Esta semana en la ciencia 14|44

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El generador eléctrico más pequeño del mundo

“… los materiales bidimensionales (películas de un átomo de espesor, como el grafeno) han despertado un gran interés como materiales piezoeléctricos de alto rendimiento, debido a su alta cristalinidad y capacidad para soportar una enorme presión. Si bien el MoS2 en su forma bruta no es bidimensional sino tridimensional, los científicos han encontrado que al reducir con un láser las capas atómicas de este material a una sola, éste puede volverse altamente piezoeléctrico.”

 

La tuberculosis en el Nuevo Mundo: Sospechosos poco comunes

“… la idea de que esta enfermedad se introdujo en el Nuevo Mundo con la llegada de los españoles es incompatible con la evidencia arqueológica recuperada de antiguos esqueletos humanos del Perú, los cuales tienen 1 000 años de antigüedad. Los resultados mostraron que las antiguas cepas peruanas no eran las típicas europeas, asiáticas o africanas que se encuentran en los humanos de hoy…”

El generador eléctrico más pequeño del mundo

Semana -1444 - 1 MoS2La piezoelectricidad es un fenómeno físico que presentan algunos cristales naturales y sintéticos –como el cuarzo, turmalina, azúcar de caña, las cerámicas polarizadas artificialmente o algunos polímeros— que al ser sometidos a una tensión mecánica generan electricidad. Esta propiedad fue demostrada por Jacques y Pierre Curie a finales del siglo XIX, quienes al someter un cuarzo a una presión mecánica (compresión) pudieron observar que este material adquiría una polarización eléctrica en su masa, surgiendo así un voltaje y cargas eléctricas en su superficie. Con este experimento, los hermanos Curie también descubrieron que este fenómeno ocurre a la inversa, ya que al aplicar una carga eléctrica a los cristales, éstos se deforman y generan ondas mecánicas –como el sonido— que se propagan por el espacio libre.

Dada su capacidad para generar voltaje eléctrico y ondas mecánicas, es común el uso de materiales piezoeléctricos en el mecanismo de algunos objetos comunes como relojes de cuarzo, encendedores eléctricos, algunos instrumentos musicales, micrófonos o altavoces. Sin embargo, últimamente se han estudiado las características piezoeléctricas en materiales microscópicos para el posible desarrollo de nueva nanotecnología, con el objetivo de generar electricidad sin necesidad de una fuente externa.

Tal es el caso de un estudio publicado recientemente en la revista Nature, en el cual un grupo de científicos de la Universidad de Columbia y del Georgia Institute of Technology, ha logrado demostrar las propiedades piezoeléctricas del disulfuro de molibdeno (MoS2) –un compuesto químico inorgánico de azufre y molibdeno— como un nanomaterial muy prometedor por su flexibilidad y resistencia para el desarrollo de nueva nanotecnología.

Según los investigadores, los materiales bidimensionales (películas de un átomo de espesor, como el grafeno) han despertado un gran interés como materiales piezoeléctricos de alto rendimiento, debido a su alta cristalinidad y capacidad para soportar una enorme presión. Si bien el MoS2 en su forma bruta no es bidimensional sino tridimensional, los científicos han encontrado que al reducir con un láser las capas atómicas de este material a una sola, éste puede volverse altamente piezoeléctrico.

En esta publicación se muestra el primer estudio experimental de las propiedades piezoeléctricas del MoS2 bidimensional, en el cual los investigadores consiguieron producir un voltaje piezoeléctrico oscilante y salidas de corriente al doblar la lámina de MoS2, una vez que se habían colocado dos contactos metálicos en los extremos. De esta manera, la presión mecánica hizo que los átomos de los extremos presentaran polaridades opuestas, generando así la corriente eléctrica.

Los científicos también pudieron comprobar las predicciones teóricas que sostenían que la piezoelectricidad del MoS2 a escala nanométrica sólo se presenta cuando se opera con números impares de láminas, ya que al probar con dos, cuatro o seis láminas del material, observaron que el efecto piezoeléctrico no se produce, al igual que si éste está en su forma natural.

Los resultados de este estudio revelan que el MoS2 bidimensional podría ser el generador eléctrico más pequeño del mundo, ya que es invisible para el ojo humano pues sólo mide 5 x 10 micras (unidad de longitud que equivalente a una millonésima parte de un metro). Aunque aún no se tiene una aplicación concreta para este nanogenerador, este descubrimiento abre las posibilidades para el desarrollo de una tecnología práctica a una escala aún mayor, para la alimentación de dispositivos nanométricos, imágenes táctiles o electrónicos portátiles.


La tuberculosis en el Nuevo Mundo: Sospechosos poco comunes

Semana -1444 - 2 FocasLa tuberculosis es una enfermedad causada por la bacteria Mycobacterium tuberculosis, la cual afecta principalmente los pulmones. Se transmite a través del aire, y según la Organización Mundial de Salud (OMS), actualmente una tercera parte de la población mundial está infectada con el bacilo que la causa, sin embargo, muchas personas aún no han enfermado y no pueden transmitir la infección. Se estima también que las personas infectadas tienen un riesgo del 10 % de enfermar a lo largo de su vida, aunque el riesgo es mucho mayor en personas infectadas con VIH o que padezcan diabetes o malnutrición, debido a los daños que estas condiciones causan en el sistema inmunitario. Aunque esta enfermedad es totalmente curable y prevenible, la tuberculosis es una de las enfermedades infecciosas más persistentes y mortales del mundo, pues cada año mueren de uno a dos millones de personas, principalmente en países en desarrollo.

La tuberculosis ha tenido una larga historia con los seres humanos; actualmente se considera que la micobacteria de la tuberculosis se originó aproximadamente hace 70 mil años en África, desde donde se habría expandido por todo el mundo, debido al comportamiento migratorio de los humanos modernos, según lo muestra un estudio publicado en Nature genetics en 2013.(1) Sin embargo, en un nuevo estudio publicado recientemente, un grupo de científicos internacionales encontró que la bacteria M. tuberculosis podría no haber sido introducida en América con la llegada de los españoles, ya que sus resultados muestran la presencia de cepas de la enfermedad mucho más antiguas que el primer contacto con los europeos. Esto sugiere que esta enfermedad ya existía cientos de años antes de la llegada de los españoles a las costas americanas.

Según este estudio, la idea de que esta enfermedad se introdujo en el Nuevo Mundo con la llegada de los españoles es incompatible con la evidencia arqueológica recuperada de antiguos esqueletos humanos del Perú, los cuales tienen 1 000 años de antigüedad. Los resultados mostraron que las antiguas cepas peruanas no eran las típicas europeas, asiáticas o africanas que se encuentran en los humanos de hoy, sino que son muy similares a las cepas que se encuentran actualmente en focas y leones marinos.

Estos resultados sugieren que los mamíferos marinos jugaron un papel muy importante en la transmisión, vía marítima, de esta enfermedad a los seres humanos del Nuevo Mundo. Los investigadores creen que estos mamíferos marítimos pudieron haber contraído esta bacteria de especies de África –en donde se originó la tuberculosis— y que debido al desplazamiento marítimo de estos animales, contagiaron a los antiguos americanos, quienes cazaban focas para su alimentación. Los investigadores destacan que este estudio puede ayudar a tener una mayor comprensión de la velocidad y el proceso de adaptación de los agentes zoonóticos que constantemente cambian de huésped.


Nature 7523, del 23 de octubre de 2014.

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