UNAM desarrolla biosensores ópticos con nanomateriales

UNAM desarrolla biosensores ópticos con nanomateriales
Por Fernando Guzmán en la Gaceta de la UNAM Núm. 4, 740

Investigadores de la UNAM estudian nanomateriales para crear biosensores ópticos de alta precisión y especificidad que posibiliten la detección de compuestos biológicos, los que ayudarían a dar un diagnóstico temprano de padecimientos como cáncer y diabetes.

Con ese objetivo, Beatriz de la Mora Mojica, del Centro de Ciencias Aplicadas y Desarrollo Tecnológico (CCADET), mediante una cátedra Conacyt, sintetiza y caracteriza materiales que permiten localizar moléculas orgánicas de interés biomédico como proteínas, insulina y silimarina, un antioxidante y antiinflamatorio que se extrae de una planta conocida como cardo mariano, tiene un efecto protector en el desarrollo del Mal de Parkinson y se usa en la medicina tradicional china para curar afecciones hepáticas.

En colaboración con los doctores Mayo Villagrán, José Saniger, Citlali Sánchez Aké y Crescencio García, del CCADET; Tupak García, de la Universidad Autónoma de la Ciudad de México, y Alejandro Reyes Esqueda, del Instituto de Física de la UNAM, De la Mora Mojica trabaja en la elaboración de tres tipos de biosensores ópticos.

Económicos

Las microprobetas, que son orificios micrométricos formados por depósitos de películas muy delgadas de oro, se rellenan con nanopartículas metálicas coloidales que detectan diferentes sustancias, de preferencia orgánicas, y tienen un espectro de absorción característico que se modifica cuando hay un cambio de índice de refracción en el medio en que se encuentran que permite ubicar, con gran precisión, la presencia de alguna molécula de interés.

“La meta es crear bionsensores de alta sensibilidad y especificidad, una de cuyas propiedades ópticas, como su color o su absorción, cambie sólo ante un estímulo específico. Un ejemplo de una de sus potenciales aplicaciones es en la investigación de patologías como el cáncer, en la que se requiere que detecten cantidades pequeñísimas de un tipo específico de proteína que, se sospecha, está relacionada con el desarrollo de algún tipo de tumor maligno”, apuntó De la Mora Mojica.

Además, se busca que compitan en precio con los más utilizados en la actualidad, como la prueba de Elisa (para determinar la presencia del VIH o Virus de Inmunodeficiencia Humana, causante del sida) y los de inmunohistoquímica (para el cáncer de mama).

Mediante métodos químicos y electroquímicos, la pulverización catódica y la ablación láser, la universitaira y sus colaboradores sintetizan materiales nanométricos y caracterizan sus propiedades ópticas con el propósito de establecer cuál es el más apropiado para ubicar moléculas orgánicas específicas.

Ellos esperan probar las microprobetas con arreglos nanométricos de oro, las nanopartículas metálicas coloidales y los cristales fotónicos de silicio poroso para decidir cuál de estos biosensores ópticos se puede modificar con miras a mejorar su respuesta.

Las pruebas se realizarán en colaboración con la doctora Anahí Chavarría, de la Facultad de Medicina, quien estudia en un modelo animal el efecto protector de la silimarina en el desarrollo del Mal de Parkinson; “no cura esta enfermedad, pero sí detiene sus síntomas, según evidencia experimental en ratones a los que se ha inyectado dicha sustancia”, aclaró.

Con los biosensores ópticos creados en el CCADET –que eventualmente podrían ser usados en institutos de salud y de investigación biomédica– se intentará descubrir cómo los ratones metabolizan la silimarina, qué camino sigue esta sustancia en la citada afección, dónde se pega y por qué funciona de manera protectora.

Fabricación en serie

De los tres tipos de biosensores ópticos, los más fáciles de fabricar en serie son las microprobetas con arreglos nanométricos de oro. Las nanopartículas metálicas coloidales también lo son, relativamente. En cambio, la producción a gran escala de los cristales fotónicos de silicio poroso implicaría medidas de seguridad más rigurosas, pues en ella se utilizaría ácido fluorhídrico, que es muy corrosivo.

“Estos últimos igualmente pueden servir como espejos secundarios para concentrar rayos solares, porque son muy reflectivos y selectivos. Tienen, además, una gran área superficial, lo que los hace atractivos para aplicaciones de almacenamiento de energía”, señaló De la Mora.

Anuncios

Académicos del IPN diseñaron Sistemas Microelectromecánicos para los sectores de Salud e Industrial

Académicos del IPN diseñaron Sistemas Microelectromecánicos para los sectores de Salud e Industrial
En la gaceta del Instituto Politécnico Nacional Año LI, Vol. 17, Núm. 1198

Académicos del Centro de Investigación en Computación (CIC) diseñaron y fabricaron Sistemas Microelectromecánicos (MEMS, por sus siglas en inglés) con la finalidad de producir biosensores o aparatos biomédicos que se emplean para el desarrollo de implantes cocleares (pequeños dispositivos electrónicos para escuchar).

Los MEMS son considerados una revolución científica y tecnológica porque se sustentan en la capacidad de medir, manipular y organizar la materia a escala micro y nanométrica. Por ello están presentes en diferentes áreas comerciales de los sectores industrial, salud, automotriz y telecomunicaciones, entre otros.

El Subdirector Académico del CIC, Víctor Hugo Ponce Ponce, destacó que este Centro desarrolla desde la microestructura hasta la fabricación de los MEMS, así como el tratamiento de la señal y procesamiento computacional, con el objeto de disminuir la importación de esta tecnología.

Este desarrollo tecnológico se lleva a cabo en el Laboratorio de Microtecnología y Sistemas Embebidos (MICROSE) del CIC, único en el Politécnico que ha logrado diseñar y fabricar Sistemas Microelectromecánicos. Esto se realizó con la ayuda del Centro de Nanociencias y Micro y Nanotecnologías (CNMN) del IPN.

Detalló que los Sistemas Microelectromecánicos constituyen una tecnología de microdispositivos innovadores, generados principalmente con sustratos de silicio que integran elementos mecánicos y de microelectrónica tradicional.

En el MICROSE se cuenta con desarrollos de estructuras ciento por ciento fabricadas en el CIC-CNMN, pero también hay otros que se realizaron a través de convenios firmados con los Laboratorios Nacionales Sandia de Estados Unidos.

Un resultado positivo de este acuerdo es que cualquier diseño que se elabore en el Centro se puede mandar a producir.

El especialista hizo hincapié en que con el desarrollo de los MEMS se puede estar en la posibilidad de crear un mercado de dispositivos basados en esta tecnología. El mérito principal del CIC es que puede completar todo el ciclo de realización e incluso hay pocos lugares en el país donde es posible tener esa capacidad.

Vehículo “AutoNOMOS” navega de Nogales a la Ciudad de México

Vehículo “AutoNOMOS” navega de Nogales a la Ciudad de México
Por Eduardo Carrillo en la Gaceta UdeG Nº 856

El vehículo “AutoNOMOS”, desarrollado por científicos comandados por el estudioso mexicano y profesor de la Universidad Libre de Berlín, doctor Raúl Rojas, y apoyado en el área de visión artificial por investigadores de la Universidad de Guadalajara, recorrió dos mil 400 kilómetros, de Nogales, Sonora hasta la Ciudad de México.

Durante su visita al Centro Universitario de Tonalá (CUTonalá) de la UdeG, el pasado lunes, Rojas, quien trabaja desde 2006 en estos prototipos, comentó que entre los principales desafíos que encontró a su paso fueron carreteras en mal estado (alrededor de 20 por ciento), topes y un inadecuado balizamiento.

Lamentó que los mapas de carreteras en internet o en los sistemas de navegación convencionales no tienen los requisitos para transitar de manera autónoma. Durante cinco días, reconocieron las líneas de carretera para centrar el vehículo: “Una buena parte de la carretera desde Sonora hasta la Ciudad de México carece de líneas”, ya sea por pavimentación, reparación o incluso sí tienen, pero demasiadas.

“El estado de las carreteras no es óptimo en 100 por ciento del trayecto, y esa es una cuestión que habría que resolver para el futuro, porque estos vehículos van a entrar al mercado en un momento dado, y las carreteras tienen que tener las especificaciones”.

Los académicos del Centro Universitario de Tonalá (CUTonalá) de la UdeG, doctores Erik Valdemar Cuevas Jiménez, Daniel Zaldívar Navarro y Marco Antonio Pérez Cisneros, han colaborado desde entonces en aspectos de visión artificial (sensores láser, radares y cámaras de video).

Sobre el trabajo realizado, Pérez Cisneros dijo que han identificado señalamientos, “uno de los primeros elementos”, ya que los países tienen diversas simbologías; los sistemas de rayo láser, que en tercera dimensión reconstruyen todo lo que existe alrededor del automóvil; así como identificación de vehículos con cámaras.

Cuevas Jiménez y Zaldívar Navarro, quienes participaron en el recorrido, comentaron sobre los contratiempos: Uno fue rebasar a un tractor, “el cual no debería de estar en carretera”, y otro fue encontrarse con un vehículo en sentido contrario, en una curva: “El vehículo tomó la decisión autónoma de frenarse en la curva; por fortuna, el otro vehículo alcanzó a volver a su carril, fue lo más curioso y peligroso que se tuvo en el trayecto”. A futuro, harán que los sensores visuales del auto sean más pequeños.

La UNAM crea un dispositivo para monitorear temperatura y sustancias tóxicas

La UNAM crea un dispositivo para monitorear temperatura y sustancias tóxicas
Por Leonardo Frías en la Gaceta de la UNAM Núm. 4, 711

Damián Real, alumno de Física, y Roberto Rivas, egresado de Matemáticas, ambos de la Facultad de Ciencias, desarrollaron una placa modular inteligente de monitoreo que permite adaptar distintos tipos de sensores, con los que se pueden detectar parámetros como temperatura, humedad y pH, además de sustancias tóxicas como amoniaco y gas LP. La invención es ideal para fábricas, invernaderos, viñedos y lugares afines.

Mira la nube

Aparenta ser una modesta cajita, con placas y circuitos integrados, pero es capaz de distinguir la magnitud de un incendio, anegación y sustancias tóxicas, y de inmediato envía una alerta vía Twitter, correo electrónico o SMS, o, aún mejor, tiene la capacidad de producir una señal de monitoreo que puede verse en tiempo real a través de la nube, explicó Damián Real.

“Es factible tener todo el control porque la placa manda información a la nube, ésta la procesa y genera un reporte personalizado. Por ejemplo, al detectar humo correlaciona éste con la temperatura; entonces, al sufrir una modificación envía un mensaje a los usuarios registrados; también es capaz de redireccionar los datos para generar un actuador.”

En otras palabras, intervino Roberto Rivas, el dispositivo remite la señal inalámbricamente a otra tarjeta que puede estar conectada a un módem o al chip de algún móvil.

El dispositivo, que se encuentra en proceso de patente con la colaboración de la Coordinación de Innovación y Desarrollo de esta casa de estudios, tiene un mercado amplio como el de los invernaderos, refirió. “Específicamente en el cultivo de jitomate, donde sus responsables requieren monitorear la temperatura y humedad; por ello, dentro de esos lugares colocamos una de esas placas en la que se correlacionan la temperatura y la humedad, y si hay una deficiencia o cambio, hace un reporte para evitar perder la cosecha”, abundó.

Ciencia entre café

Damián y Roberto se conocieron gracias a su gusto por la cafeína de las siete de la mañana en la Facultad de Ciencias. Su formación los llevó a una complicidad creativa. En sus charlas hubo literatura, cine, teatro, Antón Chéjov, Rubén Darío, pero también matemáticas y creación.

Al inicio, la placa era un mamotreto, un prototipo lleno de cables, “pero en cuatro meses ya la teníamos y ahora se utiliza en una investigación en el Departamento de Óptica Láser con oxímetro de pulso. También puede ser aplicada para crear una especie de glucómetro con método no invasivo, que permita tener protocolos de comunicación no alámbrica y se puede hacer tan pequeño como se quiera, incluso a MEMS (micro electrical mechanical system), pero eso será otro paso”, concluyeron.

Modelación computacional es una herramienta fundamental en la ciencia

Modelación computacional es una herramienta fundamental en la ciencia
Por Mariana Dolores en la Academia Mexicana de Ciencias

Hasta hace algunas décadas la manera de entender cómo se comportaba la materia era realizando experimentos, variando temperatura, presión, composición, etcétera, o teorizando, hasta que la computadora digital apareció, y por su accesibilidad logró convertirse en herramienta fundamental para enriquecer la ciencia y la tecnología.

Así, el cómputo, pero aún más, la modelación molecular por computadora, sirve para desentrañar los misterios sobre la materia, desde entender aspectos básicos como de qué están hechos los objetos o elementos, hasta la caracterización de sus moléculas, pues estas permiten entender la funcionalidad de cualquier cosa y, por tanto, su aplicación.

“Para hacer un modelo molecular se toman las características más relevantes de la molécula a modelar, porque si se colocan todas, ninguna computadora podría realizar una descripción completa. Como se recordará, cada molécula está hecha de átomos, entonces se toman miles de átomos de acuerdo con la capacidad de cómputo a la que se tenga acceso para realizar el proceso. Hoy en día, un conglomerado (clusters) de CPUs y GPUs pueden resolver un problema de decenas de millones de moléculas”, dijo Enrique Díaz Herrera, de la División de Ciencias Básicas e Ingeniería de la Universidad Autónoma Metropolitana-Iztapalapa.

El especialista en modelación computacional en paralelo destacó, sin embargo, que en nuestro entorno nacional, con menos capacidad de cómputo, quizás se puedan resolver cerca de cientos de miles con una precisión razonable para dar respuestas cercanas a la realidad macroscópica.

Debido a que las moléculas van siendo cada vez más intrincadas en muchos sistemas moleculares, biológicos principalmente, y los modelos, a su vez, también se complican, las computadoras de hace tres décadas no responden tan eficientemente a esa complejidad, reconoció el investigador, por lo que se pensó, dijo, en una red de computadoras capaz de distribuir la carga computacional entre varias de ellas para que cada una realizara una parte del problema, para luego reunirlas nuevamente y obtener las respuestas. A este proceso se le llamó cómputo en paralelo: a mayor capacidad de computo, más velocidad de procesamiento.

Los códigos desarrollados de simulaciones moleculares pueden clasificarse en dos vertientes: “Una de ellas se refiere a códigos computacionales para cada molécula, es decir, hechos a la medida, los cuales son únicos pero controlables. La otra vertiente es para códigos desarrollados como software público, como plantillas, más fáciles de modificar, pero restringidos al diseño de sus creadores”.

Una vez que la molécula ha sido caracterizada, se realizan las simulaciones de un grupo finito de moléculas con función de variables como temperatura, presión, densidad, etcétera -como en un experimento-, para determinar si sus propiedades estructurales y/o termodinámicas son estables, o conocer cuándo dejan de serlo. Después de que la computadora terminó de resolver las ecuaciones de movimiento, se proyecta el modelo tridimensional de la molécula, en el que el investigador puede estudiar cómo se auto-ensamblan sus componentes, o en otras palabras, observar la manera en que se organiza la materia a nivel macroscópico -lo que determina sus propiedades estructurales y termodinámicas.

“Son experimentos computacionales que facilitan, en este caso, el entendimiento sobre el comportamiento de las moléculas, presentan diversas ventajas en comparación con los experimentos reales, en tiempo, dinero y esfuerzo”.

Actualmente, el Laboratorio de Cómputo de la UAM-Iztapalapa es pionero en cómputo en paralelo, cuenta con tres mil computadoras conectadas entre sí que resuelven problemas de física y brinda servicio a otras áreas de investigación. No obstante su capacidad, resulta insuficiente para resolver con mayor eficacia problemas modernos y de potencial aplicación.

Cristal líquido, un ejemplo

Una de las moléculas preferidas de estudio del investigador Enrique Díaz y su equipo de trabajo es el 5 Ciano-Bifenil (5CB), una molécula con una historia de éxito. “Todos aprendimos en los primeros niveles de educación que los estados físicos -estados estables- de la materia son tres: sólido, líquido y gaseoso -se nos enseñó que el plasma también contaba como uno más. Sin embargo, en 1888 el biólogo Friedrich Reinitzer, analizando una sustancia sólida derivada del colesterol, observó que al calentar la sustancia ésta se hacía líquida y al enfriarla pensó que cristalizaría, pero no, esta siguió siendo liquida antes de cristalizar”. A este tipo de estado de la materia se le llamó mesofases o cristal líquido, un nuevo estado estable de la materia ocasionado por la forma alargada de la molécula.

Para entender este fenómeno a nivel molecular, Díaz Herrera, integrante de la Academia Mexicana de Ciencias, ha modelado esta molécula a partir de la partícula de forma alargada. “Las moléculas alargadas del 5 Ciano-Bifenil cuando están a altas temperaturas se encuentran revueltas como la paja en un montón, pero conforme se van enfriando se orientan verticalmente, generando planos y dejando a estas moléculas sin posibilidad de moverse entre dichos planos, como los cristales, aunque la sustancia siga siendo líquida en el plano que forma”.

Cuando se comprendieron las fases del cristal líquido y sus posibles usos se comenzaron a fabricar pantallas planas, calculadoras, relojes, juegos electrónicos, ordenadores personales, televisores, salpicaderas de autos, dispositivos de visualización, conocidos comodisplays, cuyos componentes activos son las citadas nuevas fases estables de la materia, hoy conocidas como cristal líquido.

Lo anterior sirve de ejemplo para destacar que la utilización de la modelación computacional se hace cada vez más necesaria para comprender, en este caso, el comportamiento de una gran cantidad de moléculas y sus aplicaciones, pero como ya se mencionó líneas arriba, se utiliza igualmente con muy buenos resultados en otras áreas de investigación.

El videojuego incorporado a las artes de expresión gráfica

El videojuego incorporado a las artes de expresión gráfica
En el semanario de la UAM Vol. XXI, Núm. 43

Gran  cantidad  de  artistas  ha  tomado como inspiración las gráficas y la conceptualización de los videojuegos  para  crear  obra,  en particular la iconografía reflejada en la estética de los 8 bits, aseguró  Euridice  Cabañes,  presidenta de ARSGAMES.

La doctora en lógica y filosofía de la ciencia con especialidad en filosofía de la tecnología impartió la conferencia magistral: Híbridos contemporáneos en la intersección del arte y los videojuegos en la Unidad Lerma de la Universidad Autónoma Metropolitana (UAM).

“Los  videojuegos  no  sólo  se han incorporado a las artes de expresión gráfica, sino también han invadido la música como es el caso de Meneo, autor que genera sus piezas a partir de la gama de sonidos del GameBoy, convirtiendo esta consola portátil en su instrumento principal”.

La  especialista,  quien  cerró su estancia de investigación en la  Unidad  Lerma,  refirió  que el cine no ha escapado a la influencia del videojuego, al producir los llamados Machinimas, piezas  cinematográficas,  cortometrajes,  videoclips  y  cualquier  tipo  de  obra  audiovisual que utilice el motor gráfico del videojuego.

El acoso en redes sociales induce al suicidio

El acoso en redes sociales induce al suicidio
Por Emiliano Cassani Serrano en Foro Consultivo Científico y Tecnológico

Depredadores o acosadores de las redes sociales llevan a sus víctimas a un punto de quiebre que resulta tan grave que los induce al suicidio, debido a que en la modalidad de acoso que es el ciberbullying exponen de una manera rápida y multiplicadora a sus víctimas, mencionó la doctora Rafaela Santos, presidenta del Instituto Español de Resiliencia (IER).

Alrededor de 24% de la población estudiantil española sufre algún tipo de acoso escolar, entre ellos el ciberbullying, indica el estudio “Comportamiento de la Salud en Niños en Edad Escolar” (HBSC por sus siglas en inglés) que fue realizado para 35 países por la Organización Mundial de la Salud (OMS) que contempla un rango de edad de siete a 17 años, comentó la doctora Santos.

“Por otro lado, la Sociedad Española de Especialistas en Estrés Postraumático ha indicado que de 24% de la población estudiantil que es sometida a situaciones de acoso escolar, al menos la mitad de ellos sufren un trastorno por estrés postraumático en el futuro, lo que les acarrea a esas personas graves problemas en su vida adulta. Si éstas cifras se manejan en España me atrevería a pronosticar que los números en México deben estar al doble, por los altos índices de violencia que maneja el país”.

¿Cómo actúa el depredador?

Explica la también directora de la Fundación Humanae, que el depredador de las redes sociales que realiza el ciberbullying puede manipular las imágenes que son expuestas por internet, lo que conlleva un efecto mucho más dañino, por mostrar a la víctima en una realidad inexistente y que la mayoría de las veces la sitúa en escenas terriblemente ridículas o embarazosas.

“Los adolescentes, cuando encuentran que han sido difamados con una virulencia absoluta sin saber de dónde proviene, no saben qué hacer y toman en muchas ocasiones decisiones erróneas por no encontrar una salida a su problemática”.

Los psiquiatras han catalogado este tipo de situaciones como un síndrome paranoide, por no saber quién es el individuo que perpetra el ciberbullying, lo que provoca en las víctimas aislamiento hasta conducirlos a un callejón sin salida que los lleve a la muerte.

Resiliencia, opción para combatir el ciberbullying

La escritora del libro “Levantarse y luchar”, cuenta que el término de la resiliencia proviene de la física, cuando un material es golpeado, antes de romperse se calcula el índice de resiliencia que tiene (capacidad de absorber un impacto sin deformarse) y volver a su estado original sin quebrarse.

Desde su percepción la resiliencia es más que solo resistencia, por lo que sería la capacidad de adaptarse a las distintas adversidades que surgen en la vida, de una forma flexible y lo mejor de ello poder salir fortalecidos, ya que según estudios un sujeto será sometido al menos a tres eventos traumáticos en su vida.

“En España el término de resiliencia es bastante conocido, se ha pasado una etapa de crisis económica muy fuerte, a partir de ahí se implementó la resiliencia en las empresas al hacer que los emprendedores trabajaran mucho en un sentido de levantar la capacidad de superación del tejido empresarial”.

En la educación la resiliencia se le ve como algo sumamente importante, porque es ahí donde se encuentra el sector que necesita más atención por parte de la sociedad, sobre todo se trabaja por crear anti fragilidad en niños y jóvenes dándoles herramientas para que puedan hacerse fuertes, porque en la mayoría de los casos, -dice la doctora Santos- se educa con sobreprotección lo que ocasiona personas vulnerables ante cualquier circunstancia.

Los instrumentos que han sido desarrollados por la Fundación Humanae y el IER para erradicar la violencia escolar son una serie de pasos que se mencionan a continuación:

1.- Sensibilizar a través de carteles que contienen un decálogo de cómo reaccionar en caso de acoso escolar.

2.- Crear la figura de mediadores educativos que son preparados en contextos de liderazgo, con la finalidad de que una vez que adquieran estas habilidades no permitan el acoso escolar.

3.- Dar intervenciones directas cuando los colegios mandan sus casos, para tratar a la víctima y desarrollarle la resiliencia, de igual forma con los acosadores para ubicar las actitudes disóciales   –gente que tiene poca empatía, que disfruta el sufrimiento ajeno- y tratarlas a una edad temprana que permita una salud mental prematura que evite sucesos violentos futuros de esos individuos.