5 segundos ya que la energía que se necesita para calentar el plasma y mantenerlo es mucha y la energía generada seria menor para que salga rentable tendría que alcanzarse más temperatura y más tiempo de la reacción y eso es lo que se está estudiando actualmente.

El futuro de los actuales reactores de fusión es el ITER, en el que está colaborando toda la unión europea, que será el reactor de fisión más grande del mundo en el cual se espera conseguir mayores temperaturas con el plasma y que la reacción dure mucho más.

Requisitos para el Funcionamiento de la Fusión Nuclear Para efectuar una reacción de fusión entre dos átomos hay que superar la fuerza de repulsión mutua que ejercen los dos núcleos de misma carga. Para ello, además de hacer chocar los dos átomos a una grandísima velocidad, se deben cumplir los siguientes requisitos:  Temperatura muy elevada. La temperatura del reactor se eleva a unos 150 millones de grados provocando así que los átomos se muevan a una velocidad tal que se de la separación de núcleos y electrones, dejando así de estar unidos por la fuerza eléctrica que los unía. A tal condición de la materia se le denomina plasma, que es una masa gaseosa compuesta por electrones libres y átomos altamente ionizados.

Densidad muy elevada. La densidad del plasma debe ser lo suficientemente alta para que los núcleos estén cerca unos de otros y puedan dar lugar a las reacciones de fusión.

Confinamiento de la energía. Consiste en mantener el plasma a elevada densidad y temperatura durante un tiempo mínimo requerido para que tenga lugar la fusión de átomos, lo cual se puede conseguir mediante tres métodos distintos

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FÍSICA CUÁNTICA Últimamente se ha puesto de moda hablar de esta rama de la física y con razón, ya que explica cosas realmente interesantes, pero para entenderlas, primero tenemos que olvidarnos del sentido común y después conocer qué es la física cuántica. Muy sencillo, es el conjunto de teorías que explican el comportamiento de las partículas subatómicas (electrones, quarks, neutrinos…). Una de ellas, seguramente la más famosa es la “ teoría de superposición de estados” y aquí hay que saber que el estado de una partícula puede ser la velocidad, la posición (que curiosamente no podemos saber las dos simultáneamente, pero ese es otro tema), etc. Pues esta teoría nos dice, en palabras simpes, que un problema complejo, lo podemos dividir en sub-apartados más sencillos, y que la suma de los resultados, será el resultado del problema principal. Esto mismo, dicho con palabras cuánticas la posición de un electrón en un instante es la suma de las posibles ubicaciones en ese mismo instante, y por lo tanto se encuentra en dos o más sitios simultáneamente. Curioso, ¿verdad?

Cuando se introdujo la teoría en la comunidad científica provoco la aparición de nuevas incógnitas: ¿Y esta teoría, afectara también a partículas más grandes, o incluso a personas?

Como bien he querido señalar, solo funciona en partículas subatómicas, y os preguntareis por qué. Veréis que es lo que pasa si hacemos un pequeño experimento con nuestro gato aplicando la teoría de superposición. El experimento es una adaptación del original, que lo diseño Schrödinger y veréis las paradojas y dudas que crea: “Metemos a un gato dentro de una caja opaca, que no se vea nada del interior. Dentro,

junto al gato, colocamos un frasco con veneno con un 50% de que se rompa en un minuto y mate al gato, o de que no pase nada y el gato viva.”

En este experimento, cuando pase un minuto habrá dos opciones, que el frasco se haya roto y el gato esté muerto, o que siga intacto y el gato siga vivo. Para averiguar qué opción, o mejor dicho “estado” se ha dado, tendríamos que abrir la caja y mirar dentro, pero mientras, según nos dice el principio de superposición de estados, que el gato está vivo y muerto a la vez, hasta que mire dentro de la caja, por supuesto. En resumen, Que pasado el minuto, mientras yo no mire, los dos estados se dan simultáneamente (vivo y muerto) y cuando miro, hay “algo” que hace que o bien esté vivo, o bien muerto, es decir, que elija cual de las dos se da. Ya os deberíais estar preguntándoos que es ese algo que decide que el gato viva o muera, simplemente con mirar dentro de la caja, sin tocar el frasco de veneno. Es más, y si os digo que la opción de que este vivo, y la opción de que este muerto son simultaneas en el tiempo, pero en universos paralelos, y que al mirar dentro de la caja el universo se colapsa y cancela una de las opciones para que solamente se dé una de las opciones. Pero la cosa no se queda aquí, ¿no es verdad de que nosotros tenemos la opción de abrir la caja y la opción de no abrirla? Ahora somos nosotros quienes estaríamos en superposición hasta que alguien o ese mismo algo del gato nos forzara a abrir la caja o a no abrirla. ¿Es que estamos siendo observados, como el gato?

Ahora entendéis por qué la física cuántica afecta solo a las partículas subatómicas y no a objetos macroscópicos como nosotros o el gato. Esto solo ha sido una breve introducción en la que solo he querido hablar de la superposición, y para acabar una pregunta personal, ¿Qué es lo que decide a partir de que tamaño afecta la física cuántica, es que no somos lo suficientemente pequeños en el universo?

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El CERN confirma el descubrimiento del bosón de Higgs La Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN) ha confirmado hoy el descubrimiento del bosón de Higgs, una partícula subatmómica popularmente conocida como "partícula de Dios" que resulta esencial para entender el mundo que nos rodea. ¿Qué es el campo de Higgs?

Para explicar por qué unas partículas tienen masa y otras no, el físico británico Peter Higgs postuló un mecanismo que se conoce como el "campo de Higgs". Al igual que el fotón es el componente fundamental de la luz, el campo de Higgs requiere la existencia de una partícula que lo componga, que los físicos llaman "bosón de Higgs". El campo de Higgs sería una especie de continuo que se extiende por todo el espacio, formado por un incontable número de bosones de Higgs.

Para ello se construyó, con un coste de unos 4.000 millones de euros una máquina enorme (el LHC). Es el mayor y más potente acelerador de partículas del mundo que opera la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN) en la frontera entre Francia y suiza. En el interior del anillo del acelerador del CERN colisionan protones entre sí a una velocidad cercana a la de la luz. No obstante, el bosón de Higgs no se puede detectar directamente, ya que una vez que se produce se desintegra casi instantáneamente.

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Maquetación

• Gustavo Pérez

Redactores

• Lucas Martín • Enrique Vañó • David Blanco • Carlos Verde • Oscar Losa

Coordinadores

• Pedro Pardo • Lucas Martín

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