martes, 30 de junio de 2015

Propiedades catalíticas del oro

Por Wilson González-Espada, Ciencia Puerto Rico






Científicos de la Universidad de Puerto Rico en Mayagüez publicaron un estudio describiendo el uso de este metal precioso como catalizador.

Los elementos químicos se dividen en tres grupos principales basados en sus propiedades físicas y químicas: metales, no-metales y metaloides. Los metales son la mayoría y, con excepción del mercurio, todos son sólidos.

Pero no todos los metales tienen propiedades idénticas. Existe un grupito al que se conoce como “metales nobles”, ya que son extremadamente resistentes a la corrosión y a la oxidación. Algunos ejemplos son la plata, el cobre y el oro.

En cierta manera, el oro es como el patito feo de los metales. Su color amarillo es único, contrario a la mayoría de los metales que son grisáceos. El oro, en su estado puro, es demasiado blandito y se deforma con facilidad, a menos que se mezcle con otros metales.  No tiene la resistencia del titanio, ni la reflectividad del cromio, ni la abundancia del hierro o el aluminio.





En las últimas décadas, sin embargo, los científicos están descubriendo que el oro es mucho más que un simple metal para hacer joyería, si no que puede usarse como catalizador. Un catalizador es una sustancia que hace que un grupo de reacciones químicas ocurra más rápido, pero sin que el catalizador se “gaste” o “use” en el proceso. Básicamente, el catalizador se convierte en un compuesto intermedio, pero una reacción química al final del proceso lo convierte de regreso a la sustancia original.

La industria de los catalizadores genera $900 mil millones de dólares anualmente. El 90% de todos los productos químicos producidos comercialmente a nivel mundial usan catalizadores en su manufactura.

Por ejemplo, el sistema de escape de gases (“muffler”) de muchos vehículos está conectado a un convertidor catalítico. El mismo usa platino y paladio para convertir contaminantes como el óxido nítrico, monóxido de carbono e hidrocarburos en moléculas más simples y no tóxicas, como el nitrógeno, el oxígeno, el vapor de agua y el bióxido de carbono.

Un problema que la industria de los catalizadores enfrenta es que la selección de catalizadores para cada proceso de manufactura se tiende a hacer de forma empírica, lo que quiere decir que hay que hacer experimentos y tratar diferentes sustancias hasta encontrar la mejor. Este método es costoso y toma mucho tiempo.

Un grupo de científicos, entre ellos Yohaselly Santiago Rodríguez y María Curet Arana, del Departamento de Ingeniería Química, Recinto de Mayagüez de la Universidad de Puerto Rico, usaron un método teórico basado en mecánica cuántica para descubrir si el oro podría usarse como un metal catalizador de manera costo-efectiva. Este estudio se hizo junto a investigadores de la Universidad de Wisconsin en Madison mediante el programa “Wisconsin-Puerto Rico Partnership in Research and Education”, y fue subvencionado por la Fundación Nacional de las Ciencias.

Los investigadores examinaron cómo átomos (por ejemplo, de hidrógeno, oxígeno, azufre, cloro) y moléculas (por ejemplo, de monóxido de carbono, óxido nítrico, bicarbonato y cianuro) interactuaban con la superficie de los átomos de oro. En total, 26 sustancias fueron estudiadas.

En el estudio se calcularon varios parámetros, tales como cuánta energía necesitan estas partículas para ser atraídas (o zafarse) de los átomos de oro, si las partículas son atraídas directamente a un átomo de oro o en el espacio entre átomos, y qué geometrías se crean durante este proceso. Todos los datos ayudaron a Yohaselly, María y sus colegas a predecir qué reacciones químicas el oro ayuda a completar mejor.

En general, se descubrió que el oro es un mejor catalizador para crear moléculas más grandes usando átomos o moléculas simples. Dos ejemplos son la conversión de monóxido a bióxido de carbono, y la conversión de óxido nítrico a nitroxilo. En el proceso de descomponer moléculas grandes en otras de menor tamaño, el oro no es tan buen catalizador comparado con otros metales.

Los investigadores también descubrieron qué productos intermedios podrían producirse en el proceso de catálisis con oro. Esto es importante para maximizar el uso de materia prima y reducir los productos secundarios de desecho. Conocer las propiedades catalíticas del oro también contribuiría a saber qué procesos de manufactura se podrían realizar a baja temperatura, y cuáles procesos son ambientalmente amigables.

Una limitación al usar oro como catalizador es su alto costo. Sin embargo, los científicos han notado que la interacción entre átomos de oro y otras moléculas ocurre solamente en la superficie, así que los átomos dentro de este metal precioso no contribuyen al proceso.

Para superar esta limitación, podrían usarse superficies extremadamente finas, de tan sólo 10-20 átomos de oro en espesor. Por ejemplo, usando estas nanosuperficies, como se les conoce, un gramo de oro podría cubrir todo un parque de béisbol. Mejor aún, el mismo gramo de oro podría usarse en miles de convertidores catalíticos.



Los resultados de este estudio se publicaron en la revista profesional Surface Science.

El autor es Catedrático Asociado en Física y Educación Científica en Morehead State University y es miembro de Ciencia Puerto Rico (www.cienciapr.org).




domingo, 28 de junio de 2015

El Interruptor de la conciencia -La perspectiva de la conciencia desde la neurociencia -


Ángela León Cáceres




Entre conversaciones, libros y publicaciones siempre queda en discusión esa la tan extraña naturaleza de la conciencia humana. Ciertamente, desde la antigua Grecia hasta hoy en día, se mantiene abierta la pregunta referente a ¿qué es la conciencia?
Efectivamente, su definición abarca una gran polémica; la relación mente-cuerpo definitivamente sale a la luz cada vez que la conciencia entra en discusión. Para no abordar el estudio de la conciencia desde todos sus ámbitos, vamos a comenzar por recordar eso que seguramente todos una vez estudiamos en la escuela primaria: la conciencia como un sustantivo abstracto.
Desde esa perspectiva, aparentemente simple, podemos abordar a la conciencia. Si abrimos la página 415 del Tomo III del diccionario de la Real Academia Española, seguramente encontraremos que la conciencia viene del latín conscientia, definida como “Propiedad del espíritu humano de reconocerse en sus atributos esenciales y en todas las modificaciones que en sí mismo experimenta”, también se encontrará la referente a la “Actividad mental a la que solo puede tener acceso el propio sujeto”.  Con esta afirmación lingüística y a lo largo de los trescientos años de historia de la Real Academia Española, un grupo de investigadores de la Universidad George Washington, en julio de 2014 desafía a lo siempre conocido al encontrar aparentemente el interruptor de la conciencia durante un caso de estudio en una mujer con epilepsia.
A pesar de que existen varios estudios dedicados al entendimiento del cerebro humano, se sabe poco sobre las redes neuronales que podrían ser las responsables de activar a la conciencia. Algunas indagaciones suponen el hecho de que la conciencia es el resultado de la integración de numerosas áreas del cerebro. De hecho, una de las investigaciones más importantes en esta área fue desarrollada por Francis Crick, el mismo gran científico que es conocido por su trabajo conjunto con James Watson, al identificar la estructura del ADN en 1953 y ganar el Premio Nobel de Medicina y Fisiología en 1962.



Francis Crick (derecha) y Watson(izquierda) junto a la estructura del ADN. Dominio público tomada de: (http://www.timeshighereducation.co.uk/news/mrc-100-years-of-gratitude/2004881.article)


Francis Crick y su colega Christof Koch, propusieron una hipótesis en la que la delgada zona cerebral conocida como el claustro- del latín claustrum- podría ser la clave para comprender a la conciencia. Aunque el claustro sea una de las estructuras macroscópicas cerebrales sobre las cuales menos conocimiento la ciencia posee, de acuerdo al estudio de Crick y Koch, ésta puede ser la responsable de encender y apagar la conciencia.



Ubicación del claustro en la región cerebral. (Imagen adaptada de cd de Anatomia Netter) Dominio público


Durante el estudio en la mujer con epilepsia de los científicos de la Universidad de Washington, se estimularon eléctricamente diferentes áreas del cerebro; esto se debió a que la epilepsia sufrida por esta mujer le provocaba anormalidades en la actividad eléctrica de su cerebro; teniendo como consecuencia la incapacidad de frenar o inhibir los impulsos eléctricos entre neuronas. Estas descargas eléctricas excesivas se conocen comúnmente como ataques o crisis epilépticas. En el intento de estos científicos de conocer el origen de las anormalidades en la actividad eléctrica del cerebro de la mujer, resultó que la estimulación situada a la izquierda del claustro y en la parte anterior-dorsal de la ínsula cerebral, causó que la mujer empiece a perder progresivamente la conciencia. Esta pérdida de conciencia se vio representada a través de la súbita pérdida de movilidad, bajo ritmo respiratorio y la disminución de su capacidad de respuesta. Pero más sorprendente aún es el hecho de que cuando los científicos dejaron de enviar estos impulsos eléctricos, la mujer inmediatamente recuperó la conciencia sin saber si quiera qué es lo que había sucedido pocos instantes atrás. Esta repetición de estímulos se dio durante dos días consecutivos, teniendo exactamente el mismo resultado en la mujer. Sin embargo, para confirmar que esta estimulación eléctrica no estaba interfiriendo en el control motor o el habla, los científicos le solicitaron a la mujer que repitiese una palabra o una actividad motora antes y durante la estimulación. El resultado fue sorprendente, la mujer empezó a perder gradualmente su capacidad motora y el habla hasta quedar inconsciente.
Aunque no se han realizado más casos de estudio en referencia a este tema y considerando que la mujer padecía de epilepsia; muchos expertos han dicho que este posible descubrimiento del interruptor de la conciencia llegaría a no ser válido. Sin embargo, lo cierto es que este paso significativo en la ciencia nos deja esa duda. ¿Acaso la conciencia es la única que puede hablar por si misma? O verdaderamente ¿nos podríamos encontrar frente al posible interruptor de la conciencia?


Referencias
http://lema.rae.es/drae/?val=conciencia

jueves, 2 de abril de 2015

CERVECIENCIA - HUMANOS 2.0


“Sólo hay una guerra que puede permitirse el ser humano: la guerra contra su extinción”
Isaac Asimov

Hoy en día, la ingeniería genética, así como tecnologías que se encuentran en fase experimental como la nanotecnología, la inteligencia artificial y la colonización espacial, forman parte del ámbito de discusión y nos acercan más y más a que estas tecnologías sobrepasen la ficción.

¿Podría una máquina tener conciencia? ¿Llegará un punto en que un humano pueda ser reemplazado por una maquina? Estas y otras preguntas nacen de la temática de la introducción de nuevas tecnologías que se ha venido manejando en el último siglo.

Ciertos pensadores  estudian los posibles beneficios y peligros de las nuevas tecnologías que podrían superar las limitaciones humanas fundamentales, como también la tecnoética de desarrollar y usar esas tecnologías.



viernes, 6 de marzo de 2015

Ciencia en Ecuador: Nueva trampa para capturar vectores de Leishmania

Escrito por Andrés Carrazco Montalvo (@AndresRCM
Editor: Daniel Romero-Álvarez (@Vakdaro)

Los machos de Lutzomyia sps. (arriba) se alimentan de néctar; son las hembras las que necesitan de la sangre, rica en proteínas, para el desarrollo de sus huevos. Durante el proceso, transmiten el parásito a sus hospederos definitivos.  



Los flebótomos, también llamados moscas de arena (por su color), son considerados vectores o “vehículos” que transportan y transmiten agentes infecciosos causantes de enfermedades como: bartonelosis y leishmaniasis. La última se produce por el flebótomo del género Phlebotomus en el Viejo Mundo y el género Lutzomyia en el Nuevo Mundo. Éste causa infección cuando transporta al parásito Leishmania, que de acuerdo a su especie, puede generar daños de tipo cutáneo, subcutáneo y visceral en la población que se ubica en zonas tropicales de países como Ecuador.

Para estudiar el endemismo, comportamiento, ubicación geográfica e incidencia de estos vectores, es necesario realizar colectas de muestras que sean útiles para realizar análisis estadísticos, poblacionales y epidemiológicos. Con el transcurso del tiempo se han diseñado distintos tipos de trampas que facilitan estos trabajos.

En un estudio realizado por Hashiguchi y su equipo, en 4 zonas tropicales de Ecuador, entre los años 2013-2014, se lograron colectar un total de 1 480 flebótomos hembras pertenecientes a 25 especies de Lutzomyia. Para la colecta se utilizaron tres tipos de trampas:

   .- La trampa mini-Shannon, con la que se colectaron 417 especímenes (28.2 %)
   .- La trampa de luz CDC, que arrojó 259 especímenes (17.5%)
   .- El método “human landing”, donde se obtuvo 804 especímenes (54.3%)

Como se observa los datos de muestreo varían, lo que pudo haber ocurrido debido a factores ambientales, de ubicación o hasta por el tipo de trampa que se utilizó.

Sin embargo, estos resultados no solo indican la presencia del vector de Leishmania, sino también, han dado lugar al desarrollo de la nueva trampa “mini-Shannon” antes mencionada. Esta trampa pesa tan solo 300 gramos, tiene un diseño similar a una carpa cuadrada sin base, compuesta por algún tipo de cebo y con luz de tipo LED que atrae a los flebótomos.

Además, la trampa trae beneficios al investigador, porque demanda menos gastos económicos que la trampa de luz CDC, no trae riesgos elevados como el método “human landing” (donde el ser humano actúa como cebo para los vectores), y en especial, debido a su peso y tamaño permite el muestreo en zonas de difícil acceso como lugares boscosos, rocosos y estrechos localizados en Ecuador.

El encontrar estos nuevos métodos de captura permite que aumente el rango de muestreo, obteniendo muestras de lugares poco comunes y elevando el nivel de investigación y conocimiento científico de la leishmaniasis en Ecuador y, en un futuro, en el mundo.

El artículo original disponible (open-acces) en: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4287492/