Autor: Enrique Rubio (Página 56 de 141)

GRAFENO Y EL FUTURO

El grafeno es una lámina de átomos de carbono de un átomo de espesor, dispuestas en un patrón similar a un panal. Es considerado el material más delgado, resistente y conductor del mundo, tanto para la electricidad como para el calor. Todas estas propiedades hacen que empresas de todo el mundo, empiecen a pensar en la incorporación del grafeno en sus procesos de producción, ya que el grafeno tiene el potencial para revolucionar industrias enteras en los campos de la electricidad, la conductividad, la generación de energía, las baterías y los sensores, entre otras.

El grafeno es el material más fuerte del mundo y, por lo tanto, se puede utilizar para mejorar la resistencia de otros materiales. Docenas de investigaciones han demostrado que agregar incluso una pequeña cantidad de grafeno a plásticos, metales u otros materiales, puede hacer que estos materiales sean mucho más fuertes, o más ligeros, ya que se puede usar menos cantidad de material para lograr la misma resistencia.

La utilidad del grafeno hoy en día se puede encontrar en varios tipos de industrias, como la aeroespacial, los materiales de construcción, los dispositivos móviles, e incluso en el sector dental.

El grafeno es la eterna promesa de un mañana único, mejor que el anterior y repleto de oportunidades, es el material del futuro,   En breve una cantidad de utensilios serán hecho de este metaloide ,  de aquí a un tiempo, usted podrá tener en sus manos el teléfono móvil más rápido del planeta gracias a él. También la televisión con mejor definición o el ordenador más potente. Sin olvidar sus bondades en las zapatillas de deporte, los audífonos o los coches. Igualmente, las bombillas que luce en el salón incluirán alguna que otra capa y los chalecos antibalas, por ejemplo, no podrán concebirse sin él. Así llegará un momento en el que todo dependerá de alguna u otra forma de este elemento, aunque para eso todavía queda bastante: a pesar de que ya han pasado 17 años desde que Konstantin Novoselov y Andre Geim lo descubrieran, aún hay que esperar para que explote al máximo potencial. Es cierto que ya está en el mercado, pero no con las revolucionarias aplicaciones que todos esperan.

Es la sustancia más resistente de la naturaleza, más fuerte que el acero estructural y más duro que el diamante. Sin embargo, lo más curioso es que su grosor oscila tan sólo entre uno y diez átomos de carbono: algo así como una fibra 100.000 veces más fina que un cabello humano. De ahí que sólo puedan apreciarse dos de sus dimensiones. Además, es elástico y flexible. Conduce la electricidad tan bien como el cobre y afronta el calor como ningún otro metal. Es prácticamente transparente, hidrófugo y tan denso que ni siquiera el helio puede atravesarlo. La alta movilidad de sus electrones es otra de sus grandes potencialidades, ya que determinará el funcionamiento de los nanodispositivos del futuro. Y, como colofón, hay que destacar su composición: al ser carbono puro, es ecológico y se encuentra con abundancia en el medio.

Con estas características, lo raro era que la Comisión Europea no pusiese el ojo sobre él cuanto antes. Así, en 2013, arrancó el proyecto Graphene flagship con el objetivo de trasladar todos esos avances de laboratorio a productos comerciales. No escatimaron en inversión y en infraestructuras: 1.000 millones de euros y 170 socios académicos de 22 países para revolucionar la electrónica, la aviación, la medicina, el transporte o la defensa. Los fines, como puede cavilarse, son casi infinitos: “Imaginen que tenemos cientos de capas que podemos mezclar como queramos para crear millones de combinaciones. De esta forma, según sea la rotación de las mismas, las propiedades cambian. Es por ello por lo que las posibilidades que aportará el grafeno parecen impensables hoy en día”, apuntó Pablo Jarillo, físico español ganador del prestigioso premio Wolf, en un simposio organizado en 2016 por el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT). Este ángulo mágico, tal y como publicó la revista Nature, es lo que le permite pasar de aislante a superconductor con tanta simpleza.

Este descubrimiento, considerado por Physics World como uno de los diez estudios más importantes del año, volvió a encumbrar al grafeno en general y a Jarillo en particular. Pero, de nuevo, las expectativas quedaron en saco roto por dos motivos principalmente: la dificultad para producirlo a escala industrial y el incremento del precio de los artilugios a los que se añade. A lo que también hay que sumar su posible toxicidad. Según un análisis de la Universidad de California (Estados Unidos), la oxidación de este material puede ser peligroso para la salud en concentraciones superiores a 0,4 miligramos. Una consecuencia negativa que podría dispararse si estas partículas se distribuyen a través del agua. No obstante, aún faltan investigaciones que corroboren dicha afirmación de manera tajante y global.

Sus aplicaciones en medicina

Por el momento, su uso es bastante residual por parte de la población: lo localizamos en etiquetas de seguridad, palas de pádel, sensores de alarma y mascarillas FFP2. Aunque, respecto a este último artículo, se optó por la prudencia y se retiraron en tan sólo unos días. ¿La razón? Que, en vez de incorporarlo en láminas superpuestas, lo incluyeron en forma de polvo, lo que aumentaba el peligro por inhalación. Este dato no debe quitar valor a este elemento, pues sus posibilidades siguen siendo ilimitadas. Ahora, de lo que se trata es de buscar la vía adecuada para volverlo totalmente seguro. Sólo así, podrá participar en “nuevas inmunoterapias, vacunas y nanoadyuvantes”. Para Lucía Delogu, investigadora de la Universidad de Sassari (Italia), estos materiales cuentan con mucha facilidad para unirse a los medicamentos, mejorando sus funciones y sus especificidades. “En un futuro, se podrán diseñar componentes inyectables en sangre que se acoplarán a las células sin que las defensas ataquen al intruso”, explicó, a la agencia Sinc, sobre las plataformas biomédicas en las que está trabajando.

Partiendo de esta base, su utilización se antoja interesante en el desarrollo de terapias contra el cáncer, el diagnóstico de enfermedades como la COVID-19, la transferencia genética, la creación de prótesis, la secuenciación del ADN… La empresa murciana Graphenano lo sabe y, por ello, lleva desde 2012 luchando por que así sea. Su área Medical Care tiene sede en la universidad Príncipe de Asturias de Alcalá de Henares (Madrid), donde cuenta con un importante equipo de investigación dedicado exclusivamente a este campo. “Hemos conseguido ya tres patentes de grafeno para uso sanitario y cosmético. Somos la única compañía que puede emplearlo en el ámbito médico”, reconoció Martín Martínez, su presidente, a Europa Press. “Estamos ante una variante personalizada: lo configuramos y lo tratamos”.

Con esa misma intención, se están produciendo una infinidad de wearables que permiten controlar tanto las constantes vitales como la temperatura corporal. La multinacional zaragozana Graphene Tech, en concreto, está fabricando en biosensores que analizan proteínas y otros marcadores. Por su parte, la riojana Avanzare tiene la mira puesta en los sectores aeronáuticos, químicos y energéticos. En ese sentido, no hay que olvidar que el grafeno es capaz de generar electricidad a través de la energía solar, lo que lo convierte en un posible gran aliado de los mastodónticos paneles. Todas estas ventajas se han ido conociendo conforme las investigaciones y las pruebas avanzaban. Casi a la par que aumentaba la competencia mundial: Estados Unidos, China, Reino Unido y Corea del Sur son los que más están apostando por esta sustancia. Ahora bien, no es oro todo lo que reluce: que un producto asegure que lo contiene no quiere decir ni que sea de calidad ni que funcione. Sólo el tiempo será capaz de confirmar las virtudes de este ‘ingrediente’ y demostrar si merece la pena invertir en él.

El grafeno es una fuente de ventajas, no hay duda. Sin embargo, éstas aún están muy lejos de beneficiar a una amplia mayoría de usuarios. Es verdad que su uso ha quedado limitado a ámbitos puramente científicos y técnicos, pero la buena noticia es que, poco a poco, van llegando algunos avances a objetos cotidianos. Este es el caso del smartphone: durante mucho tiempo, las grandes marcas han soñado con crear baterías que pudiesen cargarse en apenas 20 minutos y tuviesen una duración de días. La realidad es que, si bien aún no se ha democratizado su aplicación, al menos ya hay distintas intentonas por conseguirlo. Xiaomi es la que más cerca está: su Mi 10 Ultra es el primer terminal del mundo en insertar este componente y en garantizar que, tras 800 ciclos de carga y descarga, la batería se mantendrá en más de un 90%.

Samsung y Apple tampoco se han quedado atrás y han anunciado en más de una ocasión su apuesta por este elemento. Lo que ocurre es que, debido a su elevado coste y su ínfima producción, aún no pueden hacer frente a su incorporación. Huawei, en cambio, es otra de las que más se lo toma en serio: con el Mate 20 X, por ejemplo, apostaron por una tecnología de enfriamiento de película basada en este material. ¿Esto en qué se tradujo? Pues, sencillamente, que el teléfono conducía mejor el calor y que, por lo tanto, se mantenía fresco incluso durante manejos prolongados.

En la esfera automovilística, ocurre lo mismo. En 2018, Ford fue la primera en anunciar el empleo del grafeno en sus próximos coches. Lo que ocurrió después, nadie lo sabe. Su propósito inicial era integrarlo en el Mustang y el F-150 para fortalecer sus piezas y aligerarlas, pero nunca hubo más noticias al respecto. BMW, Seat o Mercedes también se encuentran analizando las mismas oportunidades. Algo que GAC parece haber logrado ya con su Aion V. Este SUV eléctrico, que llegará al mercado en septiembre de 2021, es el único vehículo que portará una batería elaborada con esta sustancia. Gracias a ella, conseguirá la autonomía propia de un automóvil diésel en el mismo tiempo que tardaría el trabajador de una gasolinera en llenar su depósito. En definitiva, un pequeño paso que comienza ahora a enseñar sus enormes bondades.

Referencias

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PEDRO DEL CORRAL@pedrodelcorral_

NEURONAS Y SINAPSIS

Este trabajo es de tal complejidad, que retenerlo entra dentro de lo imposible, y por ello copiarlo y dar la anhorabuena a sus autores, es lo posible.

La fisiología de las neuronas y de las sinapsis, cómo se conectan entre sí para generar el sistema nervioso central. En  el cerebro, encontramos que las neuronas y las sinapsis están incrustados en él, aunque como veremos más adelante, las sinapsis también pueden estar presentes entre neuronas y otras células o sólo los que son independientes del sistema nervioso central, como las famosas sinapsis inmunológicas.

La teoría  Teoría Reticular, en la que se creia que el cerebro consistía en de una gran red de muchas conexiones por todas partes, continuo entre ellos, que la información viajó a través de todo el cerebro y que cada una de las partes del cerebro interpretó esta nueva información de una manera diferente, dándole un significado final. Fue superada cuando que el padre de la neurobiología actual, el cientiifico Santiago Ramón y Cajal, desarrolló un método de tinción que ya habia diseñado  Golgi, diseñó una mancha, llamada Tinción de Plata en el que puso plata en las celdas pero lo perfecciono , más avanzado, llamada Tinción de plata doble, y con ella pudo teñir las  estructuras del sistema nervioso central Encontrando por primera vez que estas cosas, que se teñian eran en realidad celulas que más tarde describiría como células, que generaban todas las funciones del cerebro.

El cerebro estaba hecho de estas células, y guardaba nuestra conciencia, nuestros recuerdos, nuestras ilusiones, nuestras emociones, todos estaban concentrados y  ocultos

Así, nacio el dogma de las neuronas, que son las células de nuestro cerebro está.

Su organicidad es similar al resto de las celulas de nuestro organismo. y cómo las ellas tienen orgánulos específicos

Las neuronas tienen,  el núcleo, el retículo endoplásmico áspero y liso, el aparato de Golgi, las mitocondrias, etc, que permiten desarrollar sus actividades.

Las neuronas son células altamente especializadas con una función específica.

Las funciones más importantes de la mayoría de las neuronas son:,

Reciben y transmiten rápidamente la información.

Es de un lugar a otro, comienzan en un punto

y transmitirlo al otro lado de manera polarizada,

va del punto A al punto B,

normalmente no va del punto B al punto A.

A veces este lugar está lejos,  en los seres humanos el nervio ciático que transmite hasta la pierna mide mas de un metro para llevar su mensaje

Las  neuronas,  tienen una forma tipica aunque tambien con bastantes variaciones

dependiendo de la función que tienen que realizar.

El Soma, contiene  el núcleo y los orgánulos propios.

Del soma, generalmente saldrán una o varias dendritas,

que son ramificaciones muy delgadas que no tienen orgánulos

o tienen muy pocos orgánulos, más allá del citoplasma y los microtúbulos que le dan su estructura.

De este soma parte una proyección más gruesa, que en su mayoría estarán cubiertos por grasa, llamada mielina  que se  llamara axón. Este axón se va a prolongar hasta llegar a algún extremo muy delgado ramificaciones llamadas axones terminales o que también se pueden llamar teledendritas. El soma y el axón se conectan desde el cono del axón, que tienen gran importancia en la transmisión de información eléctrica.

Cuando se activa en el cono del axón, comienza la transmisión nerviosa hasta las teledendritas o el axón terminal envía su mensaje a una neurona posterior.

Ahora, éste lo envía a la siguiente neurona, de modo que la información pase del punto A, o de la neurona A a la neurona B a través de la dendrita, el soma y el axón a la C-neurona.

Las neuronas tienen un sistema de tranmision muy eficaz  para que sea un sistema muy rápido también.

El axón, que parte del soma, cono del axón, empieza a tener unas celulas vitales para la conduccion nerviosa,  llamadas células de Schwann, que están presentes en este axón aislándolo. Y lo aislarán, para que la información eléctrica puede viajar mucho más rápido de una forma que se llemama conducción saltatoria.

dentro del soma de la neurona tenemos la mayoría de los orgánulos, y el núcleo del retículo endoplásmico áspero, etc.

La mayoría de las proteínas se producen en el soma, y no en sus terminaciones.

Pero cuando se conectan con otras neuronas, otras  partes de las terminaciones , pueden secretar neurotransmisores.

Las proteínas del soma, necesitan viajar a través de largas distancias hasta el espacio sináptico, a la hendidura sináptica y a las teledendritas.

El mecanismo que tienen las neuronas para enviar todo lo que necesita, al axón terminal y  de esta manera, comunicarse eficientemente,  con el cilindroeje, es enormemente complejo

Una de ellas será la proteína kinesina la fisiología que llevará todo desde el soma hasta la periferia, y en la dirección opuesta, vamos a tener la dineína. Esta dineína la va a enviar de la periferia al soma.

Un ejemplo si tenemos una neurona que tiene que producir noradrenalina, tiene que enviar las enzimas o tiene que enviar otra cosa, de modo que, en este punto, se produce noradrenalina.

Produce las enzimas aquí porque aquí tienes todos tus genes y tienes todo tu retículo endoplásmico áspero para la producción de proteínas, La kinesina se lo quita y lo trae aquí, hasta que se acumula en esta parte, y se sintetiza la noradrenalina de modo que más adelante las vesículas, que también se producen y tienen que ser transportados a través de este sistema, puede capturar noradrenalina y luego se puede secretar.

Por otro lado, cuando ya tenemos alguna proteína aquí que ya no funciona y es disfuncional, tenemos que llevarlo a través de la dineína, de modo que en esta parte los lisosomas y degradará estas proteínas. Este sistema también es importante para reparar el nervio n accidente,  una operación o cualquier otra cosa que suceda y se corta el nervio,  la parte que es distal a todo el soma va a morir, va a desaparecer por completo. Desaparece en el llamado proceso de degeneración Walleriana.

Mientras que la parte que se une al soma y toda la síntesis de proteínas, puede, no sólo ser reparado, pero para generar un nuevo axón terminal, y reparar el nervio de nuevo.  La La parte distal no se regenera, tiene que morir porque ni siquiera tiene los genes ni los sistemas de producción de proteínas, mientras que la parte proximal está a cargo de regenerar todo el nervio y también generará una disfunción en este sistema de reparación nerviosa, muchos de los problemas asociados con el corte de los nervios,

En el axón terminal, y lo que vamos a tener es una serie de vesículas y mitocondrias transportado por la kinesina también. Estas vesículas recapturan o más bien capturan el neurotransmisor, y allí lo acumulan y cuando activamos nuestro axón terminal esta vesícula se va a fusionar con la membrana y permitirá la salida del neurotransmisor, que más adelante tendrá sus mecanismos de eliminación, Es imperativo que haya algo de calcio para que esta vesícula  se fusione con la membrana y libere el neurotransmisor al espacio sináptico, a la hendidura sináptica para activar la neurona post-sináptica.

Las neuronas se especializan y dan lugar a cuatro tipos principales de neuronas

dependiendo de su función.

1. Neuronas que son monopólares, en el que, solo queda el soma, generalmente un axón y las teledendritas.

2.-Neuronas bipolares, que tienen el soma y dos protuberancias que se forman en axones o dendritas.

3. Neuronas los multipolares, que son las más frecuentes, especialmente en el sistema nervioso central

4. Y las neuronas  pseudo-unipolares, en los que el cilindroeje, se ramifica en dos y en las cada uno tendrá funciones especializadas.

Las neuronas unipolares están estrechamente asociados a los procesos de percepción, por ejemplo, en la retina, en el oído,

Muchas veces, las neuronas bipolares son interneuronales, los multipolares también se utilizan para comunicarse entre muchas neuronas y los pseudo-unipolares son los que estan en los sistemas somatosensoriales periféricos que transmiten información desde la periferia hasta la médula espinal.

La sinapsis es básicamente el lugar donde una neurona se comunica con otra. Hay  dos tipos especiales de sinapsis, sinapsis eléctricas y sinapsis químicas.

 La sinapsis eléctrica  se comunica  a través de estímulos eléctricos que atraviesan el citoplasma de una célula a otra ya que  ambos citoplasmas están conectados a través de algunos túneles y permiten el paso directo de estos potenciales ionicos a través de la proteína conexina.

Esta sinapsis eléctrica es que es bilateral, lo que significa que los iones pueden pasar de la neurona A a la neurona B, y también de la neurona B a la neurona A. Son muy útiles en el  corazón, donde tienen que estar encendidas todas al mismo tiempo

Para el analisis de sus potenciales electricos, se coloca un electrodo en la neurona  presináptica y otro en la neurona post-sináptica,y permite ver que la despolarización, ocurre  inmediatamente.

Cuando el primero entra en el potencial de acción, el segundo también lo hace, prácticamente de inmediato con un retraso inferior a milisegundos y también se puede encontrar en el potencial de acción, generando así una despolarización sincronizada y eso hace que todas las neuronas funcionen al mismo tiempo y esto se debe al flujo de potencial. Esto es especialmente importante en el hipotálamo,

Como es un flujo de iones, dependen mucho de la distancia entre una célula y la otra, necesitan estar unidos, por supuesto, y también cuánto se va a separar este flujo.

Como  ejemplo; si tenemos una neurona que transmite cuatro iones, poniendo un número totalmente arbitrario, y transmite cuatro iones a otra neurona que luego se bifurca, y estos cuatro iones van a caminos separados. Los cuatro iones podrían despolarizarse a esta primera neurona. Aquí, se genera un potencial para la acción.

Si separamos la segunda neurona, estos ya no alcanzan el potencial de acción. L o que han generado una activación en la primera, no generará una activación en el segundo.

Cuando la distancia es muy larga o cuando tenemos que separar estos potenciales, la cantidad de iones disminuye, y por lo tanto el potencial, y muchas veces un estímulo que logró despolarizar algo, se puede perder, disipar ya que no se genera ese mensaje eléctrico. El hipotálamo es la principal fuente de sinapsis eléctricas, aunque hay muchos otros.

Se sabe que en el sistema motor, la sinapsis eléctrica se encarga del movimiento. Las sinapsis químicas suelen ser las más avanzados. Por ello  son más complicadas que las sinapsis eléctricas,

Cuando se mide su voltaje en las neuronas presinápticas y postsinápticas, al despolarizar la primera, se ve un retraso significativo en la despolarización de la segunda, de unos pocos milisegundos. Esto se debe a que los iones fluyen, y despolarizan la primera neurona, pero como está muy separado, toda esta energía potencial se disipa, estos iones ya no pueden despolarizar el segundo. Para despolarizar la segunda neurona, necesitamos la secreción de un neurotransmisor y que se ajusta a sus receptores post-sinápticos. Este retraso es fisiológico de la sinapsis entre la despolarizada primera, el neurotransmisor liberado y el segundo en ser activado,

Esta es la razón por la cual las sinapsis químicas son más lentas, pero también son más eficientes ya que son modulares. Las  sinapsis eléctricas son los que tienen los insectos, por eso son tan rápidos y reaccionan tan rápido cuando queremos hay peligro para ellos. Nuestros reflejos son mucho más lentos porque están hechos de sinapsis químicas, pero tenemos más modulación y más control.

La neurona activada, despolarizada y la vesícula se fusiona en la membrana y libera este neurotransmisor específico.

Un estímulo específico, para esta vesícula, llena del neurotransmisor, para capturar primero el neurotransmisor y en segundo lugar, para ser fusionado a la membrana y liberarlo hacia la hendidura sináptica.

En el primer caso, todas las vesículas dependiendo de la neurona de la que estemos hablando, tienen sistemas de recaptura específicos para los neurotransmisores. Una proteína llamada BMAT,  se encarga de llenar las catecolaminas y las vesículas con , noradrenalina por ejemplo.

Una vesícula llena de noradrenalina que va a esperar, y no se activará. Pero súbitamente, alguna vesícula que está conectada libera un poco de un neurotransmisor antes de que se acabara su tiempo y esto es la estimulación basal.

Los potenciales que utiliza la neurona son micropotenciales , y un electrodo, detectará que, cada hora, nuestro nuevo post-sináptico,  de repente se va a encender así, con un micropotencial, una o dos veces, Estas vesículas perdidas conectan y liberan el neurotransmisor, El lanzamiento grande de neurotransmisores a la hendidura sináptica activara suficientes receptores para causar la despolarización de la membrana post-sináptica, y necesitan organizar muchas vesículas.

La neurona organiza todas estas vesículas y lo hace con un estímulo muy específico que son las proteínas SNEAR. Estas proteínas SNEAR estan en estas vesículas que  y van a estar conectados a, por ejemplo, sinaptobrevina, y van a ser básicamente como los acompañantes,

Por lo tanto, cuando el calcio intracelular aumenta, este calcio intracelular se conecta a estas proteínas SNEAR. Se conecta a, por ejemplo, sinaptotagmina y sinaptobrevina, y lo van a llevar de la mano a la membrana celular. Es tas proteínas SNARE van a generar todo un complejo, y lo que este complejo hará es, que el calcio, y la sinaptotagmina lleven el neurortransmisor a la membrana, y todas estas serían las proteínas SNARE.

Cuando aumenta el calcio, se lleva a la membrana, todo este complejo de proteínas SNARE se fusionará, ambas membranas están pegadas entre sí, la de la vesícula y la de la membrana celular, y van a generar algo que se llama superpriming y luego se fusionará con la vesícula. Cinco moléculas de calcio son necesarias para cada molécula o para cada complejo SNARE para liberar el neurotransmisor. tendremos los canales de calcio dependientes del voltaje. Cuando se produce la despolarización, el calcio entra a través de estos canales y todas las vesículas que están cerca de la membrana se van a fusionar y van a liberar el neurotransmisor. La incidencia en este complejo de factores externos, son capaces de producir multiples enfermedades que tienen un complejo apartado.