El modelado de la formación de nanopartículas de óxido de zinc podría proporcionar nuevas ideas sobre cómo se forman los copos de nieve, así como ayudar a la investigación de dispositivos a nanoescala, dicen científicos chinos.

Los copos de nieve se forman en la atmósfera a través de cristalización y procesos de fusión. Lo que ocurre exactamente es uno de los grandes misterios de la naturaleza. Descubrir este misterio es de relevancia científica porque proporcionaría conocimientos sobre la dinámica de crecimiento de cristales y formación del patrón durante la solidificación. Esto podría ayudar en dispositivos a nanoescala de automontaje.

Hong-Jun Gao y su equipo de la Academia China de Ciencias en Beijing han descubierto que sintetizando nanopartículas ZnO en condiciones apropiadas, se forman en la superficie patrones simétricos similares a copos de nieve.

El equipo de Gao utilizó simulaciones de Monte Carlo para investigar el mecanismo de formación de las nanopartículas, la cual, ellos creen tiene paralelos con la formación de copos de nieve.

El patrón formado depende de la cobertura de superficie de las nanopartículas, dice Gao. Cuando la cobertura es baja, las ramas principales del copo de nieve crecen más rápido que las ramas laterales debido al efecto de detección que impide la agregación de las partículas entre las ramas principales y conduce a patrones en forma de estrella. Cuando la cobertura es alta, las ramas laterales crecen más rápido, produciendo patrones en forma de hoja.

Habiendo explorado cómo estos materiales están relacionados con la naturaleza, los equipos ahora planean mirar cómo estos materiales podrían ser usados en aplicaciones electrónicas.

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Investigadores del California Institute of Technology (Caltech) han ideado una nueva técnica, utilizando una hoja de carbono de un solo átomo de espesor, para visualizar la estructura de las moléculas.

La técnica, que se utilizó para obtener las primeras imágenes directas de cómo el agua recubre las superficies a temperatura ambiente, también puede utilizarse para crear la imagen de un número potencialmente ilimitado de otras moléculas, incluyendo anticuerpos y otras biomoléculas.

“Casi todas las superficies tienen una capa de agua sobre ellas”, dice James Heath, profesor de química en Caltech, “y que el agua domina propiedades interfaciales” – propiedades que afectan al uso y desgaste en esa superficie. Mientras que los recubrimientos superficiales de agua son ubicuos, son también muy duros de estudiar, porque las moléculas de agua están “en constante cambio y no se quedan quietas el tiempo suficiente para permitir mediciones”, dice.

Por accidente, Heath y sus colegas desarrollaron una técnica para precisar las moléculas que se mueven, en condiciones de temperatura ambiente. Un accidente muy afortunado, considerando que si los datos de una sola molécula podrían revelar la estructura bruta, los datos de 10 revelarán rasgos más finos – y computacionalmente el montaje de los datos de 1.000 moléculas idénticas pueden revelar cada rincón y grieta atómica.

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Investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) de Estados Unidos han desarrollado un proceso simple para producir nanocristales que permitirán estudios de ciertas propiedades físicas y químicas que afectan el modo en que las nanopartículas interactúan con el mundo que les rodea. Esto con el fin de comprender los riesgos ambientales, de salud y seguridad de estas partículas.

Debido a que las nanopartículas se comportan de forma diferente a partir de muestras en masa del mismo material, se deben desarrollar nuevas pruebas para comprender cómo afectan a los sistemas biológicos. Precisamente, científicos del NIST describen un proceso de un solo paso que les permite controlar el tamaño, la forma y la composición de nanocristales de aleación oro-cobre para crear nanocubos con bordes perfectos tan pequeños como 3,4 nanómetros.

Los investigadores combinaron y calentaron precursores de oro y de cobre con otras sustancias químicas para producir nanocubos muy cristalinos, homogéneos y perfectos con producción abundante. Para estudiar el proceso de formación, sacaron muestras de 1 hora, 1,5 horas, 5 horas y 24 horas y encontraron que sólo cinco horas fueron necesarias para producir nanopartículas perfectamente cúbicas de tamaño uniforme. Al ajustar los porcentajes de las sustancias químicas en la solución original y el tiempo de reacción, fueron capaces de controlar con precisión el tamaño, forma y composición de los nanocubos.

El proceso desarrollado por el NIST para la creación de estos nanocubos permitirá a toxicólogos alterar sistemáticamente una de las características de los nanocubos y observar cómo afecta el cambio a la respuesta biológica.

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Investigadores de Stanford han desarrollado un nuevo filtro de alta velocidad y de bajo costo que podría aplicarse fácilmente para purificar el agua en países emergentes.

En lugar de atrapar físicamente las bacterias como hacen la mayoría de los filtros existentes, el nuevo filtro permite su paso con el agua. Pero para cuando los agentes patógenos hayan pasado, también habrán muerto, ya que el dispositivo los mata con un campo eléctrico que corre a través de un algodón nano-recubierto altamente conductivo.

En pruebas de laboratorio, más del 98 por ciento de las bacterias Escherichia coli que fueron expuestas a 20 voltios de electricidad en el filtro durante unos segundos murieron. Varias capas de tela fueron usadas para hacer el filtro de 2,5 pulgadas de grosor.

“Esto realmente es un método de tratamiento de agua para matar los agentes patógenos”, dijo Yi Cui, profesor asociado de ciencia de materiales e ingeniería. “Fácilmente se puede utilizar en zonas remotas donde la gente no tiene acceso a tratamientos químicos como el cloro.”

Cólera, fiebre tifoidea y hepatitis se encuentran entre las enfermedades transmitidas por el agua que son un problema constante en los países en desarrollo. Cui dice que el nuevo filtro podría utilizarse en sistemas de purificación de agua desde ciudades hasta pequeños poblados.

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A los niños gravemente enfermos que son tratados en Alder Hey no se les permite a menudo jugar con la piscina de juguetes del hospital debido a los temores de que las infecciones se pasen entre pacientes. Temores que se ven reforzados porque algunos de los niños pueden tener un sistema inmune débil como resultado de su tratamiento.

El cristal líquido, el cual es seguro y completamente inerte, forma una capa invisible y flexible en la superficie de un objeto y repele suciedad y mugre.

“Vemos a los juguetes en el mismo marco que cualquier otro dispositivo médico que tenga que ser limpiado y descontaminado. Una vez que el juguete está cubierto con el cristal líquido, usted no puede ver ninguna diferencia en absoluto. Creo que tiene un gran potencial no sólo para los juguetes, sino para otros ajustes del hospital”, dijo Pauline Bradshaw, directora de operaciones de infección, prevención y control en Alder Hey.

Neil McClelland, jefe del proyecto desarrollado por una compañía llamada Nanopool, dijo que el recubrimiento de cristal líquido es de unos pocos millones de un milímetro de espesor y que las fuerzas electrostáticas en la película a nanoescala repelen el agua y la suciedad.

“Las pruebas demuestran que podemos reducir la carga bacteriana entre un 25 y un 50 por ciento de un solo golpe y sospecho que puede ser mayor con un método de limpieza hecho a medida que estamos desarrollando”, dijo McClelland.

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