Una nueva tecnología fotovoltaica se repara a sí misma/New Self-Assembling Photovoltaic Technology Repairs Itself

Las plantas son buenas haciendo algo que los científicos y los ingenieros llevan décadas esforzándose por lograr: convertir la luz del sol en energía almacenada y hacerlo, además, de forma fiable día tras día y año tras año. Ahora, algunos científicos del Instituto Tecnológico de Massachussets (MIT) han conseguido imitar un aspecto clave de ese proceso.
Uno de los problemas que tiene la captación de luz solar es que los rayos de sol pueden ser enormemente dañinos para muchos materiales. La luz solar provoca una degradación paulatina de muchos de los sistemas desarrollados para utilizarla. Pero las plantas han adoptado una estrategia interesante para hacer frente a ese problema. Desintegran continuamente las moléculas que capturan la luz y las vuelven a ensamblar desde el principio, de modo que las estructuras básicas que capturan la energía del sol siempre son, de hecho, completamente nuevas.
Ahora, ese proceso lo han imitado Michael Strano, titular de la cátedra adjunta de ingeniería química Charles y Hilda Roddey, y su equipo de investigadores y estudiantes de posgrado. Los investigadores han creado un novedoso conjunto de moléculas autoensamblables capaces de convertir la luz solar en electricidad. Estas moléculas pueden desintegrarse una y otra vez y luego volver a ensamblarse rápidamente con solo añadir o retirar una solución adicional. El artículo que han escrito sobre este trabajo se ha publicado el 5 de septiembre en Nature Chemistry.
Uno de los objetivos a largo plazo de las investigaciones de Strano ha sido encontrar modos de imitar los principios que se encuentran en la naturaleza utilizando “nanocomponentes”. En el caso de las moléculas que intervienen en la fotosíntesis de las plantas, la forma reactiva del oxígeno que se genera por acción de la luz solar hace que las proteínas se descompongan de un modo muy concreto. Según lo describe Strano, el oxígeno “suelta una correa que mantiene unida la proteína”, pero esas mismas proteínas vuelven a ensamblarse rápidamente para que se repita el proceso.
Esta acción tiene lugar dentro de unas diminutas cápsulas llamadas cloroplastos que se encuentran en todas las células vegetales (y que son el lugar donde se lleva a cabo la fotosíntesis). El cloroplasto es “una máquina asombrosa”, dice Strano. “Son unos extraordinarios motores que consumen dióxido de carbono y utilizan la luz para producir glucosa”, un compuesto químico que proporciona energía para el metabolismo.
Para imitar ese proceso, Strano y su equipo fabricaron unas moléculas sintéticas llamadas fosfolípidos que forman discos; estos discos proporcionan un soporte estructural a otras moléculas que son las que realmente reaccionan a la luz, dentro de estructuras llamadas centros de reacción, que liberan electrones cuando son golpeadas por las partículas de la luz.


Plants are good at doing what scientists and engineers have been struggling to do for decades: converting sunlight into stored energy, and doing so reliably day after day, year after year. Now some MIT scientists have succeeded in mimicking a key aspect of that process.
One of the problems with harvesting sunlight is that the sun's rays can be highly destructive to many materials. Sunlight leads to a gradual degradation of many systems developed to harness it. But plants have adopted an interesting strategy to address this issue: They constantly break down their light-capturing molecules and reassemble them from scratch, so the basic structures that capture the sun's energy are, in effect, always brand new.
That process has now been imitated by Michael Strano, the Charles and Hilda Roddey Associate Professor of Chemical Engineering, and his team of graduate students and researchers. They have created a novel set of self-assembling molecules that can turn sunlight into electricity; the molecules can be repeatedly broken down and then reassembled quickly, just by adding or removing an additional solution. Their paper on the work was published on Sept. 5 in Nature Chemistry
One of Strano's long-term research goals has been to find ways to imitate principles found in nature using nanocomponents. In the case of the molecules used for photosynthesis in plants, the reactive form of oxygen produced by sunlight causes the proteins to fail in a very precise way. As Strano describes it, the oxygen "unsnaps a tether that keeps the protein together," but the same proteins are quickly reassembled to restart the process.
This action all takes place inside tiny capsules called chloroplasts that reside inside every plant cell -- and which is where photosynthesis happens. The chloroplast is "an amazing machine," Strano says. "They are remarkable engines that consume carbon dioxide and use light to produce glucose," a chemical that provides energy for metabolism
To imitate that process, Strano and his team, produced synthetic molecules called phospholipids that form discs; these discs provide structural support for other molecules that actually respond to light, in structures called reaction centers, which release electrons when struck by particles of light

Tomado de/Taken from ScienceDaily/Plataforma SINC

Abstract of the paper
Photoelectrochemical complexes for solar energy conversion that chemically and autonomously regenerate
Moon-Ho Ham1,Jong Hyun Choi, Ardemis A. Boghossian, Esther S. Jeng, Rachel A. Graff, Daniel A. Heller, Alice C. Chang, Aidas Mattis, Timothy H. Bayburt, Yelena V. Grinkova, Adam S. Zeiger, Krystyn J. Van Vliet, Erik K. Hobbie, Stephen G. Sligar, Colin A. Wraight & Michael S. Strano
Nature, Published online: 05 September 2010 doi:10.1038/nchem.822

Abstract
Naturally occurring photosynthetic systems use elaborate pathways of self-repair to limit the impact of photo-damage. Here, we demonstrate a complex consisting of two recombinant proteins, phospholipids and a carbon nanotube that mimics this process. The components self-assemble into a configuration in which an array of lipid bilayers aggregate on the surface of the carbon nanotube, creating a platform for the attachment of light-converting proteins. The system can disassemble upon the addition of a surfactant and reassemble upon its removal over an indefinite number of cycles. The assembly is thermodynamically metastable and can only transition reversibly if the rate of surfactant removal exceeds a threshold value. Only in the assembled state do the complexes exhibit photoelectrochemical activity. We demonstrate a regeneration cycle that uses surfactant to switch between assembled and disassembled states, resulting in an increased photoconversion efficiency of more than 300% over 168 hours and an indefinite extension of the system lifetime

Nuevo material magnético basado en el grafeno/A new graphene based magnetic material

Un equipo internacional de investigadores (pertenecientes a la Virginia Commonwealth University (VCU), Universidad de Pekín, Academia China de Ciencias de Shanghai y la Universidad Tohoku de Sedai en Japón) ha diseñado un nuevo nano-material magnético basado en el grafito que actúa como semiconductor y que podría ayudar a fabricar componentes electrónicos, como micro-chips, de próxima generación.
El nuevo material se llama graphone (¿grafone?) y deriva del grafeno. El grafeno, creado por los científicos hace cinco años, es 200 veces más resitente que el acero, sus electrones son muy móviles y tiene propiedades ópticas y de transporte únicas.
Aunque las propiedades del grafeno pueden cambiarse de forma significativa al introducir defectos en su estructura o saturándole con hidrógeno, ha sido muy difícil manipularlo para hacerlo magnético.
Según Puru Jena, del departamento de Física de la VCU “El nuevo material que estamos prediciendo – grafone – es simplemente grafeno hecho magnético al controlar la cantidad de hidrógeno que se incorpora. Esto evita las dificultades anteriores asociadas a la síntesis de grafeno magnético”, y según Qiang Sun, también de la VCU, "uno de los impactos más importantes de esta investigación es que la semi-hidrogenación proporciona una forma única para el magnetismo a medida. La lámina resultante de graphone magnético tendrá posibilidades nunca vistas en aplicaciones de materiales basados en grafeno"

An international team of researchers (from Virginia Commonwealth University; Peking University in Beijing, China; the Chinese Academy of Science in Shanghai, China; and Tohoku University in Sedai, Japan) has designed a new graphite-based, magnetic nano-material that acts as a semiconductor and could help material scientists create the next generation of electronic devices like microchips.
The new material is called graphone, and it is derived from an existing material known as graphene. Graphene, created by scientists five years ago, is 200 times stronger than steel, its electrons are highly mobile and it has unique optical and transport properties.
Although graphene’s properties can be significantly modified by introducing defects and by saturating with hydrogen, it has been very difficult for scientists to manipulate the structure to make it magnetic.
“The new material we are predicting – graphone – makes graphene magnetic simply by controlling the amount of hydrogen coverage – basically, how much hydrogen is put on graphene. It avoids previous difficulties associated with the synthesis of magnetic graphene,” said Puru Jena, of the VCU Department of Physics.
“One of the important impacts of this research is that semi-hydrogenation provides us a very unique way to tailor magnetism. The resulting ferromagnetic graphone sheet will have unprecedented possibilities for the applications of graphene-based materials,” said Qiang Sun, of the same VCU team.

Tomado de/Taken from Science Daily

Vista por primera vez la imagen de una molécula /First image of a molecule

Científicos de IBM han obtenido la imagen de la "anatomía", estructura química, de una molécula con una precisión sin precedentes, empleando una técnica compleja denominada Microscopía de Fuerza Atómica sin contacto.
Los resultados llevan la exploración de moléculas y átomos a la escala más pequeña conocida, y podrían tener gran impacto sobre el campo de la nanotecnología, que busca entender y controlar los objetos más pequeños conocidos por el hombre.
La molécula, es el Pentaceno, una molécula achatada con 22 átomos de carbono y 14 atómos de hidrógeno, y que mide 1,4 nanómetros, aproximadamente 1 millón de veces más pequeña que un grano de arena. En la imagen experimental, se aprecian la forma hexagonal de los cinco anillos de carbono y los átomos de carbono están resueltos con claridad. Incluso se pueden deducir de la imagen, las posiciones de los átomos de hidrógeno.
Los resultados han sido publicados en el número del 28 de agosto de la revista Science



IBM scientists have been able to image the “anatomy” -- or chemical structure -- inside a molecule with unprecedented resolution, using a complex technique known as noncontact atomic force microscopy.
The results push the exploration of using molecules and atoms at the smallest scale and could greatly impact the field of nanotechnology, which seeks to understand and control some of the smallest objects known to mankind.
The chosen molecule is the Pentacene, an oblong organic molecule consisting of 22 carbon atoms and 14 hydrogen atoms measuring 1.4 nanometers in length. The spacing between neighboring carbon atoms is only 0.14 nanometers—roughly 1 million times smaller then the diameter of a grain of sand. In the experimental image, the hexagonal shapes of the five carbon rings as well as the carbon atoms in the molecule are clearly resolved. Even the positions of the hydrogen atoms of the molecule can be deduced from the image.
The result have been published in the 28 August 2009 issue of the Science magazine

Tomado de/Taken from Science Daily

Resumen de la publicación/Abstract of the scientific paper
The Chemical Structure of a Molecule Resolved by Atomic Force Microscopy
Leo Gross, Fabian Mohn,Nikolaj MollPeter Liljeroth and Gerhard Meyer1
Science, 325 (5944)1110-1114(2009)
DOI: 10.1126/science.1176210
Abstract
Resolving individual atoms has always been the ultimate goal of surface microscopy. The scanning tunneling microscope images atomic-scale features on surfaces, but resolving single atoms within an adsorbed molecule remains a great challenge because the tunneling current is primarily sensitive to the local electron density of states close to the Fermi level. We demonstrate imaging of molecules with unprecedented atomic resolution by probing the short-range chemical forces with use of noncontact atomic force microscopy. The key step is functionalizing the microscope’s tip apex with suitable, atomically well-defined terminations, such as CO molecules. Our experimental findings are corroborated by ab initio density functional theory calculations. Comparison with theory shows that Pauli repulsion is the source of the atomic resolution, whereas van der Waals and electrostatic forces only add a diffuse attractive background.

Nanopartículas que actúan como perros pastores/Nanoparticles acting like shepherd dogs

El poder del magnetismo podría resolver un gran problema que que tienen los bioingenieros cuando tratan de crear nuevo tejidos: obenter células humanas que no solo formen estructuras, sino estimular la aparición de vasos sanguíneos pero alimentar ese crecimiento.
Un equipo multidisciplinar de investigadores de las Universidades de Duke, Case Western Reserve y Massachusets- Amherst han desarrollado un entorno en el que partículas magnéticas suspendidades en una disolución especial, actúan como perros pastores moleculares. Al responder a campos magnéticos externos, los pastores alinean en columnas las células flotantes para formar cadenas que pueden a su vez juntarse para formar tejidos y órganos humanos.
Según los investigadores, las células no solo se adhieren unas a otras después de contactar, sino que esas configuraciones alineadas pueden promover o acelerar la creación y crecimiento de vasos sanguíneos finos. Las nanopartículas ferrosas están suspendidas en un liquido llamdo ferrofluido, dentro del que se magnetizan en presencia de un campo externo, lo que permite a los investigadores manipular la formación de cadenas celulares, variando la fuerza del campo magnético.
Al final del proceso, las nanopartículas simplemente se lavan y eliminan, dejando una cadena lineal de células. El que las células permanezcan vivas, sanas y relativamente inalteradas sin daños originados por el proceso, es uno de los mayores avances de esta nueva técnica, sobre otras estrategias que tabién usan el magnetismo.

The power of magnetism may address a major problem facing bioengineers as they try to create new tissue -- getting human cells to not only form structures, but to stimulate the growth of blood vessels to nourish that growth.
A multidisciplinary team of investigators from Duke University, Case Western Reserve University and the University of Massachusetts, Amherst created an environment where magnetic particles suspended within a specialized solution act like molecular sheep dogs. In response to external magnetic fields, the shepherds nudge free-floating human cells to form chains which could potentially be integrated into approaches for creating human tissues and organs.
The cells not only naturally adhere to each other upon contact, the researchers said, but the aligned cellular configurations may promote or accelerate the creation and growth of tiny blood vessels. The iron-containing nanoparticles used by the researchers are suspended within a liquid known as a ferrofluid, where they become highly magnetized in the presence of external magnetism, which allows researchers to readily manipulate the chain formation by altering the strength of the magnetic field.
At the end of the process, the nanoparticles are simply washed away, leaving a linear chain of cells. That the cells remain alive, healthy and relatively unaltered without any harmful effects from the process is one of the major advances of the new approach over other strategies using magnetism.

Tomado de /Taken from Science Daily

Puntos cuánticos atómicos individuales/Single atomic quantum dots

Los puntos cuánticos individuales creados por los investigadores del Instituto Nacional de Canadá para la Nanotecnologí­a y la Universidad de Alberta, hacen posible un nuevo nivel de control sobre electrones individuales, un desarrollo que pone de repente a nuestro alcance dispositivos basados en puntos cuánticos.
Compuestos por un único átomo de silicio y midiendo menos de un nanómetro de diámetro, se trata de los puntos cuánticos más pequeños jamás creados. Los puntos cuánticos tienen extraordinarias propiedades electrónicas, como el poder almacenar los habitualmente esquivos y veloces electrones. Esto permite que las interacciones controladas entre electrones puedan utilizarse para hacer cálculos computacionales. Hasta ahora, los puntos cuánticos solo eran utilizables a temperaturas muy bajas e imprácticas, pero los nuevos puntos cuánticos de tamaño atómico, se obtienen a temperatura ambiente.
Los puntos cuánticos atómicos individuales tiene otra ventaja, el control significativo sobre electrones individuales usando energías muy pequeñas. El lider del proyecto de investigación, Robert A. Wolkow, ve este control de baja energía, como la clave de la utilización de puntos cuánticos en dispositivos electrónicos basados en silicio enteramente novedosos, tales como ordenadores que utilicen energías ultra bajas.


Single atom quantum dots created by researchers at Canada’s National Institute for Nanotechnology and the University of Alberta make possible a new level of control over individual electrons, a development that suddenly brings quantum dot-based devices within reach.
Composed of a single atom of silicon and measuring less than one nanometre in diameter, these are the smallest quantum dots ever created. Quantum dots have extraordinary electronic properties, like the ability to bottle-up normally slippery and speedy electrons. This allows controlled interactions among electrons to be put to use to do computations. Until now, quantum dots have been useable only at impractically low temperatures, but the new atom-sized quantum dots perform at room temperature.
The single atom quantum dots have also demonstrated another advantage – significant control over individual electrons by using very little energy. The research project leader, Robert A. Wolkow, sees this low energy control as the key to quantum dot application in entirely new forms of silicon-based electronic devices, such as ultra low power computers .

Tomado de/Taken from Science Daily

Sumio Iijima

El premio Príncipe de Asturias de Investigación Científica y Técnica 2008, el profesor Sumio Iijima, ha impartido, hoy 22 de octubre, una conferencia en la Facultad de Ciencias de la Universidad de Valladolid bajo el título "Atomic structures of carbon nanotubes and related materials". El profesor Iijima es considerado el descubridor de los nanotubos de carbono. Aunque dichas estrcturas habían sido observadas antes de su "descubrimiento", una publicación científica de Iijima en 1991, generó un inetrés sin precedentes en las nanoestructuras de carbono, que ha alimentado desde entonces las investigaciones en el área de la nanotecnología. The Professor Sumio Iijima, Prize "Principe de Asturias 2008" to Scientifical and Technical Research, has given a lecture, today october 22nd, in the Faculty of Sciences of the University of Valladolid (Spain) with the title "Atomic structures of carbon nanotubes and related materials". The Professor Iijima is considered as the discoverer of carbon nanotubes. Although carbon nanotubes had been observed prior to his "discovery"1, Iijima's 1991 paper generated unprecedented interest in the carbon nanostructures and has since fueled intense research in the area of nanotechnology Vea estos videos sobre nanotubos/See two videos about nanotubes