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04 junio 2020

¡Bienvenidos al nanomundo! (Charla)

Tuve la inmensa suerte de que me invitaran a dar la ponencia científica de las IV Jornades Científiques (virtuals) del Cicle de Laboratori Clínic i Biomèdic de Jesuïtes - el Clot. Fue una experiencia chulísima el profundizar en la temática escogida por mí (la nanomedicina), aprender a grabarme con el programa OBS Studio (¡gracias Saül Pascual!) y responder las inteligentes preguntas de los asistentes. Desde aquí me gustaría dar las gracias a los organizadores, especialmente a Tresa :)

Aunque en prácticamente todas las diapositivas he incluido las referencias, hay un par que se me han escapado o que merecen dedicarles un poco de espacio. Mi libro de cabecera para preparar esta charla ha sido El nanomundo en tus manos de José Ángel Martín-Gago, Carlos Briones, Elena Casero y Pedro A. Serena (¡muy recomendable!).

´Vía

También me gustaría confesar que "he robado" sin dar crédito una imagen de la genial charla de Carlos Briones en Naukas Bilbao 2014, El tamaño sí que importa... sobre todo en el nanomundo. Hela aquí:



Es necesario mencionar que mucho del contenido de la charla se debe a mi estancia en el grupo Nanomol del ICMAB-CSIC donde durante muchos años he hecho mi tesis doctoral. Vayan por delante mis agradecimientos.

A continuación incluyo todas las referencias que aparecen en la charla, para facilitar su búsqueda y lectura. Y antes de incluir el enlace del vídeo, me gustaría decir que hay muchos errores, incorrecciones y seguramente herejías que se deben a mí únicamente. Pido disculpas por adelantado.

Y ahora sí, creo que no me dejo nada... Espero vuestras críticas y que lo disfrutéis tanto como yo haciéndolo :D


Referencias

Bueno, D. (2020). Peptide functionalized nanoliposomes for biomolecule intracellular delivery , prepared using compressed CO2. (Mola autocitarse, ¿a qué sí xD)

Campaña, A. L., Florez, S. L., Noguera, M. J., Fuentes, O. P., Puentes, P. R., Cruz, J. C., & Osma, J. F. (2019). Enzyme-Based Electrochemical Biosensors for Microfluidic Platforms to Detect Pharmaceutical Residues in Wastewater. https://doi.org/10.3390/bios9010041

Ferrer Tasies, L. P. (2016). Cholesterol and compressed CO2: a smart molecular building block and advantageous solvent to prepare stable self-assembled colloidal nanostructures. TDX (Tesis Doctorals en Xarxa). Retrieved from http://www.tdx.cat/handle/10803/384637%0Ahttp://www.tesisenred.net/handle/10803/384637?locale-attribute=es

Kreuter, J. (2007, February 22). Nanoparticles-a historical perspective. International Journal of Pharmaceutics. https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2006.10.021


Krukemeyer, M., Krenn, V., Huebner, F., Wagner W, & R, R. (2015). History and Possible Uses of Nanomedicine Based on Nanoparticles and Nanotechnological Progress. J Nanomed Nanotechnol, 6(6), 336. https://doi.org/10.4172/2157-7439.1000336

Lacroix, L., & Carrey, J. (2008). A frequency-adjustable electromagnet for hyperthermia measurements on magnetic nanoparticles. The Review of Scientific Instruments, (October). https://doi.org/10.1063/1.2972172

Martín-Gago JA, Briones C, Casero E. y Serena P.A., El nanomundo en tus manos, Editorial Crítica 2014.

Molina, A. A., Angel Méndez-Rojas, M., Angulo-Molina, A., & Aguilera-Portillo, G. (2016). Nanomedicine: Small Steps, Big Effects. In B. I. Khariso, O. V. Kharissova, & U. Ortiz-Mendez (Eds.), CRC Concise Encyclopedia of Nanotechnology (1st ed.). CRC press. Retrieved from https://www.researchgate.net/publication/287998133

Neuwelt, E. A., Várallyay, P., Bagó, A. G., Muldoon, L. L., Nesbit, G., Nixon, R., Neuropathology, R. N. (2004). Imaging of iron oxide nanoparticles by MR and light microscopy in patients with malignant brain tumours, 456–471. https://doi.org/10.1111/j.1365-2990.2004.00557.x

Pérez, E., Martinez, M., Veciana, J., Ratera, I., & Guasch, J. (2018). Artificial 3D Culture Systems for T Cell Expansion. Nano Today. https://doi.org/10.1021/acsomega.8b00521

Soares, S., Sousa, J., Pais, A., & Vitorino, C. (2018). Nanomedicine: Principles, properties, and regulatory issues. Frontiers in Chemistry, 6(AUG), 1–15. https://doi.org/10.3389/fchem.2018.00360

Zhang, L., & Webster, T. J. (2009). Nanotechnology and nanomaterials : Promises for improved tissue regeneration, 66–80. https://doi.org/10.1016/j.nantod.2008.10.014


05 diciembre 2012

Pintando con Química

Me parece que ya deberían tener claro que todo es química, pero quizá no es algo que se piense cuando estás comiendo, cocinando, utilizando el coche o el transporte público o la bici (¿eso solo lo hacemos los quimiófilos frikis?). Por si acaso hoy quiero hablaros de la química de la pintura: no sé si os ha tocado decorar la habitación, sois de profesión pintor de brocha gorda, o en fin, os ha tocado ir a comprar un bote de pintura alguna vez. Habitualmente se trata de un líquido cuyo color se estipula por medio de un código de números, pero ¿es en realidad eso? Fíjate en la imagen:
Como se puede observar en la parte de la izquierda, la pintura está formada a base de granulado, que luego se dispersa en un disolvente para obtener el producto que se puede comprar en las tiendas. Es decir, si recuerda las clases de Química del instituto, tenemos una mezcla en forma de dispersión coloidal, es decir, un sistema fisicoquímico formado por dos fases. En la parte de abajo a la derecha tenemos las propiedades que exigimos de la pintura.

El problema de las pinturas es que contienen compuestos tóxicos para el ser humano y el medio ambiente, y aquí es donde vuelve a entrar en acción la química, aportando soluciones. Se puede intentar sustituir el disolvente, que suele ser orgánico (de química orgánica) por agua, es decir, fabricar pinturas en base acuosa. El inconveniente es que entonces, tienen una aplicación limitada porque solo vale para un determinado tipo de resinas (compuestos orgánicos que forman el granulado). 

Otra opción podría ser disminuir al menos la cantidad de disolvente que se usa para formar la suspensión. El caso extremo sería la pintura sólida, pero esta no sirve para cualquier aplicación. Por tanto, lo que necesitamos es un disolvente que solubilice (disuelva) a las resinas pero que tenga un alto contenido en sólido. Actualmente, el límite está en una proporción del 50%, pero que se pretende superar con investigación.

Volviendo a las pinturas acuosas, no se usa como disolvente el agua pura, sino que se emplean co-solventes (varios disolventes). 

¿Cómo se enfoca la investigación en pinturas? Se siguen dos estrategias distintas: a) buscar disminuir la cantidad de diolvente manteniendo las propiedades EHS (Environment, Health and Safety) de la pintura, o bien, b) mantener la cantidad de disolvente consiguiendo las propiedades EHS.

La manera de evaluar los diolventes 'nuevos' se basa en comparar las propiedades de la pintura en base convencional con las nuevas formulaciones. Son importantes los parámetros de la viscosidad cinemática o la temperatura mínima de formación de film, para obtener intervalos óptimos.

No basta solo con obtener un disolvente que no sea tóxico y conseguir escalar el proceso a la industria, también ha de ser económicamente viable (menos caro que el proceso convencional), porque si no, no cumple los requisitos de sostenibilidad.

Esta entrada participa en la XX edición del Carnaval de Química organizado por @bioamara en el blog La Ciencia de Amara

Referencias

Apuntes de las clases de Carles Estévez del IUCT de Aplicaciones industriales del máster interuniversitario de Química Sostenible (la imagen está sacada de sus presentaciones de clase).

03 diciembre 2012

Hacia una economía sostenible

No me olvidé de este comentario allá por marzo, y es que pienso que este blog crece gracias a los lectores y más aún a los que comentáis. Cuando en la "segunda parte" del máster tratamos el análisis del ciclo de vida, me señalé la bibliografía. Siento no haberla trabajado antes... Un tema muy interesante, tanto que lo mandé a Naukas, y después de rehacerlo porque me pasé con el rigor, ha quedado tal que así.

Referencias

Adler PR, Del Grosso SJ, & Parton WJ (2007). Life-cycle assessment of net greenhouse-gas flux for bioenergy cropping systems. Ecological applications : a publication of the Ecological Society of America, 17 (3), 675-91 PMID: 17494388

Mullins KA, Griffin WM, & Matthews HS (2011). Policy implications of uncertainty in modeled life-cycle greenhouse gas emissions of biofuels. Environmental science & technology, 45 (1), 132-8 PMID: 21121672

Spath P. L. y Mann M.K., Life Cycle Assessment of Hydrogen Production via Natural Gas Steam Reforming, February 2001, National Renewable Energy Laboratory

von Blottnitz, H., & Curran, M. (2007). A review of assessments conducted on bio-ethanol as a transportation fuel from a net energy, greenhouse gas, and environmental life cycle perspective Journal of Cleaner Production, 15 (7), 607-619 DOI: 10.1016/j.jclepro.2006.03.002

30 noviembre 2012

Resumen del IX Carnaval de Tecnología

Ya llega el último día de noviembre, así que les traigo el resumen de la IX Edición del Carnaval de Tecnología. Dice el refrán que las grandes fiestas se conocen por sus vísperas, en esta edición tuvimos nada más que tres entradas antes de la inauguración. En total, han sido 10 entradas de 8 blogs distintos. 

La primera nos introduce de lleno en la biotecnología y los alimentos transgénicos: ¡manzanas que no se pardean! Investiga el reto colosal de relacionar ocho carnavales en El elemento químico que relacionó los ocho carnavales científicos de la blogosfera por José Manuel López Nicolás en SCIENTIA.

La influencia de José Manuel López Nicolás no se acaba aquí... Tiene muchos lectores dispuestos a arrebatarle el recién conseguido reto multicarnaval, como Fernando Frías que nos habla de la tecnología que se necesita (o más bien, no se necesita) para fabricar cacharros que transmiten "patrones dinamizadores" en la homeopatía. Si no os lo creéis..., no os perdáis Nueve Carnavales (homenaje a José Manuel López Nicolás) en El fondo del asunto.

Y nos queda la última entrada anticipada y multicarnaval:  De Juana la Loca hasta las baterías de litio viajando por algunos carnavales de ciencias por Francis Villatoro en Francis (th)E mule Science's News, que empieza por la tecnología en la síntesis de carbonato de litio (medicamento utilizado para tratar el trnastorno bipolar) y llega a las baterías recargables de litio.

La cuarta participación llega del muy didáctico blog de Bitácora de un profesor de ciencias, no te pierdas la ingeniosa explicación sobre Así expliqué las tormentas solares, ¿me equivoqué? por JC García-Bayonas que para la Tecnología interesa por los satélites: modo de resolver errores informáticosy hasta qué punto nuestra civilización tal como la conocemos depende de ellos.

No hay que olvidarse de que el tema de este Carnaval es "2012. Año Internacional de Energía Sostenible para todos", así que desde este blog introducimos las nuevas tecnologías que quieren obtener un combustible más sostenible y respetuoso con el medio ambiente: los Catalizadores ácidos sólidos.

Siguiendo con la temática medioambiental, el joven e imparable blogero de Ismael Díaz en Roskiciencia, participa con Todo el día con los ojos en tu teléfono móvil pero... ¿sabes lo que contaminan estos aparatos? que nos invita a fijarnos en todos los componentes del móvil comparando las nuevas tecnologías para ver si son más o menos contaminantes.

Ya se ve que la temática del Carnaval se orientó hacia las Baterías de litio para almacenar energía, si aún no dominas el tema, no será porque no haya entradas suficientes...

La octava entrada nos llega desde Meditaciones Dactilares, haciendo un repaso a todos los métodos de almacenamiento ópticos que nos han llevado De Atapuerca a Tattoine por Fco. J.M. Guardiola.

Tenemos a muchos blogeros concienciados en mejorar el mundo, esta vez Carlos Casanueva nos ofrece un completísimo informe de los medios de transporte: eficiencia, comparación matemática, investigación en Como empezar a arreglar el mundo (un poquito) de su blog Haciéndome el sueco

Terminamos esta IX Edición con cómo usar la tecnología para el Diseño de productos químicos.

Recordad que podéis votar vuestra entrada favorita en los comentarios de este post. Podéis hacerlo hasta finales de diciembre. Para que el voto sea válido, poned vuestro usuario de twitter, de blogger o algo que os identifique. Y el Carnaval no termina..., preparaos para la X Edición en enero en Caja de Ciencia

25 noviembre 2012

Diseño de productos químicos

Es interesante analizar la tecnología desde un punto de vista estadístico por medio de los datos. Así se puede llegar a la conclusión de que se  tecnología se llega a un punto de equilibrio evolutivo (curva asintótica), y la química también porque es una ley del diseño (en cualquier concreción: diseño de productos químicos). Pero se ha descubierto que los puntos de equilibrio químicos son subóptimos y, por tanto, no es un equilibrio estable, aunque puede ser difícil salir de ahí. Hay técnicos que teorizan que solo se puede salir de un pozo tecnológico con un invento disruptivo o bien, con pequeños cambios tecnológicos. 

Pongamos un ejemplo: para sustituir a los CFCs, los químicos utilizaron el principio de similitud estructural buscando conservar las propiedades fisicoquímicas y sobre todo las propiedades funcionales. Y así salieron al mercado los HCFCs, en los que cambiaba el átomo de cloro (que era el que causaba el problema con el ozono) por uno de hidrógeno. El inconveniente es que manteniendo la similitud de estructura también se conservaban los efectos adversos, es decir, aunque reducido aún conservaban rl potencial de destrucción del ozono. Esto nos muestra que es difícil superar los pozos tecnológicos, porque un producto para que sea viable en el mercado, ha de cumplir una serie de requisitos, en el ejemplo de los CFC: necesitamos que la constante cinética de segundo orden supere un cierto valor umbral que garantice un bajo potencial de destrucción de ozono (ODP), un grado de compresibilidad (acordarse de que su aplicación es como refrigerante) y que sea seguro (es decir, no inflamable, no tóxico, etc.). 

Así, un producto químico que se comercializa ha de cumplir requisitos de toxicología y ecotoxicología, variables relacionadas con la seguridad, variables económicas y variables técnicas o tecnológicas.

En el caso de la economía, las curvas de venta de un producto son logísticas, y se usan las mismas ecuaciones que en los modelos depredador-presa. Para conseguir que la penetración de un producto nuevo en el mercado tiene que haber receptividad del consumidor (es decir, concienciación y una cierta tendencia) y si ya hay productos técnicos similares (hay competitividad) ha de tener un contenido tecnológico mayor.

Cuando se habla de sustituir un producto universalmente utilizado hay que considerar de manera global todas sus funciones y nos sirven los conocimientos de física teórica de redes complejas como Internet y las redes sociales: por medi ode algoritmos y nodos se busca entender las conexiones de los productos químicos con sus funciones.

Erdös y Rényl, matemáticos, desarrollaron una red de conexiones aleatorias, en la que se estudia cada nodo con cuántos se relaciona en promedio (es lo que se conoce como grado de conexión o k). Y se concluye que la función de probabilidad está descrita por una función exponencial decreciente. En el caso de Internet es lo contrario, se describe por una función potencial, y el cambio relativo no depende de la escala. El caso de los productos químicos con sus funciones: siguen leyes potenciales o Power Law o Truncated Power Law. Se deduce que las sustancias más conectadas son las más estables y las más difíciles de sustituir.

El reto de la teorización o predicción del diseño de nuevos productos está en transformar el espacio químico multidimensional en algo visible mediante el análisis de proyección. nos interesa el espacio químico multifuncional, es decir, qué rangos o umbrales definen los dominios funcionales. Así obtenemos un espacio de Boolean: un punto que determina el estado funcional, Ω=2N, y como ya hemos visto nuestras variables se clasifican en 4 grupos: tenemos un 24 o hipercubo de Boolean. Por tanto, la investigación química se sitúa en hipercubos de Boolean, donde las moléculas van poblando los diferentes estados funcionales o configuraciones.

Se observa que el modelo que sigue la aparición de nuevos productos químicos es del tipo Shark Peak Fitness Landscape porque no hay correlación entre el estado configuracional actual y el óptimo. Hay que tener en cuenta, además, que las variables están conectadas y habría que investigar en su grado de conectividad, para modelizar  las interacciones con funciones de interacción (AND y OR), así que la expresión matemática nos quedaría tal que así: Nf=(22)k, donde k es el valor de dependencia o número de interacciones.


Mediante simulación numérica, sabemos que la configuración Shark Peak es una propiedad emergente de un sistema complejo, por lo tanto, existe una configuración óptima. Lo que ocurre es que la optimización química tiene un límite y hay que cambiar algo "externo" a la química: la tecnología
¿Conseguiremos una metodología capaz de "guiarnos" en el diseño de productos químicos?
Referencias

Apuntes de las clases de Carles Estévez del IUCT de Aplicaciones industriales del máster interuniversitario de Química Sostenible (las imágenes están sacadas de sus presentaciones de clase).

Este post participa en la IX Edición de Carnaval de Tecnología acogido en Pero eso es otra historia...

también participa en la edición 3.14159265 del Carnaval de Matemáticas, este mes en pimedios-la aventura de las matemáticas

y last but not least,  en la XIX edición del Carnaval de Química  organizado por @scariosHR en el blog de LEET ME Explain

20 noviembre 2012

Baterías de litio para almacenar energía

Una de las claves para convertir nuestra actual economía basada en combustibles fósiles en una de hidrógeno (más respetuosa con el medio ambiente, y por tanto, más "recomendable" para la humanidad de ahora y de un futuro), es almacenar la energía. Por ejemplo, si obtenemos energía eléctrica a partir de la radiación solar y de la velocidad del viento, tendremos electricidad de forma intermitente que fluctuará independientemente de la demanda y dependiendo de las condiciones climáticas. Por tanto, uno de los retos es poder almacenar dicha energía y obtener electricidad de forma continua.

A lo largo de esta edición del IX Carnaval, ya se nos ha hablado de las baterías de litio por @emulenews y @Roskiciencia, os recomiendo sus dos entradas para más información, yo voy a centrarme en que con estas baterías se ha conseguido eliminar el efecto memoria, y en qué consiste este efecto.

Actualmente las baterías de litio son tal que así: 

Las baterías de litio evitan el efecto memoria observado en baterías de níquel-cadmio, que puede ser descrito como una reducción aparente en la capacidad de celda para predeterminar el cierre de voltaje. Esto ocurre cuando se dan patrones de uso altamente repetitivos. Es decir: después de usar muchas veces la batería, por ejemplo del móvil, esta va perdiendo la capacidad de "cargarse" y cada vez observamos que nos dura menos la batería.

Se sabe que el efecto memoria ocurre porque β-NiOOH pasa a γ-NiOOH por sobrecarga (cuando se deja la batería enchufada a la corriente demasiado tiempo). Se conoce que la formación de γ-NiOOH afecta a la batería, y de hecho se han usado algunos aditivos como cobalto, cadmio, Ca(OH)2 and Zn(OH)2 para prevenir su formación.

A partir de todos estos resultados y discusión se han llegado a las siguientes conclusiones:

  1. La causa principal del efecto memoria observado en las baterías recargables de tipo alcalino usando electrodos de níquel es principalmente debido a la formación de γ-NiOOH.
  2. Este γ-NiOOH desaparece dentro de un par de ciclos de carga-descarga normal.
  3. La cantidad formada de γ-NiOOH es pequeña, los rayos X no alcanzan la fase γ-NiOOH y solo β-NiOOH puede detectarse. Se piensa que es la razón de por qué γ-NiOOH no puede ser detectado en un electrodo de níquel incluso cuando el efecto memoria es observado.

Alrededor de los últimos 10 años, ha habido un creciente interés en los materiales de inserción de litio, porque potencialmente tienen un amplio intervalo de aplicaciones para electrodos positivos y/o negativos en baterías de ión-litio. Varios investigadores están trabajando en nuevos materiales para baterías de ión-litio avanzadas, así como para obtener un conocimiento más profundo del esquema de inserción. La elección de materiales de electrodo es un paso crítico en hacer las baterías de densidad de alta energía. Es importante la preparación y caracterización de materiales de inserción de litio como LiCoO2, LiNiO2, Li[CoyNi1_y]O2, Li[Al0.25Ni0.75]O2, Li[LiyMn2_y]O4, Li[Li0.33Ti1.67]O4, y materiales de carbono.

La estructura de sistema de espinela se observa en los óxidos metálicos. En esta estructura, hay dos sitios catiónicos diferentes: los huecos tetraédricos y octaédricos. Los iones Mn3+ (3d4) o Mn4-(3d3) ocupan solo los sitios octaédricos, como en Mn2+ en [Mn3+]2O4, Zn2+[Mn3+]2O4,… Las estructuras de sistema de espinela con iones litio, manganeso y oxígeno (3d3 y 3d4) en los sitios 16(d) en el grupo espacial Fd3̅m puede ser fácilmente remplazados por iones de litio y otros metales de transición, y las matrices sólidas resultantes cumplen las condiciones necesarias para un esquema de inserción de litio. Una de estas condiciones es que los iones de litio se puedan mover de un sitio a otro en una matriz entera sólida durante la oxidación y/o la reducción (al final, los procesos de carga-descarga de baterías se basan en reacciones redox que nos dan electrones-electricidad). En una estructura de sistema de espinela, los iones de transición metálica en los sitios tetraédricos normalmente impiden el transporte de ión litio. 

Interesa mucho seguir investigando nuevos materiales hacia la consecución de unas baterías "verdes" o sostenibles.

Referencias

Diapositivas de Félix Sánchez Alonso, en máster interuniversitario de Química Sostenible, Valencia 2012, asignatura de Energías Sostenibles

ResearchBlogging.orgSato, Y., Takeuchi, S., & Kobayakawa, K. (2001). Cause of the memory effect observed in alkaline secondary batteries using nickel electrode Journal of Power Sources, 93 (1-2), 20-24 DOI: 10.1016/S0378-7753(00)00506-1


ResearchBlogging.org
Ohzuku, T., Ariyoshi, K., Takeda, S., & Sakai, Y. (2001). Synthesis and characterization of 5 V insertion material of Li[FeyMn2−y]O4 for lithium-ion batteries Electrochimica Acta, 46 (15), 2327-2336 DOI: 10.1016/S0013-4686(00)00725-8



Este post participa en la IX Edición de lCarnaval de Tecnología acogido en Pero eso es otra historia...

01 noviembre 2012

¡Bienvenidos al IX Carnaval de Tecnología!

Mañana publicaremos el resumen del XVII Carnaval de Biología, y abrimos una nueva etapa (después de cumplir un año en la blogosfera) con el Carnaval de Tecnología: ¡a partir de hoy quedan todos convocados para participar!

Aprovechen que estamos en noviembre, y que el día 15 celebramos al patrón de los científicos San Alberto Magno: ¡él no les permitiría que dejarán pasar esta magnífica oportunidad! Así que ya se están poniendo a darle al coco para enviar su correspondiente entrada antes del 25 de noviembre...

Aquí tienen las normas de participación que no son muy distintas de los otros carnavales de la blogosfera (como ven no tienen ningún tipo de excusa que alegar). Les propongo un tema aprovechando que seguimos en 2012:
(Vía)
 Os dejo la recopilación de las anteriores ediciones para que os sirva de inspiración:

Y resumiendo: para antes del 25 de noviembre redactarán un post sobre tecnología, en el cual incluirán algo como lo siguiente: "Este post participa en la IX Edición del Carnaval de Tecnología acogido en Pero eso es otra historia...", y me pueden avisar por comentario en este post y poner un tuit @Tecnocarnaval. Si no tenéis blog, no dudéis en escribirme un mail y os la publicaré en el mío encantadísima. Y... no es una sugerencia: es una orden.


Para animar al Carnaval que ha estado en vacaciones, tenemos las tres primeras entradas que participan por voluntad de los divulgadores en esta edición: ¡no se pierdan




[NOTA: estaré semi-desconectada de Internet hasta el próximo domingo, si no actualizo las participaciones hasta entonces no se preocupen que lo haré el lunes 5, pero para cualquier duda me pueden escribir. A partir de hoy tengo alguna entrada programada y el resto lo corregiré a la vuelta ;)]