Un altavoz nanotecnológico que utiliza el efecto termoacústico de Joule para convertir calor en música

La ley de Joule afirma que cuando circula corriente eléctrica por un hilo conductor parte de la energía cinética de los electrones se transforma en calor debido al choque que sufren con los átomos del material conductor. El efecto Joule es aprovechado en las estufas y en los hornos eléctricos, pero también puede aprovecharse para producir sonido (o música). Arnold y Crandall en 1917 propusieron el uso de efectos termoacústicos para producir termófonos, que no se han hecho realidad hasta ahora. Los finlandeses Niskanen et al. del VTT han logrado realizar esta idea gracias a la nanotecnología. Han fabricado un altavoz termoacústico capaz de alcanzar 100 dB de potencia acústica a 20 KHz en una distancia de sólo 7 cm y consumiendo 17 W de potencia eléctrica. Estos números no asombrarán a nadie. Un altavoz convencional es mucho más eficiente, sólo requiere 1 W para lograr lo mismo a una distancia de 1 m. El nuevo termoaltavoz usa 200.000 nanohilos paralelos de aluminio suspendidos sobre un sustrato de silicio y tiene una área total de pocos centímetros cuadrados. Los hilos tienen 200 μm de largo, 3 μm de ancho y sólo 30 nm de grosor. Niskanen et al. han llamado a sus termoaltavoces con el ostentoso nombre de “trompetas nanotérmicas” ya que generan sonido gracias al cambio de la temperatura en el aire que rodea el conjunto de nanohilos. Como el altavoz nanotecnológico utiliza tecnología de circuitos integrados, es posible incorporarle una memoria ROM con música pregrabada y una lógica de control, lo que permite utilizar como un altavoz “minicadena” para ciertas aplicaciones dedicadas. Realmente curioso. Nos lo cuenta Rama Venkatasubramanian, “Applied physics: Nanothermal trumpets,” News and Views, Nature 463: 619, 4 February 2010, haciéndose eco del artículo técnico de los finlandeses A. O. Niskanen et al. (VTT Technical Research Centre of Finland), “Suspended metal wire array as a thermoacoustic sound source,” Appl. Phys. Lett. 95: 163102, October 29, 2009.

Publicado en Nature: Fabrican tejidos que acumulan gotas de agua a partir de la humedad ambiental imitando a las telas de araña

Las telas de araña suelen estar decoradas con gotas de rocío. La seda de araña es capaz de recolectar humedad (agua) del aire de forma muy eficiente y no necesita del rocío matinal para adquirir su aspecto perlado. Zheng et al. han encontrado la razón física y han fabricado fibras artificiales que exhiben la misma capacidad de recolección de agua. En un futuro, estas fibras permitirán la fabricación de tejidos para prendas de vestir que imitarán a los escarabajos del desierto, en cuya espalda se ha observado un patrón de regiones hidrofóbicas e hidrofílicas micrométricas que les permite capturar agua del aire húmedo. Telas de araña para salvar al sediento en el desierto. Quizás, sólo futurología, pero quien sabe… Nos lo cuenta Magdalena Helmer, “Biomaterials: Dew catchers,” News and Views, Nature 463: 618, 4 February 2010, haciéndose eco del artículo científico de Yongmei Zheng et al., “Directional water collection on wetted spider silk,” Nature 463: 640-643, 4 February 2010.

Zheng et al. han estudiado fibras de seda de la araña Uloborus walckenaerius utilizando un microscopio electrónico. Han observado que el contacto inicial con el agua provoca que las fibras hidrofílicas se reestructuren generando nudos separados entre sí por hilitos donde la fibra es cuatro veces más delgada. El agua se condensa aleatoriamente en estos nudos y en las intersecciones o uniones entre fibras de la tela de araña. Las gotitas crecen mejor en las uniones acumulando humedad del aire hasta alcanzar un tamaño crítico a partir del cual se deslizan por los hilitos hasta acumularse en las gotas que se encuentran en los nudos, liberando la intersección para volver a repetir el ciclo de condensación y recolección. Zheng et al. han demostrado que la microestructura de las fibras de seda es fundamental para la recolección de agua. Los hilos de las telas de araña están formados por nanofibras distribuidas aleatoriamente que producen una superficie rugosa, pero las nanofibras en las uniones entre hilos están alineadas y presentan una superficie lisa. Esta diferencia es la responsable de la formación de un gradiente de energía superficial que provoca que las gotas de agua se deformen y sufran fuerzas de tensión superficial que dirige las gotas de agua desde los uniones entre fibras hasta los nudos en los hilos. La rugosidad de los hilos es debida a la orientación y al alineamiento de las nanofibras. Un gran trabajo de investigación que promete importantes repercusiones tecnológicas en la industria textil.

Publicado en Nature: Detectan metano en la atmósfera de un planeta extrasolar

El metano  (CH4) es un poderoso gas de efecto invernadero en las atmósferas planetarias. En la atmósfera terrestre, el que no tiene origen antropogénico, ha sido producido por bacterias anaerobias y microorganismos metanógenos. Por ello, las trazas de metano en la atmósfera de un planeta llevan a los astrobiólogos a pensar en vida extraterrestre. Por ejemplo, Titán, satélite de Saturno, presenta grandes cantidades de metano atmosférico, aunque se cree que es debido a la presencia de hielo superficial, rico en este compuesto. Se publica hoy en Nature la observación por primera vez de metano (emisión por fluorescencia de este compuesto) en un planeta extrasolar de tipo Júpiter, llamado HD 189733b, alrededor de una estrella de tipo Solar. Probablemente el origen de este metano es fotoquímico, se forma gracias al carbono, oxígeno e hidrógeno de su atmósfera por irradicación de su estrella. De hecho, la fluorescencia ocurre cuando un átomo absorbe un fotón, se excita a un nivel de energía más alto, y decae más tarde emitiendo luz con menor energía. La fluorescencia debida al metano observada por Swain et al. ya ha sido observada en planetas del sistema solar, como Júpiter y Saturno, y en Titán. En HD 189733b el fenómeno es muy intenso porque es un planeta tipo Júpiter muy cercano a su estrella (menos de una décima parte la distancia entre Mercurio y el Sol). El estudio de la atmósfera de los planetas extrasolares ofrecerá muchas sorpresas en los próximos años y habrá que estar atento a los nuevos descubrimientos. Nos lo cuenta Seth Redfield, “Extrasolar planets: Fluorescent methane spotted,” News and Views, Nature 463: 617-618, 4 February 2010, haciéndose eco del artículo técnico de Mark R. Swain et al., “A ground-based near-infrared emission spectrum of the exoplanet HD 189733b,” Nature 463: 637-639, 4 February 2010.

Publicado en Nature: Pequeños trozos de ARN (ARNmi) claves para la producción de células madre pluripotentes inducidas

Un avance revolucionario del año 2007 fue el descubrimiento de las células madre pluripotentes inducidas, que se podían reprogramar células adultas para que sean tan pluripotenciales como las células madre embrionarias. Un nuevo estudio muestra que la clave en esta reprogramación son los ARN micro (ARNmi), pequeños trozos de ARN no codificante (no se traducen a proteínas) que son complementarios a ciertos ARN mensajero (que sí se traducen en proteínas) y regulan la expresión de dicho ARNm, bloqueando la traducción de la proteína y facilitando la digestión del ARNm que es eliminado. Las células madre embrionarias muestran altos niveles de ARNmi embrionarios (como LIN-28, MYC, y ESCC) y bajos niveles del ARNmi de la familia de los let-7. Las células diferenciadas, por el contrario, presentan altos niveles de let-7 y bajos niveles de ARNmi embrionario. El nuevo trabajo de Melton et al. sugiere que para la reprogramación de células el camino más adecuado es la manipulación del contenido de ARNmi celular. Además, este descubrimiento tendrá repercusiones en el estudio de ciertos cánceres que se cree que son provocados por células embrionarias mal programadas. Quizás sea futurología, pero los ARNmi podrían ser parte de las estrategias terapéuticas para combatir los tumores cancerígenos. Nos lo cuenta Frank J. Slack, “Stem cells: Big roles for small RNAs,” News and Views, Nature 463: 616, 4 February 2010, haciéndose eco del artículo técnico de Collin Melton, Robert L. Judson, Robert Blelloch, “Opposing microRNA families regulate self-renewal in mouse embryonic stem cells,” Nature 463: 621-626, 4 February 2010.