Estudian cómo obtener la síntesis en una única etapa de nuevos nanomateriales con una actividad superior anti SARS-CoV-2

El grupo de investigación de Química Teórica y Computacional de la Universitat Jaume I de Castelló (España), dirigido por el profesor Juan Andrés Bort en colaboración con un equipo investigador del Centro para el Desarrollo de Materiales Funcionales (CDMF) del Brasil, liderado por el profesor Elson Longo, trabaja actualmente en la síntesis, en una única etapa, de nuevos nanomateriales basados en compuestos formados por nanopartículas (NPs) de plata y wolframato de plata, a-Ag2WO4, con una actividad superior anti SARS-CoV-2.

La pandemia causada por este virus se ha convertido en un problema crítico y la obtención de nuevos materiales para eliminar y prevenir el contagio es una prioridad para los centros de I+D+i de todas partes del mundo. Las nanopartículas de metales combinadas con semiconductores ganan cada vez más atención como agentes antivirus de amplio espectro para proteger las superficies y los embalajes, al evitar la propagación del virus y las infecciones en los humanos. Las propiedades de los nanomateriales están ligadas a los métodos de síntesis.

Los laboratorios de la universidad pública de Castelló y el CDMF cuentan con una larga trayectoria investigadora y colaborativa en este campo de más de treinta años y han desarrollado procesos de fabricación que permiten conseguir nanomateriales con una respuesta biológica mejorada.

El objetivo es utilizar rutas de síntesis verdes, respetuosas con el medio ambiente, y en una sola etapa, de nuevos nanomateriales basados en Ag NPs/a-Ag2WO4 con actividad anti SARS-CoV-2. Además, también está prevista la creación de una planta piloto para el desarrollo de estos nuevos nanomateriales funcionales y una empresa spin-off que sería la responsable del diseño de nuevas tecnologías en la minimización del impacto del coronavirus.

El trabajo realizado en este campo por los científicos y científicas de los dos centros de investigación les ha permitido sintetizar y desarrollar nanomateriales más avanzados, formados por NPs de plata y semiconductores que desactivan microorganismos, como los empleados en la fabricación de máscaras que están siendo distribuidas de manera gratuita en diferentes centros hospitalarios del área metropolitana de São Paulo.

(Fuente: UJI)

La empresa productora de las máscaras, Nanox Tecnología, comercializa desde hace más de una década productos y equipamiento basado en los resultados y desarrollos obtenidos en las investigaciones del personal investigador de la UJI y el CDMF. En el caso de la máscara, las capacidades diferenciales de este producto son la prevención de la infección cruzada provocada por patógenos, como bacterias y hongos oportunistas, responsables del empeoramiento por COVID-19 y otros tipos de virus.

Actualmente se investiga su posible aplicación en las superficies de materiales y esmaltes cerámicos y en los embalajes de frutas y verduras para evitar el contagio, la propagación y las infecciones en los humanos provocadas por las bacterias, hongos y virus. El descubrimiento de estos nuevos materiales ha posibilitado que el Laboratorio QTC-UJI, junto al CDMF, realice proyectos de innovación y transferencia de tecnología con varias empresas de los sectores cerámico, textil y del plástico de la provincia en Castellón y con otras españolas y europeas.

El Laboratorio de Química Teórica y Computacional cuenta con una larga trayectoria investigadora que le ha permitido posicionarse como centro de reconocido prestigio internacional para la generación de nuevas tecnologías. Su director, el catedrático Juan Andrés, ha establecido un novedoso campo multi e interdisciplinar de I+D+i, en un vasto marco de actuación en el que convergen la química, la física, la mecánica cuántica, la ciencia de materiales y superficies, la catálisis y la nanotecnología.

Los proyectos impulsados desde el QTC han generado más de 14 patentes y han conseguido resultados demostrables y situados en la frontera del conocimiento científico y tecnológico, publicándose en revistas científicas de primer nivel como Applied Catalysis B: Environmental, ACS Applied Materials & Interfaces, ACS Applied Bio Materials, y Scientific Reports del grupo Nature. Han obtenido nuevos materiales y modulado sus propiedades para aplicaciones tecnológicas, como sensores de gases, fotocatalizadores, y materiales que contenían nanopartículas de plata, sintetizados por irradiación de electrones y/o láser, con propiedades bactericidas y antifúngicas muy potentes.

El trabajo de investigación y desarrollo científico y tecnológico realizado en los laboratorios de Química Teórica y Computacional de la UJI y en el CDMF de Brasil es un ejemplo claro de cómo desde la investigación básica, fundamental y orientada se puede conseguir un alto impacto científico, tecnológico y socioeconómico que pueda, en este caso, contribuir a la obtención y aplicación de materiales para el diseño y obtención de nuevas tecnologías que minimizan el impacto de la pandemia.

El proyecto se ha presentado a la convocatoria competitiva de Caixa impulse «COVID-19 Express Call: Soluciones innovadoras para la lucha contra la pandemia COVID-19» que está pendiente de resolución y forma parte de la iniciativa de declaraciones de interés para la busca de colaboradores para el desarrollo de proyectos y soluciones innovadoras en torno al SARS-CoV2 y la enfermedad de la COVID-19 de FISABIO, UPV, UJI e Instituto de Investigación Sanitaria La Fe. (Fuente: UJI)

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De la paleontología a la aeronáutica, obtener ideas de diseño analizando animales voladores extintos

En toda la historia biológica conocida de la Tierra, no han existido nunca animales voladores más grandes que los pterosaurios. Estas fascinantes criaturas surcaron los cielos durante 160 millones de años, mucho más tiempo que el que lleva volando cualquier especie de ave moderna. A pesar de sus capacidades aeronáuticas únicas, estos antiguos seres voladores han sido pasados por alto en la búsqueda de tecnologías de vuelo inspiradas en estructuras biológicas. Unos investigadores esbozan ahora los argumentos básicos de por qué y cómo la fisiología de los animales voladores fósiles podría proporcionar soluciones que la Naturaleza ya encontró hace mucho tiempo para problemas de vuelo modernos, como la estabilidad aérea y la capacidad de los drones para iniciar su vuelo con un salto desde cualquier superficie.

“Hay muchas cosas realmente geniales en el registro fósil que no se exploran porque los ingenieros no suelen recurrir a la paleontología cuando buscan inspiración para cuestiones aeronáuticas “, señala agudamente Liz Martin-Silverstone, paleontóloga en la Universidad de Bristol en el Reino Unido. “Si solo miramos a los animales modernos para inspirarnos, nos estamos perdiendo una gran parte de la morfología generada y estamos ignorando muchas opciones que creo que podrían ser útiles”.

Hasta ahora, los ingenieros aeronáuticos en busca de inspiración biológica para diseñar tecnología destinada a drones y otras aeronaves se han centrado en gran medida en la fisiología de los pájaros e insectos modernos; no se les ha ocurrido examinar fósiles. Es verdad que estos, por su naturaleza, están a menudo incompletos; sin embargo, Martin-Silverstone argumenta que hay unos pocos fósiles de pterosaurio selectos que proporcionan una información extraordinariamente profunda de la anatomía de sus alas, lo que resulta esencial para comprender sus capacidades de vuelo.

Reconstrucción del pterosaurio gigante Hatzegopteryx saltando para despegar, justo después de que sus extremidades delanteras hayan dejado el suelo. (Imagen: Mark Witton)

“Hay dos o tres fósiles de pterosaurio asombrosamente bien conservados que permiten ver las diferentes capas dentro de la membrana del ala, dándonos una idea detallada de sus componentes fibrosos. Además, algunos fósiles se conservan lo suficiente como para mostrar las uniones alares bajo la cadera”, explica Martin-Silverstone. “Aunque no se conoce exactamente la forma del ala, conociendo las uniones de la membrana se puede modelar la efectividad de las diferentes formas de ala y determinar cuál habría funcionado mejor en condiciones naturales”. Al analizar la morfología de estas antiguas criaturas y la mecánica de vuelo deducible a partir de dicha morfología, se ha conseguido sacar a la luz estrategias de vuelo que no existen en los animales voladores modernos.

Pasar de una superficie al medio aéreo es un ejemplo. El despegue mediante un salto es lo habitual en todo el reino animal. Sin embargo, un animal grande necesitará correr antes del despegue, a fin de ganar suficiente impulso para pasar al medio aéreo. En cambio, parece que los pterosaurios desarrollaron un método para despegar con un salto desde una posición estacionaria, a pesar de que algunos ejemplares pesaban casi 300 kilogramos. Una hipótesis, propuesta por Mike Habib, del Museo de Historia Natural del Condado de Los Ángeles (Estados Unidos), sugiere que las membranas alares y las robustas uniones musculares en las alas permitieron a los pterosaurios generar un salto de alta potencia desde sus codos y muñecas, dándoles la altura suficiente para despegar.

“Hoy en día, aeronaves como los drones requieren una superficie plana para su despegue y afrontan bastantes limitaciones en cuanto al modo en que pueden llegar al medio aéreo. La singular fisiología de los pterosaurios para el despegue podría ayudar a resolver algunos de estos problemas”, razona Martin-Silverstone.

El análisis de fósiles de pterosaurios también puede proporcionar información sobre cómo prevenir la inestabilidad del vuelo una vez se está en el aire. A diferencia de lo que les ocurre a las velas al volverse inestables ante un viento fuerte, los pterosaurios desarrollaron estrategias para resistir las ondulaciones o vibraciones en sus amplias alas. Hasta ahora, la comunidad aeronáutica se ha esforzado para diseñar componentes que puedan resistir las presiones del vuelo, pero, tal como indica Martin-Silverstone, si los ingenieros logran entender cómo lo hicieron los pterosaurios, por ejemplo, estudiando cómo se estructuró realmente la membrana de sus alas, entonces esa información se podrá utilizar para responder preguntas de la ingeniería aeronáutica acerca del vuelo de vehículos modernos.

Estos elementos fisiológicos únicos no se limitan a los pterosaurios. Otros animales voladores del pasado lejano, como el Microrraptor, tenían alas emplumadas en sus brazos y piernas, mientras que el Yi qi (un dinosaurio recientemente descubierto) tenía alas que combinaban plumas con una membrana parecida a la de un murciélago, una estructura corporal de vuelo que nunca se ha repetido en la Naturaleza desde la extinción de ese animal. Por todo ello, cada vez hay más expertos que creen que muchas estrategias de vuelo aún no han sido exploradas adecuadamente.

Martin-Silverstone defiende, en definitiva, que si combinamos el conocimiento sobre animales voladores vivos con el conocimiento acerca de los extintos, tendremos muchas más posibilidades de superar los obstáculos que aún dificultan algunos aspectos del vuelo artificial humano. En cambio, si nos limitamos a buscar inspiración en los animales modernos, entonces nos estaremos perdiendo una gran diversidad que podría resultarnos útil. (Fuente: NCYT Amazings)

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