• Home
  • Química
  • Astronomía
  • Energía
  • Naturaleza
  • Biología
  • Física
  • Electrónica
  • Las células de réplica zombi pueden superar a las vivas como catalizadores y conductores

    CÉLULA ZOMBIE, primera etapa:solo moderadamente calentada, la celda ahora es sílice pura y necesitaba una capa de oro para que un microscopio electrónico de barrido la imaginara. Crédito:Bryan Kaehr

    (Phys.org) - Los investigadores de Sandia National Laboratories y la Universidad de Nuevo México (UNM) han creado células de mamíferos "zombis" que pueden funcionar mejor después de morir.

    La técnica simple recubre una celda con una solución de sílice para formar una réplica casi perfecta de su estructura. El proceso puede simplificar una amplia variedad de procesos de fabricación comercial desde la nano hasta la macroescala.

    La obra, reportado en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias ( PNAS ), utiliza los orgánulos nanoscópicos y otros componentes diminutos de las células de los mamíferos como plantillas frágiles sobre las que depositar la sílice. Luego, los investigadores calientan la célula para quemar su proteína. Las estructuras de sílice endurecida resultantes son fieles a las características exteriores e interiores de la celda anteriormente viva, puede sobrevivir a mayores presiones y temperaturas que la carne, y pueden realizar algunas funciones mejor que cuando estaban vivos, dijo el investigador principal Bryan Kaehr, un científico de materiales de Sandia.

    "Es un gran desafío para los investigadores construir estructuras a escala nanométrica, ", dijo Kaehr." Podemos hacer partículas y cables, pero aún no se han logrado estructuras arbitrarias en 3D. Con esta técnica, no necesitamos construir esas estructuras, la naturaleza lo hace por nosotros. Solo necesitamos encontrar celdas que posean la maquinaria que queremos y copiarla usando nuestra técnica. Y, usando química o patrones de superficie, podemos programar un grupo de células para que formen cualquier forma que parezca deseable ".

    El profesor de la UNM y miembro de Sandia, Jeff Brinker, agregó:"El proceso reproduce fielmente las características de la nanoescala a la macroescala en un Forma tridimensionalmente estable que resiste el encogimiento incluso al calentarla a más de 500 grados centígrados [932 grados Fahrenheit]. La refractariedad de estas delicadas estructuras es asombrosa ".

    El procedimiento inusual pero simple puede servir como modelo para crear clases más resistentes de productos nanoscópicos.

    Debido a que una célula está poblada por una amplia gama de proteínas, lípidos y andamios, su interior está listo para modelar catalizadores, embudos absorbentes y otras nanomáquinas útiles, dijo Kaehr, ex Becaria Sandia Truman.

    Los catalizadores que evolucionan en las células son enzimas que deben conservar una determinada forma para que funcione su química. Dado que la estructura es importante para funcionar, estabilizar un catalizador en la forma en que evolucionó es importante, Dijo Kaehr. La sílice endurecida por calor estabilizaría y protegería la proteína aún presente mientras realizaba su trabajo.

    Jason Townson, estudiante de posdoctorado de la UNM, dijo que el uso más inmediato de la silicificación puede ser una forma sencilla de preservar la estructura de los materiales orgánicos para la obtención de imágenes.

    CÉLULA ZOMBIE, AVANZADO:esta celda se pirolizó a 900 C en ausencia de oxígeno, dejando una celda de carbono grafítico y sílice. Debido a que el carbono es conductor, la célula, prácticamente idéntica a su original protoplásmico, no necesita estar recubierta de oro para producir una imagen SEM. Crédito:Bryan Kaehr

    "Antes, para la conservación interna y la obtención de imágenes posteriores, una celda se fijaría en formaldehído o algún otro conservante. Pero muchos de estos métodos requieren mucha mano de obra, "Townson dijo." Este método es simple. Las células preservadas nunca se descompondrán descuidadas. Y cuando abrimos la estructura resultante, nos sorprendió lo bien que se conservó la celda, hasta el surco menor del ADN de la célula ".

    Calentar la célula a temperaturas aún más altas (más de 400 grados C) evapora el material orgánico de la célula, su proteína, y deja la sílice en una especie de réplica de cera Madame Tussauds tridimensional de un ser viviente anterior. La diferencia es que en lugar de modelar la cara, decir, de un famoso criminal, las células a base de sílice endurecida muestran estructuras mineralizadas internas con características intrincadas que van desde escalas de longitud nanométrica a milimétrica.

    El proceso de construcción es relativamente simple:tome algunas células de mamíferos que flotan libremente, colóquelos en una placa de Petri y agregue ácido silícico.

    Mediante la acción del metanol, un subproducto del ácido, Las capas de lípidos de la célula, las cubiertas protectoras que mantienen la célula intacta, se ablandan y se vuelven lo suficientemente porosas para que la sílice fluya aproximadamente a la temperatura del cuerpo humano.

    El ácido silícico, por razones todavía parcialmente oscuras, entra sin obstruirse y, de hecho, embalsama todos los orgánulos de la célula desde la escala micro a nanométrica.

    Si la celda no se calienta, la sílice forma una especie de armadura permeable alrededor de la proteína de la célula viva. Esto puede soportarlo lo suficiente como para actuar como catalizador a temperaturas y presiones inimaginables por la naturaleza.

    "Una vez que hemos usado sílice para estabilizar la estructura celular, todavía puede llevar a cabo reacciones y, más importante, esa reacción es lo suficientemente estable para trabajar a altas temperaturas, ", Dijo Kaehr." El método también es un medio para tomar un suave, material biológico potencialmente valioso y convertirlo en un fósil que permanecerá en nuestros estantes indefinidamente ".

    Ordinariamente, preservar algo orgánico significa congelarlo, que consume mucha energía, él dijo. En lugar de, "Estamos haciendo una fosilización rápida:convirtiendo rápidamente una célula protoplásmica en una estructura dura que resistirá la prueba del tiempo".

    Los experimentos mostraron que la celda se puede usar como un molde inverso del cual, a 900 grados C, una estructura carbonizada porosa resulta del calentamiento de la proteína celular en el vacío. En otras palabras, de la misma manera que la quema de madera en el aire deja un residuo de hollín desestructurado, el método de calentamiento zombi da como resultado una estructura de carbono de alta calidad. La posterior disolución del soporte de sílice subyacente disminuyó la resistencia eléctrica de la celda en aproximadamente 20 veces. Dichos materiales tendrían una utilidad sustancial en pilas de combustible, tecnologías de descontaminación y sensores.

    El hecho de que se puedan lograr resultados tan extraordinarios mediante la silicificación de las células indica que muchas arquitecturas celulares blandas podrían ser "materia prima para la mayoría de los procedimientos de procesamiento de materiales". incluidos los que requieren altas temperaturas y presiones, "según el documento técnico.

    Otras estructuras de material poroso, confiando en titanio en lugar de sílice, se han formado utilizando la técnica de plantilla orgánica. Otros óxidos metálicos, dijo Kaehr, son una posibilidad. Estos tendrían funciones estructurales más complejas o podrían servir como catalizadores.

    El trabajo sigue los esfuerzos de varios grupos científicos, incluido el de Kaehr, that have built gel-like structures, copied them with silica and then burned off the gel to create, en efecto, large sponges.

    "Now we can change the biological shape and calcify (heat) it, so for the first time we get new irregular structures, " Kaehr said.

    Resumiendo, Kaehr offers what may be the first distinction in scientific literature between a mummy cell and a zombie cell:"King Tut was mummified, " él dijo, "to approximately resemble his living self, but the process took place without mineralization [a process of fossilization]. Our zombie cells bridge chemistry and biology to create forms that not only near-perfectly resemble their past selves but can do future work."


    © Ciencia https://es.scienceaq.com