El grafeno, el material sobre el que se basan 10 tecnologías emergentes de 2008, ha sido noticia todo el año. En julio, los investigadores que pasaron la punta de un microscopio atómico de fuerzas por las planchas de carbono que tenían el grosor de un átomo, confirmaron que es el material más fuerte que jamás se haya probado. Pero la mayoría de la comunidad del grafeno, incluso Kostya Novoselov, uno de los primeros en hacer grafeno y uno de los 35 innovadores principales de menos de 35 años para TR en 2008, está interesado en las propiedades eléctricas del grafeno. El mes pasado dos grupos de investigadores diferentes informaron que habían hecho transistores rápidos de grafeno que se podían utilizar para comunicaciones inalámbricas. Otros investigadores enfrentaron el problema de fabricar grafeno. Novoselov y sus colaboradores originalmente hicieron planchas de hidrocarburo que tenían el grosor de un átomo al aplastar el grafito entre dos capas de cinta. Pero se necesitarán tecnologías más escalables para la fabricación del grafeno para que el material sea adoptado por la industria de los chip. Un grupo en la Universidad de California, Los Ángeles, desarrolló un método simple para hacer planchas grandes de grafeno al disolver el grafito en hidracina.

La Seguridad en la Nanomedicina y en los Nanomateriales

Los investigadores realizaron una cantidad de avances al comprender cómo hacer nanomateriales que transporten una droga directamente a las células enfermas del cuerpo. Esto deberá mejorar la eficacia y la seguridad de las terapias para cáncer y muchas otras enfermedades. Hallaron que nanopartículas con la forma de bacterias funcionaban mejor dentro de las células y desarrollaron métodos para llevar las drogas a los aparatos subcelulares acertados logrando progresos importantísimos en desarrollar agentes para acarrear ARN. El acarreo ha sido uno de los mayores obstáculos para una técnica terapéutica prometedora llamada interferencia del ARN, que utiliza filamentos de ARN para amortiguar la actividad de los genes de enfermedades. Un método para rastrear grandes cantidades de transportadores de moléculas grasas permitió a la empresa Alnylam Pharmaceuticals crear transportadores que acarrean ARN a las células respiratorias y otros blancos en ratones.

Sin embargo, hubo algunas malas noticias este año respecto a la seguridad de los nanomateriales. Dos estudios realizados en ratones sugieren que los nanotubos de carbono podrían reaccionar como el asbesto en los pulmones provocando cáncer. Si al igual que el asbesto, los nanotubos pueden inhalarse fácilmente es sólo una de las muchas preguntas pendientes. Los nanomateriales son diversos en su química y su estructura, y es difícil generalizar respecto a su seguridad. Este año, un estudio intentó enfrentar esta diversidad. Los investigadores desarrollaron un método para analizar un grupo diverso de nanomateriales en grandes cantidades y en distintos tipos de células humanas.

Electrónica Estirable, Flexible y Ponible

Otros investigadores integraron los nanotubos de carbono a un buen número de dispositivos. Investigadores en Japón crearon un circuito electrónico estirable al agregarle nanotubos de carbono a un polímero, creando un material que podía usarse para visualizadores estirables y simples ordenadores con los cuales enfundar los muebles. En China, los investigadores hicieron parlantes delgados y transparentes a partir de nanotubos de carbono. Y los investigadores en Illinois crearon circuitos eléctricos estirables de silicio cuyo rendimiento equivale al de sus homólogos rígidos.

Al cubrir hilo de algodón con una mezcla de nanotubos de carbono y polímero conductor, los investigadores en Michigan hicieron telas que pueden realizar computación sofisticada y actuar como biosensores ponibles, cuya sensibilidad a las moléculas biológicas rivaliza con la de los diagnósticos convencionales.

Resistente, Fuerte y Pegajoso

Algunos de los materiales más geniales del año fueron posibles al imitar detalles a nanoescala de estructuras naturales. Durante años, y con éxito limitado, los investigadores han estado tratando de hacer materiales que fueran resistentes como el nácar, el material que recubre el interior de las conchas marinas. Este año, los científicos de materiales crearon una cerámica nueva que es mejor que el nácar; el cual podría utilizarse como material estructural para edificios y vehículos en el futuro. Al igual que el nácar, la cerámica nueva está compuesta por un material duro y otro pegajoso. Los investigadores finalmente superaron al geco, que utiliza conjuntos de pelos a nanoescala en sus patas para escalar paredes y techos. Conjuntos de nanotubos de carbono con dos capas: una con alineación vertical y la otra enmarañada, imitan las estructuras de las patas de los gecos pero son 10 veces más adherentes.

Imágenes de Super Resolución y un Microscopio por $ 10.

Generalmente se elogian los metamateriales por su potencial para dirigir la luz alrededor de un objeto y esconderlo completamente. Este año trajo los primeros diseños de metamateriales acústicos que aislarán completamente a los objetos de los sonidos. Pero es probable que las primeras aplicaciones de metamateriales, que consisten generalmente de metales estructurados cuidadosamente a nano o micro escalas para modificar su interacción con la luz, se utilicen en la obtención de imágenes de super-resolución. Microscopios ópticos con resoluciones en la escala de moléculas biológicas ayudarán a los biólogos a entender no sólo cuáles son las proteínas que están obrando en células enfermas, sino también cómo interactúan con otras moléculas para causar enfermedades. Nicholas Fang, de la Universidad de Illinois, está usando metamateriales que consisten en metales estructurados a nano escala para crear super lentes, que aumentarán la resolución de los microscopios ópticos biológicos en una orden de magnitud.

Otros grupos están utilizando un enfoque distinto para la obtención de imágenes de súper-resolución, desarrollando sondas fluorescentes nuevas y sistemas ópticos nuevos para que sean visibles los mecanismos de las células. Los microscopios ópticos 3-D de alta resolución permitieron a los investigadores observar por primera vez los mecanismos internos del metabolismo de las mitocondrias; la organela subcelular que le da energía a las células.

Mientras tanto, un microscopio con un precio de $ 10 se ha desarrollado este año en Caltech utilizando materiales iniciales baratos, incluyendo microfluídica y los mismos chips sensibles a la luz que se hallan en las cámaras digitales. Su calidad de imagen equivale a la de los microscopios convencionales. Si se incorpora a un PDA (asistente digital personal), se podría llevar la tecnología de imágenes sofisticadas a los médicos rurales.

Biomateriales

Este año los investigadores en la Universidad Tufts han demostrado que pueden utilizar proteínas de los capullos de seda para fabricar dispositivos ópticos biodegradables. Esperan que sus dispositivos eventualmente se implanten durante la cirugía y se utilicen para monitorizar pacientes para buscar señales de recuperación.

En este año también se  han visto adelantos en los materiales para la ingeniería de los tejidos. Ha sido difícil imitar las estructuras del corazón, hígado y otros tejidos en el laboratorio. Un polímero que se estira creado en el MIT puede soportar la tensión mecánica del tejido de un corazón que late, y su estructura de panal de abejas ayuda a que las células del músculo cardíaco se orienten naturalmente, lo que conducirá a que los parches de implantes de tejido cardíaco se contraigan como el músculo cardíaco verdadero.