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  • El investigador examina las interacciones entre las nanopartículas y la membrana para determinar la seguridad

    Una imagen de microscopía electrónica de transmisión de una nanopartícula de óxido de hierro (negro) que se une a una membrana celular modelo con carga opuesta (bicapa de fosfolípidos). La membrana tiene la forma de una vesícula esférica dispersa en agua. La adhesión entre la nanopartícula y la membrana provoca la deformación de la forma de la vesícula. Crédito:Geoff Bothun, Ingeniería Química, Universidad de Rhode Island

    A veces, los materiales innovadores con importantes beneficios para la sociedad plantean riesgos ambientales que no son evidentes hasta décadas después. En el creciente campo de la nanotecnología, la creación de materiales o procesos a nanoescala, los investigadores están tratando de identificar los peligros potenciales antes de que se generalicen los nuevos productos.

    "Con demasiada frecuencia, en el pasado, no sabemos si algo se convertirá en un riesgo hasta que es demasiado tarde y ya está ahí, "dice Geoffrey Bothun, profesor asociado de ingeniería química en la Universidad de Rhode Island. "En lugar de crear productos con nanomateriales y simplemente lanzarlos al mercado, el campo quiere manejar mejor el tipo de riesgos ambientales o de seguridad asociados con estos materiales ".

    La nanotecnología ofrece el potencial para muchas aplicaciones nuevas en medicina, electrónica, energía y biomateriales pero, como cualquier nueva tecnología, también plantea preocupaciones sobre la posible toxicidad para los seres humanos y el medio ambiente por la exposición a largo plazo.

    "Hay mucho entusiasmo por lo que puede hacer la nanotecnología para la creación de empleo, desarrollo de nuevos productos y mejores materiales, "Dice Bothun." Se cree que es la nueva revolución industrial. Pero los científicos los ingenieros y los responsables políticos quieren adelantarse al juego y guiar el diseño de los mejores materiales con el menor impacto ambiental ".

    El científico financiado por la National Science Foundation (NSF) está estudiando específicamente cómo las nanopartículas diseñadas se unen a las membranas celulares, y el impacto del proceso en la propia membrana.

    "No sabemos lo suficiente sobre cómo se llevan a cabo estas interacciones físicas, y en qué medida contribuyen a la toxicidad, ", dice." Las nanopartículas pueden inhibir o matar células, y de hecho lo hacen. En algunos casos, eso es lo que se supone que deben hacer. Por ejemplo, hay muchas moléculas antimicrobianas naturales que se unen a una membrana, romperlo y romper agujeros, que conduce a la muerte celular ".

    Existen nanopartículas en muchos productos que entran en contacto cercano con los humanos, entre ellos, ropa, medicamento, cosméticos y bloqueadores solares.

    "Nanopartículas de plata, por ejemplo, están en equipo de caza y ropa deportiva y actúan casi como un antibiótico, "Dice Bothun." Matan las bacterias que causan mal olor en gran parte liberando iones de plata. Estamos expuestos a esta plata todo el tiempo pero se desconoce si es peligroso o no ".

    Su objetivo de investigación es aprender lo suficiente sobre lo que sucede en las interacciones nanopartícula-membrana para permitir que los expertos utilicen esta información para predecir si las partículas resultarán tóxicas. "Si entendemos los mecanismos detrás de cómo estas partículas se adhieren a las células, eso debería ayudarnos a diseñar partículas que podrían unirse selectivamente a, por ejemplo, bacterias y no células humanas, " él dice.

    Bothun está llevando a cabo su investigación bajo un premio NSF Faculty Early Career Development (CAREER), que recibió en 2011. El premio apoya a los profesores jóvenes que ejemplifican el papel de los profesores-académicos a través de una investigación destacada, excelente educación, y la integración de la educación y la investigación en el contexto de la misión de su organización.

    Él y su equipo usan microscopía electrónica de transmisión (TEM) para estudiar las membranas celulares bacterianas sintéticas que crean y luego exponen a diferentes tipos de nanopartículas. "Podemos cambiar la composición de la membrana, y tipo, composición y tamaño de nanopartículas, ", dice." Tenemos muchas variables con las que podemos jugar en ambos lados. Con TEM podemos visualizar directamente la unión de la membrana de nanopartículas y los cambios que ocurren en la membrana como resultado de esta unión ".

    Ya han determinado que las nanopartículas pueden comportarse como proteínas, "lo que significa que podemos utilizar algunos de nuestros conocimientos y tecnologías existentes sobre las interacciones de las proteínas para ayudar a comprender y predecir las interacciones de las nanopartículas, ", dice". Por ejemplo, hay casos en los que las nanopartículas hidrófobas (que odian el agua) pueden cambiar la estructura de la membrana celular de forma similar a las proteínas hidrófobas ".

    Como parte del componente educativo de la subvención, los científicos han mejorado un curso de educación general de primer año en la universidad con el objetivo de educar a los estudiantes sobre los aspectos sociales, impactos económicos y ambientales de la nanotecnología, así como la necesidad de comunicar eficazmente las tecnologías emergentes a un público amplio. También planean patrocinar actividades de desarrollo profesional, incluyendo investigación y talleres especializados, para complementar el plan de estudios.

    Finalmente, están desarrollando un nuevo programa de escuela secundaria, "¡Piense en pequeño / sueñe en grande!" para clases de ciencias en escuelas urbanas en el área metropolitana de Providence. Los estudiantes trabajarán con el microscopio electrónico de transmisión, analizar nanomateriales utilizando instrumentación de última generación.

    "El objetivo aquí es informar y entusiasmar a los estudiantes de secundaria sobre la nanotecnología, y todo el STEM (ciencia, tecnología, ingeniería y matemáticas) campos, y mostrarles cómo la nanotecnología tendrá un impacto en sus vidas en el futuro y el papel que pueden desempeñar, "Dice Bothun.


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